Studiul proprietăților unor soluții de înmuiant C50

Abstract. În această lucrare s-a avut în vedere studiul variaţiei proprietăţilor soluţiilor de surfactant. Surfactantul supus studiului a fost Înmuiantul C-50, cu formula moleculară C20H37O4Na şi masa moleculară M = 364 g/mol. Proprietăţile studiate au fost densitatea ρ, tensiunea superficială σ, viscozitatea η, conductivitatea κ. S-a determinat pe cale experimentală concentraţia critică micelară şi apoi s-a calculat şi teoretic. De altfel s-a calculat balanţa hidrofil – liofilă pe baza căreia am reuşit să obţinem câteva caracteristici specifice surfactantului analizat şi s-a discutat biodegradabilitatea acestuia.

Cuvinte cheie : surfactanţi, Înmuiant C-50, densitate, tensiune superficială, viscozitate, conductivitate, CCM, HLB, biodegradabilitate.

1. Introducere

Surfactanţii ( STA – substanţe tensioactive ) sunt substanţe organice, care descresc tensiunea de suprafaţă a apei la concentraţii relativ mici, fiind partial solubile în apă. Deoarece surfactanţii sunt adsorbiţi în principal la suprafaţa soluţiei, creând un strat subţire, sunt numiţi substanţe active de suprafaţă. În timpul dizolvării lor, după ce ating anumite valori ale concentraţiei, moleculele sau ionii de surfactant încep să se asocieze şi să se organizeze în unităţi mai complexe, numite micele. Valoarea concentraţiei caracteristica începerii procesului de asociere poartă denumirea de concentraţie critică micelară şi este întălnită sub simbolul cc sau prescurtat CCM. CCM-ul reprezintă una dintre cele mai utilizate caracteristici fizico-chimice a multor substanţe active biologice si a medicamentelor. Din punct de vedere chimic, surfactanţii sunt compuşi moleculari, iar când sunt dizolvaţi, aceştia formează soluţiile reale în concentraţii sub nivelul CCM-ului. Micelele sunt agregate a unui număr mai mare de molecule simple sau ioni de surfactant, aşadar dimensiunea rezultată a acestor structuri se încadrează în zona coloidală.Din acest considerent soluţiile micelare sunt considerate drept asociaţii coloidale.

Structura moleculară a surfactanţilor este bifilă, conţinând atât o parte nepolară

( hidrofobă, lipofilă ), cât şi una polară ( hidrofilă ).

Fig. 1. Partea hidrofobă şi cea hidrofilă a unui surfactant

Partea lipofilă constă de obicei dintr-o catenă hidrocarbonată având mai mult de 10 atomi de carbon. Partea hidrofilă poate fi reprezentată de o grupări neionice polare sau grupări ionice şi astfel distingem între surfactanţi neionici şi surfactanţi ionici. Grupările ionice au o afinitate mai mare faţă de apă comparative cu grupările neionice polare. Surfactanţii neionici sunt dizolvaţi ca molecule electroneutre ( de exemplu colesterolul sau alcooli graşi ce conţin grupe hidroxil ). Surfactanţii ionici disociază în soluţie apoasă în perechi de anioni şi cationi, însă doar o parte a acestor ioni sunt activi de suprafaţă.

Bazându-ne pe sarcina şi natura ionului generator de activitatea suprafeţei, putem clasifica surfactanţii ionici în următoarele clase :

• surfactanţi anionici (activ fiind anionul ) - de exemplu sarurile acizilor graşi de sodium şi potasiu ( săpunurile )

• surfactanţi cationici (cation-activ) – de exemplu sărurile cuaternare de amoniu

• surfactanţii amfoteri – de exemplu anumiţi aminoacizi, având pH-ul dependent de sarcină.

Surfactanţii formează un grup numeros şi variat de compuşi naturali şi sintetici, în practică mixturile lor fiind utilizate ca şi săpunuri, detergenţi. Cei neionici, neutri şi anumiţi surfactanţi ionici sunt utilizaţi în industria farmaceutică drept aditivi, emulgatori, solvenţi, constituienţi ale cremelor şi unguentelor. Printre surfactanţii cationici găsim un număr mare de substanţe antimicrobiene. Surfactanţii ionici sunt în general solubili în apă iar la concentraţii sub CCM au o comportare de electroliţi tari total disociaţi.

Surfactantul Înmuiant C-50 are următoarea formulă structurală:

Înmuiantul C-50 este un surfactant anionic; conţine două grupări hidrofile, anionice : - COOH, respectiv – RCOO-Na+ . Întrodus în apă, acesta este adsorbit la suprafaţă formând un monostrat, partea lipofilă orientându-se la suprafaţa apei, în timp ce părţile hidrofile se vor orienta spre mediul apos.

Figura 2. Grupările hidrofile şi lipofile ale surfactantului

Când Înmuiantul C-50 atinge valoarea corespunzătoare concentraţiei critice micelare, anionii surfactantului încep să se adune în ghemuri micelare încărcate negativ cu orientare spre mediul apos polar, nucleul micelar fiind alcătuit din lanţul hidrocarbonat nepolar. Micelele încărcate negativ atrag prin forţe electrostatice o parte din contraionii de Na+ sau alţi cationi posibili prezenţi în soluţie.

Principiul determinării concentraţiei critice micelare constă în găsirea unui punct de ruptură a dependenţelor grafice de concentraţie funcţie de anumite proprietăţi fizico-chimice ale soluţiilor de surfactanţi.