Efeito de molhamento, requisito: HLB: 7-9
A molhabilidade é definida como o fenômeno em que o gás adsorvido em uma superfície sólida é deslocado por um líquido. Substâncias que podem aumentar essa capacidade de deslocamento são chamadas de agentes umectantes. A molhabilidade é geralmente categorizada em três tipos: molhabilidade por contato (molhagem adesiva), molhabilidade por imersão (molhagem imersiva) e molhabilidade por espalhamento (molhagem por dispersão). Dentre essas, a molhabilidade por espalhamento representa o padrão mais elevado de molhabilidade, e o coeficiente de espalhamento é frequentemente usado como um indicador para avaliar o desempenho da molhabilidade entre diferentes sistemas. Além disso, o ângulo de contato também é um critério para avaliar a qualidade da molhabilidade. Surfactantes podem ser usados para controlar o grau de molhabilidade entre as fases líquida e sólida.
Na indústria de pesticidas, algumas formulações granuladas e pós também contêm uma certa quantidade de surfactantes. O objetivo desses surfactantes é melhorar a adesão e a quantidade de deposição do pesticida na superfície alvo, acelerar a taxa de liberação e expandir a área de dispersão dos ingredientes ativos em condições de umidade, aumentando assim a eficácia na prevenção e no tratamento de doenças.
Na indústria cosmética, os surfactantes atuam como emulsificantes e são componentes indispensáveis em produtos para cuidados com a pele, como cremes, loções, produtos de limpeza facial e removedores de maquiagem.
Micelas e solubilização,Requisitos: C > CMC (HLB 13–18)
A concentração micelar crítica (CMC) é a concentração mínima na qual as moléculas de surfactante se associam para formar micelas. Quando a concentração excede o valor da CMC, as moléculas de surfactante se organizam em estruturas como esferas, bastonetes, lamelas ou placas.
Os sistemas de solubilização são sistemas de equilíbrio termodinâmico. Quanto menor a CMC e maior o grau de associação, maior a concentração máxima de aditivo (MAC). O efeito da temperatura na solubilização se reflete em três aspectos: influencia a formação de micelas, a solubilidade dos solubilizados e a solubilidade dos próprios surfactantes. Para surfactantes iônicos, sua solubilidade aumenta acentuadamente com o aumento da temperatura, e a temperatura na qual esse aumento abrupto ocorre é chamada de ponto de Krafft. Quanto maior o ponto de Krafft, menor a concentração micelar crítica.
Para surfactantes não iônicos de polioxietileno, quando a temperatura sobe até um certo nível, sua solubilidade cai drasticamente e ocorre precipitação, fazendo com que a solução fique turva. Esse fenômeno é conhecido como turvação, e a temperatura correspondente é chamada de ponto de turvação. Para surfactantes com o mesmo comprimento de cadeia de polioxietileno, quanto maior a cadeia de hidrocarboneto, menor o ponto de turvação; inversamente, para o mesmo comprimento de cadeia de hidrocarboneto, quanto maior a cadeia de polioxietileno, maior o ponto de turvação.
Substâncias orgânicas apolares (como o benzeno) apresentam solubilidade muito baixa em água. No entanto, a adição de surfactantes como o oleato de sódio pode aumentar significativamente a solubilidade do benzeno em água — um processo denominado solubilização. A solubilização difere da dissolução comum: o benzeno solubilizado não se dispersa uniformemente nas moléculas de água, mas fica aprisionado dentro das micelas formadas pelos íons oleato. Estudos de difração de raios X confirmaram que todos os tipos de micelas se expandem em diferentes graus após a solubilização, enquanto as propriedades coligativas da solução como um todo permanecem praticamente inalteradas.
À medida que a concentração de surfactantes na água aumenta, as moléculas de surfactante se acumulam na superfície do líquido, formando uma monocamada compacta e orientada. O excesso de moléculas na fase aquosa se agrega com seus grupos hidrofóbicos voltados para o interior, formando micelas. A concentração mínima necessária para iniciar a formação de micelas é definida como a concentração micelar crítica (CMC). Nessa concentração, a solução se desvia do comportamento ideal e um ponto de inflexão distinto aparece na curva de tensão superficial versus concentração. Aumentar ainda mais a concentração de surfactante não reduzirá mais a tensão superficial; em vez disso, promoverá o crescimento e a multiplicação contínuos de micelas na fase aquosa.
Quando as moléculas de surfactante se dispersam em uma solução e atingem um limiar de concentração específico, elas se associam, partindo de monômeros individuais (íons ou moléculas), formando agregados coloidais chamados micelas. Essa transição desencadeia mudanças abruptas nas propriedades físicas e químicas da solução, e a concentração na qual isso ocorre é a CMC (Concentração Micelar Crítica). O processo de formação de micelas é denominado micelização.
