UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS INFORME DEL LABORATORIO Asignatura: Fisicoquímica de Interfases Numero de práctica: Integrantes: Fecha de realización: Fecha de entrega 2 Tamayo Karen 28 de julio de 2020 02 de agosto de 2020 Tema: Monocapas Objetivo: Observar la formación de monocapas sobre una superficie acuosa. Metodología Tabla Nº1: Materiales y Reactivos utilizados Materiales Reactivos Plato de fondo plano Agua Jeringa Aceite Tiras de cartulina Jabón líquido Elaborado por: Tamayo, K. Procedimiento: 1. Se colocó agua en un plato de fondo plano hasta aproximadamente 5 mm antes del borde. 2. Se añadió en el centro de la superficie del agua gotas de aceite con una jeringa y se observó. 3. Luego se colocó una tira de cartulina de 20 cm de largo x 3 cm de ancho sobre la capa de aceite formada y se dejó por 30 segundos, transcurrido ese tiempo se retiró con cuidado la tira y se observó. 4. Finalmente se tomó el jabón líquido y se colocó un poco en el dedo meñique para posteriormente acercar el dedo con jabón sobre la superficie de la monocapa y se observó. Observaciones Fig 1. Plato con agua Fig 2. Formación de la monocapa de aceite Al colocar varias gotas de aceite sobre el agua estas se disperon sobre la superficie, hasta que se observó la formación de una capa delgada de aceite y algunas gotas de aceite aun se encontraban dispersas sobre la superficie de agua, asi tambien se vió que la monocapa se colocó en la superficie del sistema. Fig 3. Tira de cartulina sobre la monocapa de aceite. Fig 4. Retiro de la tira de cartulina. Cuando se colocó la tira de cartulina sobre la monocapa de aceite esta se alargo y la cartulina empezó a absorber el aceite, además la cartulina se quedó flotando en la superficie. Posteriormente al retirar la cartulina, la delgada capa de aceite empezó a tomar su forma original (aproximandamente del mismo tamaño que tenía inicialmente) y la cartulina perdió su dureza. Fig 5. Comportamiento de la monocapa de aceite al acercar el jabón. Fig 6. Contracción de la monocapa de aceite Al acercar el dedo con jabón a la monocapa de aceite esta se alejó del jabón, también se observó que las pequeñas gotas que aun se encontraban dispersas sobre el agua se unieron a la monocapa de aceite. Finalmente, la monocapa se contrajo observándose una sola capa pequeña de aceite. Discusión Muchos compuestos orgánicos insolubles en agua, que contienen cadenas hidrocarbonadas de mediana longitud con un grupo polar en uno de sus extremos, se extienden de forma espontánea sobre una superficie acuosa, produciendo una película en la superficie (Levine, 2004). Al colocar varias gotas de aceite estas si dispersaron sobre la superficie del agua y al pasar un tiempo estas pequeñas gotas se empezaron a atraer entre sí se formando una capa muy fina de aceite sobre el agua, esto debido a que el aceite de cocina empleado es un ácido graso (ácido oleico), es decir contiene una cadena hidrocarbonada (17 carbonos) y un grupo carboxilo en el extremo. Además, al ser sustancias con polaridades opuestas estos líquidos son inmiscibles entre sí, colocándose el aceite en la parte superior ya que es menos denso que el agua. Para la fabricación de papel se emplea la celulosa y se forma una pasta con agua, la cual se seca. El papel obtenido es poroso, las fibras que lo componen están aglutinadas mediante enlaces por puente de hidrógeno (Beyer, 1987). En el experimento se observó que la tira de cartulina colocada sobre la monocapa absorbió el aceite, reemplazando los espacios con aire en las fibras de la cartulina por aceite, por otro lado la tira de cartulina colocada sobre el agua (Anexos- Fig. 7) absorbió este líquido, reemplazando en este caso los espacios de aire por agua y al transcurrir aproximadamente 30 segundos esta tira se hundió puesto que es un poco más densa que el agua, mientras que la tira que absorbió el aceite se mantuvo en la superficie debido a la inmiscibilidad del aceite con el agua y al ser el aceite menos denso permitía que la tira flotara en la superficie. La saponificación es una hidrólisis promovida por una base en los enlaces de éster en las grasas y aceites, siendo uno de los productos el jabón, químicamente un jabón es la sal de sodio o potasio de un ácido graso. El grupo carboxilo con carga negativa es hidrofílico (atraído al agua), la cadena de hidrocarburo larga es hidrofóbica (repelida por el agua) y lipofílica (atraída por los aceites) (Wade, 2012). Las moléculas qué que poseen grupos hidrofílicos cómo hidrofóbicos se denominan anfipáticas. La parte polar prefiere un disolvente polar y la parte no