CARACTERIZACIóN DE TENSOACTIVOS DE TIPO ACIDO FENI

UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE QUIMICA
DIRECCION DE EXTENSION
INFORME DE PASANTIAS:
Caracterización de tensoactivos de tipo acido fenilsulfonico, sus
sales y mezclas con otros tensoactivos y estudio de su
comportamiento en sistemas acuosos, orgánicos, multifasicos y
en contacto con superficies metálicas y poliméricas.
Presentado por:
Br. José Chirino
C.I.: 17.173.685
Tutor Académico:
Dr. Juan Carlos Pereira
Tutor Industrial:
Msc. Hobermy Cuicas
Agosto - Noviembre 2009
INDICE
Resumen………………………………………………………………........................3
Capitulo 1……………………………………………………………………………….4
Capitulo 2……………………………………………………………………………….8
Capitulo 3……………………………………………………………………………….9
Capitulo 4…………………………………………………………………………….. 26
Conclusiones…………………………………………………………………………. 30
Bibliografía……………………………………………………………………………. 31
Anexos………………………………………………………………………………... 32
RESUMEN
El acido fenilsulfonico lineal (AFSL) es obtenido por sulfonación del
alquilbenceno lineal. Es un tensoactivo utilizado en la fabricación de detergentes
en polvo, lavaplatos, jabones líquidos, limpiadores para pisos, productos del
agro y otros.
El bajo porcentaje de aceite libre (máximo 3%) lo hace apropiado para todo tipo
de detergentes y su color klett es ideal en la fabricación de jabones líquidos de
cualquier tonalidad.
Es por esta razón que una gran parte de este trabajo de pasantías se dedicó al
estudio de la caracterización de esta importante materia prima, efectuando
diversas pruebas tales como: solubilidad en solventes acuosos, tensión
superficial, entre otras, tanto a este acido como a sus sales.
Es de gran importancia acotar que las pruebas mencionadas anteriormente
fueron realizadas también a otros ácidos empleados también como materias
primas como: el dibásico y el 12-hidroxiestearico, al igual que las sales formadas
por estos y otros detergentes provenientes de planta; el objetivo era asegurar
que estas materias primas estuviesen dentro de las especificaciones y mínimos
requerimientos necesarios exigidos por la empresa para así conseguir productos
de gran calidad.
Las actividades dentro de la empresa se realizaron en el Laboratorio Central de
control de calidad dentro del departamento técnico de la empresa Industrias
Venoco, C.A.
Durante el período de pasantías se trabajó con variedad de equipos y se trabajo
con nuevas técnicas del laboratorio lo que permitió el desarrollo y consolidación
de conocimientos adquiridos durante la carrera como licenciado en Química
CAPITULO I
LA EMPRESA
1.1 Nombre y ubicación de la empresa:
Carretera Nacional Via Araguita, Complejo Industrial Venoco. Guacara, Estado
Carabobo. Teléfonos: (0241) 8504212 – 8456443/5411.
1.2 Información Corporativa de la empresa:
Industrias Venoco, C.A. (IVCA)
IVCA es la empresa holding del grupo de empresas Venoco. Constituye una
organización cuyas empresas son coordinadas por sus directores, ejecutivos y
trabajadores para la satisfacción de cada una de aquellas partes involucradas:
clientes, accionistas, empleados y la comunidad, inspirados sobre los principios
fundamentales de Venoco: contribuir a la industrialización de las principales
materias primas nacionales, incrementar las exportaciones de productos no
tradicionales y de este modo desarrollar una efectiva fortaleza tecnológica, todo
esto gobernado por un estricto código de ética.
Desde el inicio de sus primeras operaciones industriales en 1960, Venoco ha
obtenido y mantenido diversos reconocimientos nacionales e internacionales
debido al alto índice de calidad tanto en sus productos como en los procesos de
elaboración de los mismos.
En 1985, obtuvo el Premio Nacional en desarrollo tecnológico, otorgado por "El
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas - CONICIT" de
Venezuela. Algunas de las empresas poseen actualmente la certificación ISO
9000 y otras están en el proceso de obtención de la misma.
La línea de productos lubricantes, tanto en aceites como en grasas lubricantes
poseen la certificación venezolana NORVEN y el sello de calidad API (American
Petroleum Institute).
C.A. Nacional de Grasas Lubricantes (CANGL)
CANGL fue fundada en 1958 y comenzó operaciones en 1960 fabricando grasas
lubricantes para las empresas petroleras internacionales que operaban en
Venezuela para aquella época. En 1963 comenzó la producción de aceites
lubricantes. En 1973 el gobierno de Venezuela emitió la ley de reserva del
mercado nacional de hidrocarburos al estado a través de la empresa
Corporación Venezolana del Petróleo (CVP). CANGL continuó la fabricación de
lubricantes para la empresa del estado a la vez que un mercado de exportación
para su marca VENOCO.
En 1993 el gobierno venezolano permitió la participación de otras empresas en
el mercado nacional. En 1994 MOBIL INTERNATIONAL PETROLEUM
CORPORATION (Hoy en día Exxon Mobil) compró el 50% de las acciones de
CANGL a INDUSTRIAS VENOCO, C.A. y así la empresa pasó a fabricar las
marcas MOBIL y VENOCO, las cuales son distribuidas por sus respectivas
organizaciones comerciales independientes.
La empresa posee también un acuerdo de manufactura para elaborar los
productos marca BP para BP Exploración de Venezuela, S.A. y de grasas marca
PDV. Al igual que manufactura las marcas TrebolGas y Llanopetrol.
CANGL tiene una capacidad de fabricación de 10.000 TM/año de grasas
lubricantes trabajando a un turno por día y 90 millones de litros de capacidad de
mezcla de aceites sobre la base de un turno de trabajo diario. Cangl cuenta con
la certificación ISO-9002 y con la marca Norven en algunos de sus productos.
Lubricantes Venoco Internacional, C.A (LVICA)
LVICA fue fundada en 1994 a los fines de mercadear la marca de lubricantes
"VENOCO". La empresa posee su propia red de distribución nacional e
internacional la cual le ha permitido aumentar su participación de mercado,
mantener una estrecha relación con sus clientes y un alto grado de satisfacción
de los mismos.
En la actualidad, LVICA mantiene acuerdos con la CORPORACION TREBOL
GAS, C.A. Y LLANOPETROL a los fines de abastecer su red de estaciones de
servicio con lubricantes elaborados bajo la modalidad de marca compartida.
Entre la gama de productos que distribuye se encuentran los aceites y grasas
lubricantes, fluido para frenos y especialidades para el cuidado del vehiculo.
Servicios Técnico Administrativos Venoco, CA (Stavca)
En 1972 INDUSTRIAS VENOCO, C.A. (IVCA) funda para proveer recursos
humanos y soporte técnico y administrativo a las otras empresas afiliadas a
IVCA. Anteriormente estos servicios eran suministrados por CANGL bajo
contrato con el resto de las empresas afiliadas.
Los recursos humanos son orientados básicamente hacia la satisfacción directa
de las necesidades en las areas de manufactura y mercadeo así como también
en las operaciones de planta. Los soportes técnicos y administrativos están
dados bajo el concepto de descentralización/centralización, y de esta manera
maximizar las economías de escala.
Estos servicios incluyen diferentes departamentos tales como tesorería,
contabilidad, auditoria, informática, consultoría, laboratorio, mantenimiento de
instalaciones, almacén, ingeniería, relaciones laborales, procura, seguridad
integral, control de medio ambiente y protección de planta física, control de
calidad, investigación y desarrollo, entre otras.
STAVCA es el factor fundamental del desarrollo tecnológico de IVCA,
suministrando tecnología a los nuevos negocios y estableciendo exitosamente
mejoras en el desarrollo de muchas áreas dentro de la organización. El éxito de
STAVCA ha sido reconocido a través de muchos galardones nacionales e
internacionales en las áreas de seguridad, tecnología y calidad. Hoy en día,
STAVCA cuenta con alrededor de 500 empleados.
