Práctica 5

DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN MICELAR CRÍTICA MEDIANTE LA TENSIÓN SUPERFICIAL


OBJETIVOS

Determinar la Concentración Micelar Crítica (CMC) de un surfactante modelo (lauril sulfato de sodio) por el método de la balanza de torsión modificada (Wihelmy-Noüy), para comprender las propiedades superficiales y agregados en soluciones surfactadas.

PRERREQUISITOS

1. ¿Qué es un agente surfactante ycómo actúa? Cite algunos ejemplos y sus estructuras
2. Definir tensión superficial, indicando sus unidades.
3. ¿Qué es la Concentración Micelar Crítica?
4. ¿Qué influencia tiene la temperatura sobre la tensión superficial (γ)?
5. Enliste la tensión superficial del agua en un intervalo de 20 a 30°C.
6. ¿Qué métodos existen para medir la tensión superficial?


INTRODUCCIÓN

Los sólidos, líquidos ysoluciones presentan muchas propiedades que sólo son explicables en función de la acción de sus superficies, estas incluyen a las tensiones superficiales e interfaciales.

En el seno de un líquido alrededor de una molécula actúan atracciones casi simétricas. En la superficie, sin embargo, dicha molécula se encuentra sólo parcialmente rodeada por otras y en consecuencia experimenta una atracciónhacia el cuerpo del líquido. Dicha atracción tiende a arrastrar las moléculas superficiales hacia el interior, y al hacerlo, el líquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana invisible. Este fenómeno se denomina tensión superficial (γ), y es el efecto responsable de la resistencia que un líquido presenta a la penetración superficial, fenómeno que explica la forma casi esféricade las gotas de lluvia.
Desde el punto de vista termodinámico, la tensión superficial puede considerarse como la tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta un punto en que su energía potencial de superficie es mínima, condición necesaria para que el equilibrio sea estable.

Los compuestos orgánicos como detergentes, alcoholes y ácidos, especialmente las sustancias llamadas tensoactivosde tipo surfactante, producirán una disminución notable en la γ del agua incluso en concentraciones muy pequeñas, teniendo así una actividad superficial positiva. La disminución superficial del agua por acción del tensoactivo ocurre cuando éste se activa en la interfase entre las fases hidrofílicas e hidrófobas. Tal disminución se muestra en la Figura 1.









Fig. 1 Disminución de la tensiónsuperficial (γ) del agua al aumentar la concentración del tensoactivo.

A medida que la concentración del tensoactivo aumenta, la γ disminuye, a pesar de agregar más moléculas de tensoactivo que aparentemente se disuelve sin ninguna dificultad. Después de un cierto límite, estas moléculas se comienzan a agregar en el seno de la solución y por lo tanto no demuestran ninguna actividad sobre la γ delagua.

Todo pasa como si al llegar a esa concentración que pareciera ser “crítica” las moléculas añadidas fueran “atrapadas” de alguna forma, no pudiendo ejercer su efecto sobre la γ.

Si la concentración aumenta más y más, las moléculas llegarán a estar a una distancia lo bastante pequeña como para ser atraídas por su porción hidrocarbonada e irán formando una estructura presumiblemente esféricacon las cadenas hidrocarbonadas dirigidas hacia el centro de la esfera y los grupos polares hidrofílicos dirigidos hacia la periferia, como se muestra en la figura 2.








Fig. 2 Formación de micelas.

Estos agregados reciben el nombre de micelas y la concentración a la cual comienza su formación se denomina Concentración Micelar Crítica (CMC). Las moléculas que se van capturando en la micelatienen sus movimientos completamente restringidos, es decir, no están libres para ejercer su actividad sobre la γ. Una vez formadas las micelas, las moléculas que se adicionan a la solución irán a aumentar el tamaño de la micela, pero no el número de éstas, por lo que las propiedades de la solución dependen del número de las moléculas o partículas presentes y no de la naturaleza o de la...