polar prefiere un disolvente apolar, las moléculas surfactantes como los detergentes son anfipáticas (Levine, 2004). Como se observó en la experimentación al acercar el jabón líquido a la monocapa de aceite esta se alejó del jabón a una gran velocidad, debido a que el jabón es un tensoactivo provoca que la tensión superficial disminuya. Inicialmente la tensión superficial que actuaba alrededor de toda la monocapa se encontraban compensada, por lo que la monocapa se localizaba flotando en el centro y cuando el jabón entró en contacto con el agua por uno de los lados de la monocapa provocó que la tensión superficial en esa región decreciera y como consecuencia la capa de aceite se movió hacia la región donde no había jabón, además las gotas de aceite dispersas se unieron a la monocapa y se contrajeron, producto de la acción del tensoactivo. A pesar de que el jabón es una sustancia anfipática no permitió que esta mezcla heterogénea (agua-aceite) se vuelva homogénea, como se observa cuando se lava un plato engrasado, la razón se debe a que al no aplicar cierta energía sobre el sistema la interacción entre estos líquidos inmiscibles no fue posible, la energía que se le confiere al sistema, en este caso un proceso de agitación, es necesaria debido a la viscosidad del tensoactivo empleado. Conclusiones Se observó la formación de una monocapa de aceite sobre la superficie del agua, al ser estos compuestos inmiscibles se logró distinguir una película de aceite sobre la fase acuosa, en la que la fase oleosa ocupó cualquier espacio de la superficie durante la adsorción, es decir se produjo una expansión de la capa insoluble debido a que es una sustancia hidrofóbica. La función del tensoactivo (jabón líquido) en la monocapa, fue la de formar un agregado molecular que se dispersó por la superficie de agua; es decir hubo un movimiento de las moléculas de aceite asociado con el rompimiento de la tensión superficial debido al tensoactivo. Cuestionario 1.- ¿A qué se debe el comportamiento del aceite sobre el agua? El agua y el aceite son líquidos inmiscibles por lo que se produce una mezcla heterogénea, esta inmiscibilidad se debe a que el agua es una sustancia polar mientras que el aceite es una sustancia apolar e hidrofóbica, por lo tanto, se repelen. Como lo menciona Levine (2004), el aceite al ser un compuesto orgánico con una cadena hidrocarbonada de mediana longitud y con un grupo polar en un extremo se extiende de forma espontánea sobre la superficie acuosa formando una película en la superficie, además la longitud considerable de las cadenas de los hidrocarburos hace que la solubilidad de estos compuestos en agua sea extremadamente baja, colocándose en la parte superior el aceite ya que es menos denso que el agua. 2.- ¿Por qué la monocapa de aceite formada se comporta como se observa al acercar el dedo con jabón? El aceite se aleja del jabón cuando este se acerca debido a que es una sustancia tensoactiva provocando que al entrar en contacto con el agua disminuya la tensión superficial, es decir la monocapa se movió a gran velocidad debido al rompimiento de la tensión superficial en el área donde entro en contacto con el tensoactivo provocando que la gota se desplazara hacia la región donde no decreció la tención superficial y además provocó que la delgada capa de aceite se contrajera. 3.- ¿Que sucede cuando la tira de cartulina se coloca sobre la capa de aceite y que aspecto tiene al retirarla luego? ¿Por qué se da este comportamiento? Al colocar la tira de cartulina sobre la capa de aceite esta flota sobre la superficie y cuando se la retiró la cartulina estaba empapada de aceite y perdió su firmeza. Este comportamiento se da porque los espacios de aire en las fibras de la cartulina fueron reemplazados por el aceite debido a la absorción que se produjo, haciendo que esta se quede en la superficie. Se esperaría que la cartulina se hundiese ya que es un poco más densa que el agua, pero al haber absorbido el aceite no se hunde, puesto que el aceite es menos denso que el agua lo que le permite flotar y además son sustancias inmiscibles. La perdida de la firmeza se debe a que el aceite provoca que se debiliten las uniones entre las fibras y su resistencia. Anexos Tira con aceite que flota en la superficie Tira con agua que se encuentra en el fondo del plato Fig 7. Tira de cartulina empapada de aceite y tira de cartulina empapada de agua. Bibliografía Beyer, H. (1987). Manual de Química Orgánica. España: Reverté s.a. Levine, I. (2004). Fisicoquímica. Madrid: McGraw- Hill. Wade, L. (2012). Química Orgánica (Séptima ed., Vol. 2). México: Pearson.