Química Venoco, C.A. (QVCA)
QVCA fue fundada en 1966 como la primera empresa petroquímica mixta donde
el estado venezolano a través del INSTITUTO VENOZOLANO DE
PETROQUÍMICA (IVP) se asoció con capitales privados venezolanos y
extranjeros con el fin de desarrollar la industria petroquímica venezolana.
Los accionistas originales en ésta empresa fueron: INDUSTRIAS VENOCO, C.A.
con una participación del 55%, SHELL QUÍMICA DE VENEZUELA, S.A. con
15%, PHILLIPS INVESTMENT COMPANY LTD. 15% y el INSTITUTO
VENEZOLANO DE PETROQUÍMICA (IVP) con 15%. QVCA comenzó
operaciones en 1969 con una planta de alquilación diseñada para producir
13.400 TM/año de Dodecilbenceno (DDB), a fin de abastecer a los productores
locales de detergentes.
En la medida que los mercados de exportación han migrado hacia detergentes
biodegradables la producción de QVCA ha cambiado a fin de aumentar la
disponibilidad de LAB y así abastecer a sus clientes tradicionales en la medida
que éstos van cambiando la formulación de sus detergentes.
En la actualidad QVCA tiene una capacidad de producción de 110.000 TM/año
de Alquilbencenos (LAB) y 60.000 TM/Año de Dodecilbencenos (DDB).
Adicionalmente produce solventes y otras especialidades petroquímicas. La
constitución accionaría de la empresa es Industrias Venoco con 82,3% y
Pequiven con 17,7%.
Aditivos Orinoco de Venezuela (ADINOVEN)
ADINOVEN fue fundada como una asociación de INDUSTRIAS VENOCO, C.A.
(IVCA) con el 55% del capital social e INFINEUM DE VENEZUELA, S.A.
(subsidiaria de INFINEUM INTERNATIONAL) con una participación del 45%,
como parte de la integración de los negocios de aditivos para lubricantes de
ExxonMobil y Shell (anteriormente existía una asociación entre IVCA y Exxon
Chemicals llamada ADINOCO) y así fabricar los aditivos para lubricantes usando
las tecnologías Paramins de ExxonMobil así como también las tecnologías de
Shell.
En 1994, pasó a ser la primera empresa en Venezuela en obtener la certificación
ISO-9002 de parte de una empresa auditora de reconocimiento internacional.
Igualmente, la empresa ha sido líder en los récords de seguridad entre las
empresas que operan con la tecnología Paramins alrededor del mundo.
Entre los productos de Adinoven se destacan: Fluido para Frenos (Frenoco)
DOT3 y DOT4, Refrigerantes para Motor, Limpiaparabrisas, Desengrasante
(Hidrasol), Aditivo para Motor (Dr. Lub), Aditivo para Diesel, Aditivo para
Gasolina (Mejorador del octanaje), Limpiador de Inyectores y Válvulas, Ducha
Grafitada, Aceite Sintético para Compresores de Refrigeración, (Venocool).
Estos productos se caracterizan por ofrecer al usuario altos niveles de calidad,
ya que cuenta con personal especializado y tecnología de punta.
Los productos son comercializados y distribuidos a nivel nacional e internacional,
a través de la red de distribuidores autorizados por Lubricantes Venoco
Internacional C.A. y bajo convenios existentes con diferentes estaciones de
servicio Trebol y Llano Petrol.
1.3 MISION:
Venoco, teniendo como principio guía la satisfacción de las necesidades de sus
clientes, promueve, opera y lideriza negocios rentables propios o en asociación
dentro de la industria química, petroquímica, de lubricantes y sus actividades
conexas orientadas al mercado nacional e internacional, valiéndose de sus
propios méritos y capacidades y de sus ventajas competitivas reales en
tecnología y recursos humanos.
1.4 VISION:
Venoco asume el reto de consolidarse como empresa líder, modelo de
organización y gestión profesional, guiada por la moral y la ética, que atiende
exitosamente a sus clientes en las áreas químicas y petroquímicas en los
mercados nacional e internacional.
1.5 VALORES:
Ética
Profesamos un riguroso apego a los principios morales y éticos que garantizan
una conducta ejemplar.
Excelencia
Somos una empresa orientada a la acción y obtención de resultados cualitativos.
Nos empeñamos en elevar los niveles de exigencias y fomentar nuevas y
mejores formas de hacer nuestro trabajo, participando así en la filosofía del
mejoramiento continuo.
Autenticidad
Estimulamos la concordancia entre el pensamiento y la acción en la relación a
los desarrollos científicos, tecnológicos y económicos que tienen lugar en la
empresa y en su entorno, así como un marco legal, normativo y procedimental
que rige sus actividades.
Proyección Social
Asumimos nuestra responsabilidad de participar en la promoción social y
tecnológica del país y de nuestra comunidad, así como en la preservación de los
recursos naturales y el mantenimiento de una alta calidad ambiental.
CAPITULO II
OBJETIVOS
2.1 Objetivo General:
Caracterizar tensoactivos (surfactantes) en su forma iónica y sus sales. Estudiar
el comportamiento en sistemas acuosos, orgánicos y su evaluación como
anticorrosivo.
2.2 Objetivos Específicos:
•
•
•
•
•
Caracterizar tensoactivos de tipo acido fenilsulfónico lineal (AFSL).
Preparar y caracterizar sales de acido fenilsulfónico lineal, así como
mezclas de estas.
Evaluar el comportamiento en sistemas acuosos y orgánicos. Estudio
reológico.
Evaluar los sistemas para determinar la solubilidad, tensión superficial
y concentración micelar critica (CMC).
Evaluar el comportamiento (como anticorrosivo) en contacto con
superficies metálicas.
CAPITULO III
REVISION BIBLIOGRAFICA
3.1 ANFÍFILOS, TENSOACTIVOS Y SURFACTANTES
3.1.1 ANFÍFILOS
La palabra anfífilo hace su aparición en el título del texto de P. Winsor hace más
de 30años. Se constituyó a partir de dos raíces griegas. De un lado el prefijo
"anfi" que significa "doble", de los dos lados,"alrededor", como en anfiteatro o
anfibio. De otra parte la raíz "filo" que denota la amistad y la afinidad como en
filántropo (el amigo del hombre), hidrófilo (afín al agua) o también filósofo (amigo
del saber).
Una sustancia anfífila posee una doble afinidad, que se define desde el punto de
vista fisicoquímico como una dualidad polar-apolar. La molécula típica de un
anfífilo tiene dos partes: un grupo polar que contiene heteroátomos como O, S, P
ó N que se encuentran en grupos alcohol, ácido, sulfato, sulfonato, fosfato,
amina, amida, etc., y un grupo apolar o poco polar que es en general un grupo
hidrocarbonado de tipo alquil o alquil benceno, y que puede contener
eventualmente átomos de halógeno u oxígeno.
La parte polar posee afinidad por los solventes polares en particular el agua y se
denomina comúnmente la parte hidrófila o hidrofílica. Por el contrario el grupo
apolar se llama la parte hidrófoba o hidrofóbica, o bien lipofílica, del griego
"phobos", el miedo, y "lipos", la grasa. (1)
3.1.2 TENSIOACTIVOS Y SURFACTANTES
Del hecho de su doble afinidad, la molécula de anfífilo "no se siente bien" en el
seno de un solvente, sea este apolar o polar, puesto que existirá siempre una
interacción que no será satisfecha. Es por esto que las moléculas de anfífilo
muestran una fuerte tendencia a migrar a las interfases, de forma tal, que su
grupo polar se encuentre dentro del agua y su grupo apolar se encuentre
orientado hacia un solvente orgánico o en la superficie.
En lo que sigue se llamará superficie el límite entre una fase condensada y una
fase gaseosa e interfase el límite entre dos fases condensadas. Esta
diferenciación es cómoda, pero no indispensable, y existen textos donde no se
realiza.
