Efecto humectante, requisito: HLB: 7-9
A humectación defínese como o fenómeno no que o gas adsorbido nunha superficie sólida é desprazado por un líquido. As substancias que poden mellorar esta capacidade de desprazamento denomínanse axentes humectantes. A humectación clasifícase xeralmente en tres tipos: humectación por contacto (humectante adherente), humectación por inmersión (humectante por inmersión) e humectación por dispersión (esparcemento). Entre estas, a dispersión representa o estándar máis alto de humectación e o coeficiente de dispersión adoita utilizarse como indicador para avaliar o rendemento de humectación entre diferentes sistemas. Ademais, o ángulo de contacto tamén é un criterio para xulgar a calidade da humectación. Os surfactantes pódense usar para controlar o grao de humectación entre as fases líquida e sólida.
Na industria dos pesticidas, algunhas formulacións granulares e pos pulverizables tamén conteñen unha certa cantidade de surfactantes. O seu propósito é mellorar a adhesión e a cantidade de deposición do pesticida na superficie obxectivo, acelerar a velocidade de liberación e ampliar a área de espallamento dos ingredientes activos en condicións húmidas, mellorando así a eficacia da prevención e o tratamento de enfermidades.
Na industria cosmética, os surfactantes actúan como emulsionantes e son compoñentes indispensables en produtos para o coidado da pel como cremas, locións, limpiadores faciais e desmaquillantes.
Micelas e solubilización,requisitos: C > CMC (HLB 13–18)
A concentración mínima á que as moléculas surfactantes se asocian para formar micelas. Cando a concentración supera o valor CMC, as moléculas surfactantes dispóñense en estruturas como configuracións esféricas, en forma de varilla, lamelares ou en forma de placa.
Os sistemas de solubilización son sistemas de equilibrio termodinámico. Canto menor sexa a CMC e maior sexa o grao de asociación, maior será a concentración máxima de aditivos (MAC). O efecto da temperatura na solubilización reflíctese en tres aspectos: inflúe na formación de micelas, na solubilidade dos solubilizados e na solubilidade dos propios surfactantes. No caso dos surfactantes iónicos, a súa solubilidade aumenta bruscamente ao aumentar a temperatura, e a temperatura á que se produce este aumento abrupto denomínase punto de Krafft. Canto maior sexa o punto de Krafft, menor será a concentración crítica de micelas.
Para os surfactantes non iónicos de polioxietileno, cando a temperatura sobe a un certo nivel, a súa solubilidade diminúe bruscamente e prodúcese precipitación, o que fai que a solución se volva turbia. Este fenómeno coñécese como turbidez e a temperatura correspondente denomínase punto de turbidez. Para os surfactantes coa mesma lonxitude da cadea de polioxietileno, canto máis longa sexa a cadea de hidrocarburos, máis baixo será o punto de turbidez; pola contra, coa mesma lonxitude da cadea de hidrocarburos, canto máis longa sexa a cadea de polioxietileno, máis alto será o punto de turbidez.
As substancias orgánicas non polares (por exemplo, o benceno) teñen unha solubilidade moi baixa en auga. Non obstante, engadir surfactantes como o oleato de sodio pode mellorar significativamente a solubilidade do benceno en auga, un proceso denominado solubilización. A solubilización é distinta da disolución ordinaria: o benceno solubilizado non se dispersa uniformemente nas moléculas de auga, senón que queda atrapado dentro das micelas formadas polos ións oleato. Os estudos de difracción de raios X confirmaron que todos os tipos de micelas se expanden en diversos graos despois da solubilización, mentres que as propiedades coligativas da solución global permanecen en gran medida sen cambios.
A medida que aumenta a concentración de surfactantes na auga, as moléculas de surfactante acumúlanse na superficie do líquido para formar unha capa monomolecular densamente orientada. O exceso de moléculas na fase a granel agrégase cos seus grupos hidrofóbicos cara a dentro, formando micelas. A concentración mínima necesaria para iniciar a formación de micelas defínese como a concentración micelar crítica (CMC). A esta concentración, a solución desvíase do comportamento ideal e aparece un punto de inflexión distinto na curva de tensión superficial fronte á concentración. Aumentar aínda máis a concentración de surfactante xa non reducirá a tensión superficial; en cambio, promoverá o crecemento e a multiplicación continuos das micelas na fase a granel.
Cando as moléculas de surfactante se dispersan nunha solución e alcanzan un limiar de concentración específico, asócianse a partir de monómeros individuais (ións ou moléculas) en agregados coloidais chamados micelas. Esta transición desencadea cambios bruscos nas propiedades físicas e químicas da solución, e a concentración á que isto ocorre é a CMC. O proceso de formación de micelas denomínase micelización.