A formação de micelas em soluções aquosas de surfactantes é um processo dependente da concentração. Em soluções extremamente diluídas, a água e o ar estão praticamente em contato direto, de modo que a tensão superficial diminui apenas ligeiramente, permanecendo próxima à da água pura, com pouquíssimas moléculas de surfactante dispersas na fase aquosa. À medida que a concentração de surfactante aumenta moderadamente, as moléculas adsorvem-se rapidamente na superfície da água, reduzindo a área de contato entre a água e o ar e causando uma queda acentuada na tensão superficial. Enquanto isso, algumas moléculas de surfactante na fase aquosa agregam-se com seus grupos hidrofóbicos alinhados, formando pequenas micelas.
À medida que a concentração continua a aumentar e a solução atinge a saturação de adsorção, forma-se um filme monomolecular denso na superfície do líquido. Quando a concentração atinge a CMC (Concentração Micelar Crítica), a tensão superficial da solução atinge seu valor mínimo. Acima da CMC, o aumento da concentração do surfactante praticamente não afeta a tensão superficial; em vez disso, aumenta o número e o tamanho das micelas na fase líquida. A solução passa então a ser dominada por micelas, que atuam como microrreatores na síntese de nanopós. Com o aumento contínuo da concentração, o sistema transita gradualmente para um estado cristalino líquido.
Quando a concentração de uma solução aquosa de surfactante atinge a CMC (concentração micelar crítica), a formação de micelas torna-se proeminente com o aumento da concentração. Isso é caracterizado por um ponto de inflexão na curva de tensão superficial versus logaritmo da concentração (curva γ-log c), juntamente com o surgimento de propriedades físico-químicas não ideais na solução.
As micelas de surfactantes iônicos apresentam altas cargas superficiais. Devido à atração eletrostática, os contraíons são atraídos para a superfície da micela, neutralizando parte das cargas positivas e negativas. No entanto, uma vez que as micelas formam estruturas altamente carregadas, a força de retardo da atmosfera iônica formada pelos contraíons aumenta significativamente — uma propriedade que pode ser explorada para ajustar a dispersibilidade de nanopós. Por esses dois motivos, a condutividade equivalente da solução diminui rapidamente com o aumento da concentração acima da CMC (Concentração Micelar Crítica), tornando esse ponto um método confiável para determinar a concentração micelar crítica de surfactantes.
A estrutura das micelas de surfactantes iônicos é tipicamente esférica, consistindo em três partes: um núcleo, uma camada externa e uma dupla camada elétrica difusa. O núcleo é composto por cadeias de hidrocarbonetos hidrofóbicas, semelhantes a hidrocarbonetos líquidos, com um diâmetro que varia de aproximadamente 1 a 2,8 nm. Os grupos metileno (-CH₂-) adjacentes aos grupos de cabeça polar possuem polaridade parcial, retendo algumas moléculas de água ao redor do núcleo. Assim, o núcleo da micela contémuma quantidade considerável de água retida, e esses grupos -CH₂- não estão totalmente integrados ao núcleo de hidrocarboneto líquido, mas fazem parte da camada micelar não líquida.
A camada externa da micela também é conhecida como interface micela-água ou fase superficial. Ela não se refere à interface macroscópica entre as micelas e a água, mas sim à região entre as micelas e a solução aquosa do surfactante monomérico. Para micelas de surfactantes iônicos, a camada externa é formada pela camada de Stern mais interna (ou camada de adsorção fixa) da dupla camada elétrica, com uma espessura de cerca de 0,2 a 0,3 nm. A camada externa contém não apenas os grupos de cabeça iônicos dos surfactantes e uma porção de contraíons ligados, mas também uma camada de hidratação devido à hidratação desses íons. A camada externa da micela não é uma superfície lisa, mas sim uma interface "rugosa", resultado de flutuações causadas pelo movimento térmico das moléculas do monômero do surfactante.
Em meios não aquosos (à base de óleo), onde predominam as moléculas de óleo, os grupos hidrofílicos dos surfactantes agregam-se para o interior, formando um núcleo polar, enquanto as cadeias de hidrocarbonetos hidrofóbicas formam a camada externa da micela. Esse tipo de micela possui uma estrutura inversa em comparação com as micelas aquosas convencionais e, portanto, é denominado micela reversa; em contrapartida, as micelas formadas em água são denominadas micelas normais. A Figura 4 mostra um modelo esquemático de micelas reversas formadas por surfactantes em soluções não aquosas. Nos últimos anos, as micelas reversas têm sido amplamente utilizadas na síntese e preparação de carreadores de fármacos em nanoescala, particularmente para o encapsulamento de fármacos hidrofílicos.
Data da publicação: 26/12/2025