Los ingleses utilizan la palabra "surfactante" (agente activo de superficie) para
denotar una sustancia que posee una actividad superficial o interfacial. Es
necesario hacer resaltar que todos los anfífilos no poseen tal actividad, para que
esto suceda es necesario que la molécula posea propiedades relativamente
equilibradas, quiere decir, que no sea ni demasiado hidrófila ni demasiado
hidrófoba. La palabra "surfactant" no tiene una traducción exacta en español,
lengua en la cual se usa el término genérico de "tensoactivo", que se refiere a
una actividad o a una acción sobre la tensión superficial o interfacial, es decir
sobre la energía libre de Gibbs. Este término es equivalente a surfactante solo si
se supone que la actividad superficial o interfacial se traduce necesariamente
por un descenso de la tensión, lo cual es verdad en la mayor parte de
los casos que tienen un interés práctico. Usaremos el neologismo "surfactante".
En general, el término tensoactivo se refiere a una propiedad de la sustancia.
Los anfífilos tiene muchas otras propiedades y se les califica según las
aplicaciones: jabones, detergentes, dispersantes, emulsionantes, espumantes,
bactericida, inhibidores de corrosión, antiestático, etc. o dentro de las estructuras
de tipo: membrana, microemulsión, cristal líquido, liposomas o gel. (2)
3.1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SURFACTANTES
Desde el punto de vista comercial los surfactantes se clasifican según su
aplicación. Sin embargo se observa que muchos surfactantes son susceptibles
de ser utilizados en aplicaciones diferentes, lo que provoca confusiones.
Por tanto, se prefiere, clasificarlos de acuerdo a la estructura de su molécula, o
más exactamente según la forma de disociación en el agua.
Los surfactantes aniónicos se disocian en un anión anfífilo y un catión, el cual
es en general un metal alcalino o un amonio cuaternario.
A este tipo pertenecen los detergentes sintéticos como los alquil benceno
sulfonatos, los jabones (sales de sodio de ácidos grasos), los agentes
espumantes como el lauril sulfato, los humectantes del tipo sulfosuccinato, los
dispersantes del tipo lignosulfonatos, etc. La producción de los surfactantes
aniónicos representa alrededor del 55% de los surfactantes producidos
anualmente en el mundo.
Los surfactantes no-iónicos están en el segundo rango por orden de
importancia con un poco menos del 40% del total. En solución acuosa no se
ionizan, puesto que ellos poseen grupos hidrófilos del tipo alcohol, fenol, éter o
amida. Una alta proporción de estos surfactantes pueden
tornarse relativamente hidrofílicos gracias a la presencia de una cadena poliéter
del tipo polióxido de etileno. El grupo hidrófobo es generalmente un radical
alquilo o alquil benceno y a veces una estructura de origen natural como un
ácido graso, sobre todo cuando se requiere una baja toxicidad.
Los surfactantes catiónicos se disocian en solución acuosa en un catión
orgánico anfífilo y un anión generalmente del tipo halogenuro. La gran mayoría
de estos surfactantes son compuestos nitrogenados del tipo sal de amina grasa
o de amonio cuaternario. La fabricación de estos surfactantes es mucho más
cara que la de los anteriores y es por esta razón que no se les utilizan salvo en
caso de aplicación particular, como cuando se hace uso de sus propiedades
bactericidas o de su facilidad de adsorción sobre sustratos biológicos o inertes
que poseen una carga negativa. Esta última propiedad hace que sean
excelentes agentes antiestáticos, hidrofobantes, así como inhibidores de
corrosión, y puedan ser utilizados tanto en productos industriales como para uso
doméstico.
La combinación dentro de una misma molécula de dos caracteres: aniónico y
catiónico producen un surfactante llamado anfótero, como por ejemplo los
aminoácidos, las betaínas o los fosfolípidos; ciertos anfóteros son insensibles al
pH, otros son de tipo catiónico a pH ácido y de tipo aniónico a pH alto. Los
anfóteros son en general tan caros como los catiónicos y por esta razón su
utilización se reduce a aplicaciones particulares.
Hace unos veinte años surgieron los surfactantes poliméricos; estos son
producidos asociando estructuras polimerizadas de tipo hidrofílico o lipofílico, en
forma de bloques o de injertos. Ciertos de estos surfactantes son indispensables
en procesos donde están involucrados macromoléculas naturales como en la
deshidratación de petróleo. (3)
3.1.4 PRODUCCIÓN Y USOS
La producción mundial de jabones, detergentes y otros surfactantes era del
orden de 18 Mt (millones de toneladas) en 1970 y de 25 Mt en 1980,
correspondiendo un poco menos del 25% al mercado norteamericano y un 25%
al mercado europeo.
La evolución cualitativa del mercado durante los últimos cuarenta años es
significativa. En efecto en 1940 la producción de surfactantes (1,6 Mt) se
limitaba, esencialmente, a los jabones (sales de ácidos grasos) producidos
según una tecnología muy antigua. Al final de la segunda guerra mundial se
consiguen en el mercado olefinas cortas, en particular propileno, que se
obtienen como sub-producto del cracking catalítico y que no tenían en aquel
entonces aplicación como el etileno. El bajo costo de esta materia prima permite
sustituir ácidos grasos por radicales alquilo sintéticos.
Así nacen los detergentes sintéticos del tipo alquil benceno sulfonato que poco a
poco reemplazarán los jabones para máquinas de lavar y en otras aplicaciones
domésticas.
El desarrollo del vapocraqueo en los años 50 para fabricar etileno como materia
prima para polímeros diversos, ha permitido también la aparición en el mercado
de surfactantes no-iónicos en los cuales el grupo hidrofílico es una cadena
poliéter formada por policondensación de óxido de etileno.
En 1965 las nuevas leyes de protección del ambiente limitan la utilización de los
alquilatos de polipropileno en la fabricación de los detergentes sintéticos, tanto
en los Estados Unidos como en Europa. Los productores de surfactantes deben
por tanto utilizar materias primas un poco más costosas como los alquilatos
lineales; como consecuencia los alquil benceno sulfonatos siguen siendo los
surfactantes más baratos del mercado pero la diferencia del costo con los otros
surfactantes se reduce. Esta situación favorece por tanto el desarrollo de nuevos
productos.
En los años siguientes se observa una proliferación de nuevas fórmulas de todo
tipo y una gran diversificación en los usos industrial y doméstico. La producción
de jabones deja de decrecer y su uso dentro de productos industriales o
productos cosméticos no medicinal aumenta rápidamente. Los surfactantes
catiónicos y anfóteros aparecen en el mercado, pero su utilización está limitada
a aplicaciones particulares por su alto costo.
Hace unos diez años el mercado se ha estabilizado y se reparte de la manera
siguiente:
33% Jabones, carboxilatos, lignosulfonatos, donde:
50% jabones de uso domestico
35% otros ácidos de uso industrial.
22% Detergentes sintéticos del tipo sulfonato o sulfato, donde:
50% uso doméstico (polvos, líquidos)
17% industria petrolera
7% aditivos de cementos
4% agro-alimentos
3% cosméticos, productos farmacéuticos
40% Noiónicos etoxilados ó etoxisulfatos, donde:
40% alcoholes etoxilados
20% alquil fenol etoxilados
15% éteres de ácidos grasos
10% derivados de aminas o de amidas
4% Catiónicos, sobre todo amonios cuaternarios
1% Anfóteros, sobre todo betaínas y derivados de aminoácidos.