A formación de micelas en solucións acuosas de surfactante é un proceso dependente da concentración. En solucións extremadamente diluídas, a auga e o aire están case en contacto directo, polo que a tensión superficial diminúe só lixeiramente, manténdose próxima á da auga pura, con moi poucas moléculas de surfactante dispersas na fase a granel. A medida que a concentración de surfactante aumenta moderadamente, as moléculas adsórbense rapidamente á superficie da auga, o que reduce a área de contacto entre a auga e o aire e provoca unha forte caída da tensión superficial. Mentres tanto, algunhas moléculas de surfactante na fase a granel agréganse cos seus grupos hidrofóbicos aliñados, formando pequenas micelas.
A medida que a concentración continúa a aumentar e a solución alcanza a adsorción por saturación, fórmase unha película monomolecular densa na superficie do líquido. Cando a concentración chega á CMC, a tensión superficial da solución alcanza o seu valor mínimo. Máis alá da CMC, o aumento adicional da concentración de surfactante apenas afecta á tensión superficial; en cambio, aumenta o número e o tamaño das micelas na fase a granel. A solución está entón dominada por micelas, que serven como microrreactores na síntese de nanopos. Co aumento continuado da concentración, o sistema pasa gradualmente a un estado cristalino líquido.
Cando a concentración dunha solución acuosa de surfactante alcanza a CMC, a formación de micelas faise prominente ao aumentar a concentración. Isto caracterízase por un punto de inflexión na curva de tensión superficial fronte á concentración logarítmica (curva γ–log c), xunto coa aparición de propiedades físicas e químicas non ideais na solución.
As micelas de surfactantes iónicos levan cargas superficiais elevadas. Debido á atracción electrostática, os contraións son atraídos pola superficie da micela, neutralizando parte das cargas positivas e negativas. Non obstante, unha vez que as micelas forman estruturas altamente cargadas, a forza retardante da atmosfera iónica formada polos contraións aumenta significativamente, unha propiedade que se pode aproveitar para axustar a dispersabilidade dos nanopos. Por estas dúas razóns, a condutividade equivalente da solución diminúe rapidamente ao aumentar a concentración máis alá da CMC, o que converte este punto nun método fiable para determinar a concentración micelar crítica dos surfactantes.
A estrutura das micelas de surfactante iónico é tipicamente esférica e consta de tres partes: un núcleo, unha cuncha e unha dobre capa eléctrica difusa. O núcleo está composto por cadeas de hidrocarburos hidrófobos, similares aos hidrocarburos líquidos, cun diámetro que varía aproximadamente de 1 a 2,8 nm. Os grupos metileno (-CH₂-) adxacentes aos grupos da cabeza polar posúen polaridade parcial, retendo algunhas moléculas de auga arredor do núcleo. Así, o núcleo da micela conténunha cantidade considerable de auga atrapada, e estes grupos -CH₂- non están completamente integrados no núcleo de hidrocarburo de tipo líquido, senón que forman parte da cuberta micelar non líquida.
A cuncha micelar tamén se coñece como interface micela-auga ou fase superficial. Non se refire á interface macroscópica entre as micelas e a auga, senón á rexión entre as micelas e a solución acuosa de surfactante monomérico. No caso das micelas de surfactante iónico, a cuncha está formada pola capa de Stern máis interna (ou capa de adsorción fixa) da dobre capa eléctrica, cun grosor de aproximadamente 0,2 a 0,3 nm. A cuncha contén non só os grupos iónicos da cabeza dos surfactantes e unha porción de contraións unidos, senón tamén unha capa de hidratación debido á hidratación destes ións. A cuncha micelar non é unha superficie lisa, senón unha interface "rugosa", resultado das flutuacións causadas polo movemento térmico das moléculas monoméricas de surfactante.
En medios non acuosos (a base de aceite), onde predominan as moléculas de aceite, os grupos hidrófilos dos surfactantes agréganse cara a dentro para formar un núcleo polar, mentres que as cadeas de hidrocarburos hidrófobos forman a cuberta exterior da micela. Este tipo de micela ten unha estrutura invertida en comparación coas micelas acuosas convencionais e, polo tanto, denomínase micela inversa; pola contra, as micelas formadas na auga denomínanse micelas normais. A figura 4 mostra un modelo esquemático das micelas inversas formadas por surfactantes en solucións non acuosas. Nos últimos anos, as micelas inversas utilizáronse amplamente na síntese e preparación de portadores de fármacos a nanoescala, especialmente para a encapsulación de fármacos hidrófilos.
Data de publicación: 26 de decembro de 2025