Los surfactantes poliméricos no se reportan en general como surfactantes y por
lo tanto no entran dentro de las estadísticas correspondientes. Se puede estimar
que representan un 2% del total, limitándose a las resinas sulfonadas o
etoxiladas y a los copolímeros bloque de óxido de etileno o de óxido de
propileno. Si se toman en cuenta los polímeros hidrofílicos de tipo
carboximetilcelulosa y otros polisacáridos, se obtendría una cifra más elevada,
pero estos últimos, en general, no se utilizan por sus propiedades surfactantes,
sino como aditivos en formulaciones diferentes. (4)
3.2 SOLUCIONES DE SURFACTANTES
3.2.1 COMPUESTOS ANFIFILICOS
Las sustancias anfifílicas conocidas bajo el nombre de surfactantes pueden
representarse esquemáticamente por la fórmula L-H. La parte lipofílica de la
molécula (L) es en general un radical hidrocarbonado tal como el dodecil
benceno o el tridecano. Por otra parte, H representa la parte hidrofílica o polar
de la molécula, que es en general un grupo oxigenado.
Según el tipo de disociación del grupo hidrofílico en fase acuosa, se denominan
surfactantes aniónicos (H = éstersulfato, sulfonato, carboxilato); catiónicos (H =
amonio cuaternario); no-iónico (H = polímero de óxido de etileno.), o anfotérico,
es decir a la vez aniónico y catiónico, como las betaínas o las taurinas.
A pesar de la gran variedad de sustancias que corresponden a la fórmula L-H,
estas poseen numerosas propiedades en común; el comportamiento global de
cada surfactante depende de la importancia relativa de estas dos tendencias H y
L.
En todo caso una solución de anfífilo presentará siempre una particularidad, a
saber que una de las partes del surfactante tendrá afinidad para el solvente
mientras que la otra no. (5)
3.2.2 EFECTO HIDROFOBO EN SOLUCION ACUOSA
Las moléculas anfifílicas presentan a menudo un fenómeno de autoasociación
por interacción hidrófoba. Estudios precisos de conductividad indican que
pueden formarse dímeros o trímeros en los cuales se minimiza la superficie de
contacto entre las partes hidrófobas (L) y el solvente acuoso polar. Para los
surfactantes de cadena lipofílica suficientemente larga, típicamente 10 ó más
grupos metileno, puede existir una asociación a mayor escala, llamada micela.
Dicho agregado puede contener varias decenas y aún centenas
de moléculas.
En presencia de tal asociación del soluto, es de esperar que las soluciones
micelares tengan propiedades particulares, semejantes en algún sentido a las
soluciones coloidales de tipo macromolecular u otro. (6)
3.2.3 ACTIVIDAD SUPERFICIAL E INTERFACIAL
A la superficie agua-aire, o a la interfase aceite-agua, se observa una brusca
transición de polaridad, lo que es particularmente favorable para la orientación,
perpendicularmente a la interfase, de las moléculas L-H; en esta situación el
grupo hidrofílico H "baña" en la fase acuosa, mientras que el grupo lipofílico L,
se encuentra en un ambiente no polar.
Aquí se discutirá solamente de la variación de la tensión superficial con la
concentración del surfactante. En el caso de una interfase aceite-agua, el
problema es más complejo, ya que el surfactante puede solubilizarse en las dos
fases; sin embargo, los fenómenos son esencialmente los mismos.
La Fig. 1 indica la variación de la tensión superficial en función de la
concentración del surfactante y posee todas las características del caso general.
A partir del valor que corresponde al agua pura (72 mN/m ó dina/cm), se observa
una disminución de la tensión superficial con el aumento de concentración de
surfactante; en esta primera zona (I), la gran mayoría de las moléculas de
surfactante se adsorben en la superficie agua-aire, y la concentración superficial
crece rápidamente.
A partir de un cierto valor, la superficie está ocupada por una capa
monomolecular de surfactante, y la tensión interfacial decrece linealmente con el
logaritmo de la concentración; según la isoterma de Gibbs, esto indica que la
concentración superficial permanece constante. En esta segunda zona (II) la
superficie es por lo tanto saturada y las moléculas de surfactante que se añaden
deben solubilizarse en la fase acuosa, lo que es poco favorable
desde el punto de vista energético, por la presencia del grupo no-polar L. (7)
Figura 1. La variación de la tensión superficial vs. la concentración de
surfactante permite determinar la Concentración Micelar Crítica.
3.3 MICELAS Y CONCENTRACION MICELAR CRITICA (CMC)
A partir de una cierta concentración, la fase acuosa se "satura" en moléculas
individuales L-H, y se observa el cambio a la tercera zona (III) de la Fig. 1, en la
cual la tensión superficial permanece constante. En esta región, cualquier
molécula suplementaria de surfactante se encuentra encima de su límite de
"saturación" en fase acuosa, y su "solubilización" ocurre en agregados de tipo
coloidal llamados micelas.
Se usan comillas para los términos "saturación" y "solubilización" ya que se
emplean en un sentido no convencional. Lo correcto sería decir que a partir de
cierta concentración, las interacciones hidrófobas entre moléculas de
surfactantes se tornan suficientemente importantes respecto a las interacciones
hidrofílicas surfactante/agua para que se forme espontáneamente una
asociación.
En medio acuoso las micelas pueden agrupar varias decenas y aún algunos
centenares de moléculas; la dimensión y la geometría de estos conglomerados
dependen esencialmente de la estructura del surfactante y del ambiente físicoquímico (Mukerjee, 1977; Mukerjee et al., 1977).
Se observa en el esquema de la Fig. 2 que la estructura micelar satisface la
doble afinidad de las moléculas de surfactante.
FIGURA 2. Micela: agregado de moléculas de surfactante
La concentración micelar crítica (abreviada CMC) corresponde a la transición
entre las zonas II y III de la Fig. 1; no es en realidad un valor exacto, sino un
cierto rango de concentración, que puede ser relativamente amplio si el
surfactante es una mezcla de especies químicas notablemente diferentes entre
sí.
La concentración micelar crítica, que se refiere a la zona de aparición de las
primeras micelas, puede detectarse mediante numerosos métodos, ya que
diversas propiedades presentan en esta zona una discontinuidad en su variación
(Fig.3-4). Los métodos más empleados se basan sobre la variación de la tensión
superficial (todos tipos de surfactantes) y de la conductividad electrolítica de las
soluciones (sólo surfactantes iónicos).
También se usa a menudo la variación del coeficiente osmótico, el cual está
relacionado con el descenso crioscópico (del punto de congelación). Por otra
parte se verá a continuación que la solubilización micelar posee propiedades
particulares, las cuales pueden también permitir detectar fácilmente la CMC
mediante métodos ópticos basados sobre la turbidez o la transmitancia de luz
visible.
Puesto que la transición no es siempre muy nítida, se obtiene en general la
concentración micelar crítica al extrapolar las tendencias observadas encima y
debajo de la zona de cambio de variación.
FIGURA 3. Variación del descenso del punto de congelación en función del la
concentración de surfactante
FIGURA 4. Variación de la conductividad de una solución de surfactante en
función de la concentración.
El adjetivo crítico sugiere que se trata de alguna forma de transición de fase, la
cual puede asemejarse a una "microprecipitación". La literatura especializada
contiene numerosos artículos sobre las micelas y sus posibles estructuras
(Aniansson et al, 1976; Elworthy & Mysels, 1966; Murray & Hartley, 1935; Mysels
et al. 1963; Shinoda & Hutchinson, 1962; Tondre et al., 1975. O'Connell y
Brugman (1977) publicaron un análisis histórico-bibliográfico sobre el tema.
En lo que nos concierne, conviene destacar cuatro propiedades fundamentales:
1) Encima de la CMC, toda molécula adicional de surfactante se incorpora
dentro de las micelas, y la concentración de surfactante en estado molecular
"monomérico" o no-asociado, queda prácticamente constante; sin embargo se
debe destacar que el equilibrio monómero-micela es de tipo dinámico, es decir,
que existe un intercambio permanente de moléculas entre las micelas y la fase
acuosa (Aniansson & Wall, 1974; Aniansson et al., 1976).
2) La dimensión de las micelas (10-100 Å) y el número de moléculas por micela
o número de agregación, depende del tipo de surfactante y del ambiente físicoquímico (electrólito, alcohol, temperatura).
3) Las tensiones superficial e interfacial de un sistema que contiene un
surfactante puro no varían cuando la concentración de este último sobrepasa su
CMC; en otros términos, se puede decir que un exceso de micelas no cambia en
nada la actividad superficial o interfacial. Sin embargo, la magnitud de los
fenómenos de solubilización micelar varía con la cantidad de micelas.
4) Debajo de la CMC, las propiedades termodinámicas de las soluciones de
surfactante (presión osmótica, descenso crioscópico, etc.) siguen leyes ideales o
regulares del mismo tipo que aquellas de las soluciones que contienen un soluto
de gran dimensión molecular. Por el contrario, encima de la CMC se observa un
comportamiento fuertemente no-ideal y una actividad casi constante; en ciertos
casos extremos, se pueden aún obtener estructuras de tipo gel o cristal líquido,
con apenas algunos porcientos de surfactantes, lo que indica que existen
interacciones muy fuertes. (8)
3.4 TENSION SUPERFICIAL
Las fuerzas de atracción y de repulsión intermolecular afectan a propiedades de
la materia como el punto de ebullición, de fusión, el calor de vaporización y la
tensión superficial.
Dentro de un líquido, alrededor de una molécula actúan atracciones simétricas
pero en la superficie, una molécula se encuentra sólo parcialmente rodeada por
moléculas y en consecuencia es atraída hacia adentro del líquido por las
moléculas que la rodean. Esta fuerza de atracción tiende a arrastrar a las
moléculas de la superficie hacia el interior del líquido (tensión superficial), y al
hacerlo el líquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana
invisible.
La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido presenta a
la penetración de su superficie, de la tendencia a la forma esférica de las gotas
de un líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos capilares y de la flotación
de objetos u organismos en la superficie de los líquidos.
Termodinámicamente la tensión superficial es un fenómeno de superficie y es la
tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta que su energía de
superficie potencial es mínima, condición necesaria para que el equilibrio sea
estable. Como la esfera presenta un área mínima para un volumen dado,
entonces por la acción de la tensión superficial, la tendencia de una porción de
un líquido lleva a formar una esfera o a que se produzca una superficie curva o
menisco cuando está en contacto un líquido con un recipiente.
A la fuerza que actúa por centímetro de longitud de una película que se
extiende se le llama tensión superficial del líquido, la cual actúa como una fuerza
que se opone al aumento de área del líquido. La tensión superficial es
numéricamente igual a la proporción de aumento de la energía superficial con el
área y se mide en ergios/cm2 o en dinas/cm. La energía superficial por
centímetro cuadrado se representa con la letra griega gamma (g). (9)
3.4.1 CAUSA
A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan
a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. Así, en
el seno de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en
promedio se anulan. Esto permite que la molécula tenga una energía bastante
baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del
líquido. Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un gas, existirá una
mínima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es
despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el líquido y el gas.
Otra manera de verlo es que una molécula en contacto con su vecina está en un
estado menor de energía que si no estuviera en contacto con dicha vecina. Las
moléculas interiores tienen todos las moléculas vecinas que podrían tener, pero
las partículas de contorno tienen menos partículas vecinas que las interiores y
por eso tienen un estado más alto de energía. Para el líquido minimizar su
estado energético es por tanto minimizar el número de partículas en su
superficie.2 Energéticamente, las moléculas situadas en la superficie tiene una
mayor energía promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia
del sistema será a disminuir la energía total, y ello se logra disminuyendo el
número de moléculas situadas en la superficie, de ahí la reducción de área hasta
el mínimo posible. (10)
FIGURA 5. DIAGRAMA DE FUERZAS ENTRE DOS MOLECULAS DE UN
LÍQUIDO
3.4.2 METODOS DE MEDICION DE LA TENSION SUPERFICIAL
METODO DEL ANILLO (NUOY 1919)
En el método de Nouy, se reemplaza la placa rectangular suspendida
verticalmente por un anillo tórico suspendido horizontalmente, en forma
perfectamente paralela con la superficie o interfase. El anillo tiene un radio R, y
esta hecho con un alambre de radio r, resultando en un perímetro total de L =
4πR. Nótese que este perímetro es una aproximación, ya que no toma en cuenta
la posición exacta de la linea de contacto trifásico respecto al anillo. En todo
caso es válido si r << R.
Para medir la tensión superficial, se procede como en el caso del método de la
placa. Primero se moja (completamente) el anillo y luego se procede a levantarlo
hasta el arranque.
FIGURA 6. Geometría del anillo de Nuoy
Sin embargo en este caso, la situación es levemente diferente, por dos razones:
(1) cualquier sea el ángulo de contacto, la dirección de aplicación de la fuerza de
tensión varia a medida que se extrae el anillo del líquido. Existe una posición de
la línea de contacto (posición 2 en la figura 7) en la cual la fuerza de tensión
resulta vertical. En esta posición la proyección vertical de la fuerza de tensión es
máxima. El método experimental toma en cuenta esta característica, ya que se
mide la fuerza máxima.
FIGURA 7. Arranque del anillo de Nuoy
Además se debe considerar que excepto en el caso en que r << R, entonces el
menisco interno y el menisco externo no tienen la misma forma (Fig. 8). En
consecuencia existen realmente dos posiciones en que la fuerza pasa por un
máximo. Para evitar este problema se trata siempre de que se cumpla r << R.
FIGURA 8. Diferencia entre el menisco interno y el menisco externo
(2) una parte del líquido está colgando del anillo y por tanto produce un efecto
hidrostático, el cual corresponde a la zona sombreada en la Fig. 5.
FIGURA 9. Liquido colgado al anillo
Harkins y Jordan han publicado hace ya 60 años unas tablas de corrección que
toman en cuenta la forma del menisco. Están todavía válidas y permiten lograr
una precisión del orden de 2%. Se encuentran estas tablas en el texto de
Adamson. Algunos tensiómetros computarizados toman en cuenta esta
corrección en forma automática.
Zidema y Waters han propuesto una ecuación para calcular el factor correctivo.
En teoría se podría obtener un error inferior a 0,01 dina/cm; en realidad el error
es del orden de 0,1 dina/cm, lo que es por lo general perfectamente suficiente.
Como para el caso de la placa de Whilhelmy, se puede también medir tensiones
interfaciales. Primero se calibra el aparato con el anillo hundido en el líquido
menos denso.
Luego se limpia el anillo y se coloca en el líquido más denso (completamente
hundido); a continuación se vierta encima el líquido menos denso. Finalmente se
extrae el anillo a la interfase entre los dos líquidos, tomando nota de la fuerza
máxima.
Al medir la tensión superficial o interfacial de solución (es) que contienen
surfactantes se presenta un problema adicional, a saber el tiempo de
equilibración. En efecto en este método, se modifica la superficie al arrancar el
anillo, en particular en la zona donde se ejerce la fuerza de tensión, cosa que no
ocurre en el método de la placa.
En consecuencia es recomendable proceder como sigue, lo que es fácil si se
dispone de una lectura digital de la fuerza (aparatos semi-automáticos).
- primero levantar el anillo hasta sobrepasar la fuerza máxima, pero sin producir
el arranque del anillo.
- luego volver a bajar el anillo un poco y esperar algunos segundos.
- volver a levantar el anillo hasta sobrepasar la fuerza máxima sin arrancar el
anillo,
- y así sucesivamente.
Se obtendrá una serie de fuerzas o valores de la tensión (según el dato leído)
como se muestra en la Fig. 10. Después de cierto tiempo se logra un valor
estable que se puede considerar como al equilibrio.
El tiempo requerido puede ser mayor que lo que se pueda pensar. La
experiencia muestra que en presencia de surfactantes poliméricos se puede
requerir varias horas para alcanzar dicho equilibrio.
Figura 10. Medición de la tensión por el método del anillo
una medición (izquierda) - serie de mediciones hasta alcanzar el equilibrio
(derecha)
El anillo está fabricado en una aleación de platino con iridio. Las dimensiones
típicas son: radio del toro R = 9,545 mm, radio del alambre r = 0,185 mm,
longitud de la línea de contacto L = 120 mm. Desde el punto de vista práctico,
más grande R y más pequeño r, mejor la precisión; sin embargo más grade R,
más difícil asegurar la posición perfectamente horizontal, y mayor el volumen de
líquido requerido. Nótese sin embargo que se puede usar
un recipiente de tipo anular para reducir la cantidad de líquido requerido.
En conclusión se puede decir que el método del anillo de Nouy tiene
esencialmente las mismas características que el método de la placa. A
dimensión externa igual, la longitud de contacto trifásico es mayor que la de la
placa. Por otra parte es mejor que el método de la placa si no hay seguridad de
que el ángulo de contacto sea cero.
Sin embargo posee también algunos inconvenientes, en particular la creación de
área superficial o interfacial nueva, y la necesidad de una corrección hidrostática
si se desea una alta precisión.
Cuando se mide la tensión superficial de surfactantes, se puede considerar que
el platino está totalmente mojado por el agua, la ventaja del método del anillo es
de minimizar el error sobre el ángulo de contacto. Por otra parte si el surfactante
es de gran peso molecular o si se trata de mezcla de equilibrio lento, el problema
de creación de nueva área es una desventaja. Por lo tanto el método de la placa
dará en general una mejor información.
Cabe destacar que el método del anillo se presta como un método más
accesible, puesto que es fácil detectar el máximo de fuerza, y realizar el método
de aproximaciones sucesivas de la Fig. 6, sin emplear el anillo. Eso no quiere
decir que es necesariamente deseable disponer de un equipo computarizado, el
cual tiene un precio en general 3 veces mayor que el equipo manual equivalente.
(11)
3.5 CORROSION
3.5.1 DEFINICION
La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un
ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede
entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su
forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté
originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene
lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido
en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros
materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos.
La corrosión puede ser mediante una reacción química (oxidorreducción) en la
que intervienen tres factores:
• la pieza manufacturada
• el ambiente
• el agua
O por medio de una reacción electroquímica.
Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a
causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina
verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).
Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a
todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes
(medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.).
Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de
una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que
cada pocos segundos se disuelve 5 toneladas de acero en el mundo,
procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza
pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo,
constituyen una cantidad importante.
La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez
nociones de química y de física (físico-química). (12)
3.5.2 TIPOS DE CORROSION
CORROSION ELECTROQUIMICA O POLARIZADA
La corrosión electroquímica se establece cuando en una misma superficie
metálica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy próximas entre sí en
donde se establece una migración electrónica desde aquella en que se verifica
el potencial de oxidación más elevado, llamado área anódica hacia aquella
donde se verifica el potencial de oxidación (este término ha quedado obsoleto,
actualmente se estipula como potencial de reducción) más bajo, llamado área
catódica.
El conjunto de las dos semi reacciones constituye una célula de corrosión
electroquímica. (13)
CORROSION POR OXIGENO
Este tipo de corrosión ocurre generalmente en superficies expuestas al oxígeno
diatómico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y
presión elevada ( ejemplo: calderas de vapor). La corrosión en las máquinas
térmicas (calderas de vapor) representa una constante pérdida de rendimiento y
vida útil de la instalación. (14)
CORROSION MICROBIOLOGICA
Es uno de los tipos de corrosión electroquímica. Algunos microorganismos son
capaces de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. Se han
identificado algunas especies hidrógeno dependientes que usan el hidrógeno
disuelto del agua en sus procesos metabólicos provocando una diferencia de
potencial del medio circundante. Su acción está asociada al pitting (picado) del
oxígeno o la presencia de ácido sulfhídrico en el medio. En este caso se
clasifican las ferrobacterias. (15)
CORROSION POR PRESIONES PARCIALES DE OXIGENO
El oxígeno presente en una tubería por ejemplo, está expuesto a diferentes
presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es más aireada que otra
próxima a ella y se forma una pila. El área sujeta a menor aireación (menor
presión parcial) actúa como ánodo y la que tiene mayor presencia de oxígeno
(mayor presión) actúa como un cátodo y se establece la migración de
electrones, formándose óxido en una y reduciéndose en la otra parte de la pila.
Este tipo de corrosión es común en superficies muy irregulares donde se
producen obturaciones de oxígeno. (16)
CORROSION GALVANICA
Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre sí
actúan como ánodo uno de ellos y el otro como cátodo. Aquel que tenga el
potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa
aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más
positivo procederá como una reducción. Este par de metales constituye la
llamada pila galvánica. En donde la especie que se oxida (ánodo) cede sus
electrones y la especie que se reduce (cátodo) acepta los electrones. (17)
CORROSION POR ACTIVIDAD SALINA DIFERENCIADA
Este tipo de corrosión se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde
la superficie metálica expuesta a diferentes concentraciones salinas forman a
ratos una pila galvánica en donde la superficie expuesta a la menor
concentración salina se comporta como un ánodo. (18)
3.6 SOLUBILIDAD
La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia
para disolverse en otra. Puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro,
o en porcentaje de soluto; en algunas condiciones se puede sobrepasarla,
denominándose a estas soluciones sobresaturadas. El método preferido para
hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la
muestra. La sustancia que se disuelve se denomina soluto y la sustancia donde
se disuelve el soluto se llama solvente. No todas las sustancias se disuelven en
un mismo solvente, por ejemplo en el agua, se disuelve el alcohol y la sal. El
aceite y la gasolina no se disuelven. En la solubilidad, el carácter polar o apolar
de la sustancia influye mucho, ya que, debido a estos la sustancia será más o
menos soluble; por ejemplo, los compuestos con más de un grupo funcional
presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico.
Entonces para que sea soluble en éter etílico ha de tener escasa polaridad, es
decir no ha de tener más de un grupo polar el compuesto. Los compuestos con
menor solubilidad son los que presentan menor reactividad como son: las
parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados.
El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del
proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de
las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del
disolvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del sistema, es
decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. Al
proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del
soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua,
hidratación. (19)
CAPITULO 4
PRESENTACION Y DISCUSION DE RESULTADOS
4.1 DETERMINACION DE SOLUBILIDAD DEL ACIDO FENILSULFONICO
DEL (AL 304)
A este acido cuya cadena lineal va de 20 a 24 átomos de carbono, se le
procedió a determinar su solubilidad en agua mediante un simple montaje el cual
constaba de una plancha, agitador, beaker, una jeringa cargada con el acido y
un pH-metro.
Este estudio consistió en la medición de un peso inicial de AFSL a un volumen
de 1500 mL de agua destilada, correspondiendo esto al 0,0008 % p/v de AFSL
en el sistema.
El fundamento de esta experiencia era adicionar cada 20 minutos cierta
cantidad de acido, hasta su completa disolución y registrar el pH del sistema,
hasta que este se hiciera completamente insoluble en el solvente con el objetivo
de determinar la máxima concentración a la cual el acido se solubilizaba en el
agua destilada y con la que se iba a trabajar en los ensayos posteriores.
Por diferencia de masa se determino la cantidad de acido agregada, arrojando
un valor de 0,101 % p/v. Cabe destacar que se adicionaron 1,5085 g de AFSL y
se registro un valor de pH para el sistema final el cual fue 2,59.
4.2 ESTUDIO DE LA SOLUBILIDAD EN AGUA DE DOS ACIDOS SÓLIDOS:
ACIDO 12-HIDROXIESTEARICO (Ac. 12-OH ST) Y ACIDO DIBASICO (Ac.
DB)
Para este estudio se procedió a montar un sistema provisto de una plancha, un
agitador, el solvente y los dos ácidos.
La finalidad era lograr preparar dos soluciones de 0,25 % p/v para ambos ácidos
y por supuesto estudiar la solubilidad en el agua. Se procedió a calentar el agua
para luego adicionar los ácidos por separado.
Se logro observar que el acido dibásico fue completamente soluble mientras que
una pequeña fracción del 12-OH ST fue soluble, adicionalmente se formo una
capa de partículas en la superficie de esta solución, indicativo este que esta
solución se encontraba saturada, a pesar de esta condición se decidió seguir
trabajando con este sistema.
Aprovechando que las soluciones se encontraban listas, se decidió neutralizar
las mismas con NaOH para así generar ambas sales sódicas, las cuales serian
de posterior estudio en distintos análisis.
A estas sales se les midió el pH arrojando valores de 9,37 para la Na 12-OH ST
y 11,09 para la Na DB. Es de gran importancia destacar que la cantidad de soda
adicionada a cada sal se hizo de acuerdo a la relación estequiométrica acidobase, lo cual no garantizaba que las sales se neutralizaran por completo como
se observaron en los resultados.
Debido a que la sal NA DB no se encontraba en un pH optimo (rango de 7,5 8,5) se volvieron a efectuar la síntesis de esta sal, a lo cual se sintetizo en
conjunto con la sal TEA DB, logrando efectivo este cometido, se concluyo que se
requiere para neutralizar 1 g de acido dibásico: 86 mL de NaOH 1N y 2,8 mL de
TEA por separado para una concentración de 0,5 % p/v de cada sal.
Para formar la sal neutra de Na DB se efectuaron múltiples experimentos de
ensayo y error variando las metodologías y las cantidades de la soda, ya que no
se encontró la mejor relación estequiométrica; de igual formase sintetizo la sal
Na 12-OH ST 0,1 % p/v, donde se necesito 26 mL de la base para lograr
neutralizar 1 g del acido esteárico.
Debido a que la solución 0,25 % p/v de esta sal se encontraba saturada como se
discutió anteriormente se decidió trabajar con una solución madre mas diluida
(0,1 % p/v) y para las dos sales del acido dibásico se fijo la concentración en 0,5
% p/v.
4.3 DETERMINACION DE ACIDEZ PARA EL ACIDO DIBASICO
Como se explico en el punto anterior en relación a la formación de las dos sales
para este compuesto, se acordó determinar la acidez de este acido para concluir
si las propiedades del compuesto incidían o no en la formación de las sales
neutras.
El método consistió en disolver 0,1 g del acido en 125 mL de un solvente
orgánico apropiado (tolueno), luego se procedió a neutralizar con un titulante
alcalino (KOH) mediante una valoración potenciométrica totalmente
automatizada.
El número de acidez reportado por el equipo fue de 368,38 mg KOH/g, valor no
reportado en la bibliografía, concluyendo que la naturaleza tan acida del
compuesto en cuestión influyo notablemente en la síntesis de las dos sales en
cuestión.
4.4 PRUEBAS DE CORROSION
Para el análisis de las muestras las barras se secaron con aire, una vez secas
se sumergieron durante 15 segundos en la sustancia a estudiar, se seco de
nuevo con aire y se sumergió en un vial previamente llenado con agua destilada.
La finalidad de esta experiencia era la de evaluar las propiedades corrosivas de
estas muestras.
Para la serie A comparando con el patrón de agua destilada, podemos observar
que todas las barras presentan corrosión localizada en casi toda la superficie de
estas, existiendo mayor corrosión en la barra sumergida en el acido 12hidroxiestearico, podiendose explicar esto a la cantidad de partículas presente
en esta solución, haciendo que se formara una película de precipitado en la
superficie de esta muestra, seguida de la sal TEA DB.
La barra que presento menor corrosión fue la Na DB, ya que en esta se localizo
corrosión en especificas áreas.
A estas muestras a la cual se incorporo el acido oleico se les adiciono una
pequeña fracción de Imidazolina (0,001 % p/v) y se manifestó un
comportamiento muy similar al de la serie A, observándose que la del acido
oleico es una de las barras que presenta propiedades corrosivas moderadas,
situación contraria a la del acido hidroxiestearico cuya barra se presento
totalmente amarillenta producto de una rapada corrosión, las barras de las sales
dibásicas no presentaron ningún comportamiento significativo.
A su vez también se evaluaron las propiedades de al serie C, donde se puede
resumir que el que mejor comportamiento lo obtuvo el detergente #1 con una
parcial corrosión en su superficie, mientras que las otras presentaron similares
comportamientos con una corrosión muy significativa en áreas específicas de
dichas barras.
En el último análisis de este apartado se evaluaron la sal TEA FSL en la cual se
observo una fuerte corrosión en la parte superior de la barra y una solución I la
cual consistió en una mezcla de cuatro detergentes con agua destilada, este
reporto una moderada corrosión con lo que se puede aceptar como una muestra
con propiedad anti-corrosiva.
4.5 ENSAYOS DE TENSION SUPERFICIAL
El análisis de tensión superficial nos permitió conocer las propiedades de
surfactante de todas muestras analizadas dentro de las cuales podemos
mencionar ácidos que se emplean como materias primas, sus respectivas sales
y detergentes.
Podemos mencionar que todas las muestras a excepción de las sales: Na 12OH ST, TEA DB y Na DB mostraron un comportamiento completo o parcial de
surfactante con respecto a la grafica teórica (figura 1). Las sales mencionadas
anteriormente presentaron un comportamiento diferente, con lo cual se
descartaron como posibles agentes tensoactivos.
A las muestras que cumplían con las propiedades de surfactantes se les
determino la concentración micelar critica (CMC), la cual se define como la
concentración necesaria a la cual se forma la primera micela en un sistema
liquido-aire o de dos fluidos.
4.6 SINTESIS DE LAS SALES Na DB Y Na 12-OH EMPLEANDO COMO
SOLVENTE UN ALCOHOL
Considerando las dificultades del apartado 4.2, en esta experiencia se procedió
a variar el solvente pasando de agua destilada a el 2-propanol con la finalidad de
generar sales con un alto porcentaje de pureza.
Inicialmente se disolvió una cantidad considerable de los ácidos con la mínima
cantidad requerida del alcohol para ambos casos, para luego neutralizar con
NaOH alcohólico (previamente preparado) en un rango de 7,5 a 8,5.
Una vez neutralizadas las muestras se procedió a evaporar todo el alcohol
presente en ellas a una temperatura cercana a los 90 grados hasta conseguir las
sales sólidas. Luego se disolvió una pequeña cantidad de estos en agua
destilada para hacer una medición de pH obteniéndose valores de 5,75 y 6,82
para las sales dibásica e hidroxiestearica respectivamente.
Para corroborar este último análisis se efectuó el ensayo de acidez y alcalinidad
libre para ambas sales, experiencia en la cual se titularon 10 g de cada sal con
KOH.
Para la sal dibásica e hidroxiestearica se consumieron 12,06 mL y 4 mL
respectivamente del titulante alcalino, posterior a esto se le determino la
cantidad en mg de KOH gastados para cada sal y la masa de NaOH necesaria
para neutralizar por completo las sales.
Una vez conocidos estos valores, se procedió a efectuar pruebas de solubilidad
para las sales en distintos solventes orgánicos (metanol, propanol y etanol) y así
conseguir los compuestos en los cuales se disolverían las sales para poder
completar la masa necesaria de NaOH para re-neutralizarlas, volver a evaporar
el alcohol y de una vez por todas re-sintetizar las sales.
Los solventes seleccionados fueron 2-propanol y metanol en las cuales las sales
Na DB y Na 12-OH ST se solubilizaran con previo calentamiento. Es de vital
importancia destacar que la sal Na DB no se logro re-disolver en 2-propanol a
pesar de que se añadió una gran cantidad de solvente; caso contrario con la otra
sal, la cual se re-disolvió con relativa facilidad y en un intervalo de tiempo corto.
Debido a que el cronograma de actividades del autor expiro a la fecha de
realización de este experimento, se concluyo la experiencia en el punto
mencionado anteriormente con previa notificación a los supervisores de este
proyecto.
CONCLUSIONES
•
•
•
•
•
•
•
Se encontró que la máxima cantidad concentración a la cual se
disuelve el ácido fenilsulfónico lineal DEL (AL 304) en agua destilada
fue al 0,101 % p/v.
La síntesis de las sales del ácido dibásico puede radicar en su
naturaleza extremadamente acida.
De acuerdo a lo discutido en la sección 4.6, se determinó que el medio
alcohólico influyo notablemente en la medición del pH de las sales
sintetizadas de Na DB y Na 12-OH ST.
Las barras sumergidas en soluciones del acido 12-OH ST presentaron
una rápida corrosión debido a la cantidad considerable de precipitado
que contenían las soluciones analizadas.
Todas las sales dibásicas pueden ser posibles anti-corrosivos.
De todas las muestras analizadas, las sales dibásicas y las sales 12OH esteáricas no presentaron comportamiento de agente tensoactivo,
ya que sus valores de tensión superficial fueron constantes.
La solución I y la muestra de ácido oleico (con pequeñas trazas de
Imidazolina) pueden ser empleadas como agentes anti-corrosivos, ya
que las barras sumergidas en estas presentaron pocos rastros de
corrosión.
BIBLIOGRAFIA
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•
•
•
(1), (2), (3) y (4). Salager, Jean-Louis. (2002). Surfactantes: Tipos y
usos. Mérida: Cuaderno FIRP S300-A. Pag: 2-6.
(5), (6), (7) y (8). Salager, Jean-Louis. (1993). Surfactantes en solución
acuosa. Mérida: Cuaderno FIRP S201-A. Pag: 1-5.
(9), (10), (12), (13), (14), (15), (16), (17), (18) y (19). Chang, Raymond.
(1992). Química. México, DF. : McGraw Interamericana. Pag: 85, 214216 y 328-331.
(11). Anton de Salager, Raquel E. y Salager, Jean-Louis. (2005).
Métodos de medición de la tensión superficial o interfacial. Mérida:
Cuaderno FIRP S205-A. Pag: 5-8.
ANEXOS
A1. Pruebas de corrosión para la serie A
Ac. 12-OH ST 0,1% p/v
Na DB 0,1 %p/v
PATRON AGUA DESTILADA
TEA DB 0,1 %p/v
A2. Pruebas de corrosión para la serie B
Ac. 12-OH ST 0,1 %p/v + IMIDAZOLINA
TEA DB 0,1 %p/v + IMIDAZOLINA
Na DB 0,1 %p/v + IMIDAZOLINA
Ac. OLEICO
A3. Pruebas de corrosión para la serie C
DETERGENTE #1
DETERGENTE #2
DETERGENTE #3
A4. Pruebas de corrosión para la serie D
TEA FSL 0,1 %p/v
SOLUCION I
A5. Valores de tensión superficial y de CMC reportados para una serie de
jabones líquidos
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
CONCENTRACION
(% p/v)
0,002
0,005
0,01
0,02
0,04
0,1
0,5
CMC
(% p/v)
JAB. LIQ. 1 JAB. LIQ. 2 JAB. LIQ. 3 JAB. LIQ.4
47,9
64
49
47
40
53,9
39,2
38,1
33,9
50,3
34,3
36,7
33,4
44,6
32,1
34,9
30,3
39,7
32
34,7
30
35
32,6
34,3
31
35
32,9
34,9
0,0158
0,066
0,0117
0,0126
JAB. LIQ. 5
CONCENTRACION
(% p/v)
0,0005
0,001
0,002
0,005
0,01
0,02
0,04
0,1
0,5
CMC
(%p/v)
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
61,9
53,2
37,4
36,3
36,2
35,6
35,8
35
30,2
0,00219
JABONES LIQUIDOS
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
CONCENTRACION (% p/V)
JABION LIQUIDO 1
JABON LIQUIDO 2
JABON LIQUIDO 3
JABON LIQUIDO 4
JABON LIQUIDO 5
A6.Valores de tensión superficial y de CMC reportados para la serie del
AFSL (Planta) y sus sales
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
CONCENTRACION
(% p/v)
0,00001
0,0001
0,0004
0,001
0,002
0,005
0,01
0,02
0,1
CMC
(% p/v)
65
65,1
53,9
45
42
39,9
35,7
37,8
37
Na FSL (Planta)
61,8
58,1
57,2
44
42,7
41,3
40,4
40,4
41
0,00501
0,00275
AFSL (Planta)
TEA FSL (Planta)
CONCENTRACION
(% p/v)
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
74,9
0,00001
72,1
0,0001
70,3
0,0004
63,1
0,001
61,5
0,002
55,1
0,005
47,1
0,01
44
0,02
38,3
0,1
1
32
CMC
(% p/v)
0,0219
AFSL (Planta) y sus sales
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,00001
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
CONCENTRACION (% p/v)
AFSL (Planta)
Na FSL (Planta)
TEA FSL (Planta)
A7.Valores de tensión superficial y de CMC reportados para una serie de
sales
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
CONCENTRACION
(% p/v)
0,00001
0,0001
0,001
0,01
1
CMC
(% p/v)
Na 12-OH ST TEA DB
67,9
65,4
62,4
55,9
48,3
56
66
62,5
71,7
41
Na DB
CONCENTRACION
(% p/v)
0,00001
0,0001
0,001
0,01
0,04
0,1
0,4
1
CMC
(% p/v)
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
73
73,4
69,8
60,3
60,4
60,6
52
45
Sales de los acido dibasico y 12-OH ST
TENSION SUPERFICIAL
(dyna/cm)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,00001
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
CONCENTRACION (% p/v)
Na 12-OH ST
TEA DB
Na DB
A8. Valores de tensión superficial y de CMC reportados para una serie de
detergentes
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
CONCENTRACION
(% p/v)
0,00001
0,0001
0,0004
0,001
0,002
0,005
0,01
0,02
0,1
CMC
(% p/v)
DETERG. 1 DETERG.2 DETERG.3
72,3
72,3
73,9
60,5
68,5
59,4
41
55,6
54,2
32
53,4
45,6
32,8
45,3
41,3
32,1
39,2
41,7
31,4
39,8
39,7
32,5
41,3
40
30,8
40,1
41
0,000933
0,00417
0,00219
DETERGENTES
80
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
70
60
50
40
30
20
10
0
0,00001
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
CONCENTRACION (%p/v)
DETERGENTE 1
DETERGENTE 2
DETERGENTE 3
A9.Valores de tensión superficial y de CMC reportados para el Ac. AL 304 y
sus sales
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
CONCENTRACION
(% p/v)
0,00001
0,0001
0,0004
0,001
0,002
0,005
0,01
0,02
0,1
CMC
(% p/v)
Ac. AL 304 TEA AL304 Na AL 304
74,1
74,6
74,2
71,7
72
72,2
59
67,2
70,2
38,8
47,3
54,3
40,1
48,4
45
38,1
47,8
45
37,1
46,8
41,6
38
47,1
40,3
38,3
45,3
40,3
0,000741
0,000977
0,00251
Ac. AL 304 y sus sales
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,00001
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
CONCENTRACION (% p/v)
Ac. AL 304
TEA AL 304
Na AL 304
A10. Valores de tensión superficial y de CMC reportados para una serie
comparativa de ácidos
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
CONCENTRACION
(% p/v)
0,00001
0,0001
0,0004
0,001
0,002
0,005
0,01
0,02
0,1
0,5
1
CMC
(% p/v)
Na C8
Ac. C8
72,4
72,5
71,7
68,5
61,2
57
51,2
46,3
36,5
32,5
34,1
75
74,5
71
71,9
66,8
58,7
54,8
48,2
36,3
34
35
0,158
0,121
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
CONCENTRACION
(% p/v)
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
CMC
(% p/v)
AFSL (Sulf.)
69
60,2
42
38,2
36
0,0188
Ac. C8, su sal y AFSL (Sulf.)
TENSION SUPERFICIAL (dyna/cm)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,00001
0,0001
0,001
0,01
CONCENTRACION (% p/v)
Ac. C8
Na C8
AFSL (Sulf.)
0,1
1