tensión superficial y catálisis

7/24/2019 Tensin Superficial y Catlisis.

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Catlisis micelar y

tensin superfcial.

Marta Blanco Ro.

Grupo I.


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Introduccin.

Desde principio de este siglo hasta el presente, el proceso de asociacin reversible de

molculas anfiflicas, es decir, molculas que poseen en su estructura qumica grupos

hidrfobos e hidrfilos, ha despertado un amplio inters, por sus aplicaciones

prcticas, lo que ha sido objeto de numerosas investigaciones. Uno de los primeros

investigadores que estudiaron este fenmeno fue .!. "c#ain, quien constat el

hecho de que las molculas de tensoactivo disueltas en agua podan agregarse de un

modo reversible, dando el nombre de micelas a estos agregados.

Una micela es una formacin geomtrica de molculas que tienen una $cabe%a$ polar

& una $cola$ de naturale%a no polar adheridas a un partcula o glbulo de usa

sustancias que se encuentra en un medio en el cual no es soluble.

'l carcter anfiptico o anfiflico de muchos lpidos hace que, como dedujo (angmuir

en )*)+, las molculas de aceite de una monocapa estn orientadas de modo que

sus grupos o cabe%as polares se encuentren en contacto con el agua, mientras que

sus partes lipdicas apolares se pro&ectan en el aire, donde estn en contacto con las

unidades lipdicas de sus vecinas-. 'sta la ra%n por la que el aceite se etiende sobre

el agua formando una capa de una sola molcula de grosor /monocapa0.

'n disoluciones acuosas las molculas anfiflicas forman micelas en las que los

grupos polares estn en la superficie & las partes apolares quedan inmersas en el

interior de la micela en una disposicin que elimina los contactos desfavorables entre

el agua & las %onas hidrfobas & permite la solvatacin de los grupos de las cadenas

polares. 'n otro tipo de medios, las molculas anfiflicas se pueden organi%ar como

micelas inversas.

(a formacin de micelas es un proceso cooperativo, el ensamblaje de pocas

molculas no puede proteger las colas hidrfobas del contacto con el agua1 en

consecuencia, las disoluciones acuosas de anffilos no forman micelas hasta que su

concentracin no sobrepasa un valor, la concentracin micelar crtica /2"20, por

encima del cual casi todo el anffilo adicional se agrega para formar micelas. 'l valor

de la 2"2 depende del


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tipo de molcula, concretamente de su balance lipofilia3hidrofilia, & as molculas con

regiones hidrfobas largas tienen valores de 2"2 ms bajos1 de las caractersticas de

la disolucin /fuer%a inica0 & de la temperatura.

(as molculas anfipticas con una cola hidrfoba 4nica, forman micelas esfricas o

elipsoides debido a su forma cnica /la cabe%a hidratada de la molcula es ms ancha

que la cola0. (os requerimientos estricos del empaquetamiento de estas molculas

entre s dan estructuras similares a discos que en realidad son etensas hojas de

grosor bimolecular, bicapas. Una micela es una estructura limitada, normalmente de

dimetro menor que 56 nm, mientras que una bicapa lipdica puede tener dimensiones

macroscpicas de hasta ) mm.

7bjetivo.

'l objetivo de esta prctica es la determinacin del valor de la concentracin micelar

crtica /2"20 as como los parmetros 8 constante de equilibrio de la reaccin del

sustrato con el 29:# & ;m la constante de velocidad de la fase micelar.


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disminucin de la velocidad de aumento de la conductividad con la concentracin de

tensoactivo. 'ste cambio de comportamiento se debe a que la micela no libera el

)66@ /como hace el monmero de tensoactivo libre0 de los contraiones al seno de la

disolucin sino un 56?A6@ seg4n su grado de disociacin. 'ste cambio de las

propiedades elctricas de la disolucin permite calcular los parmetros relacionados

con el cambio=

B 2oncentracin micelar crtica /2"20.

B8 & ;m.

(a concentracin micelar crtica /2"20 constitu&e un proceso especfico de

asociacin molecular en disolucin. 7curre simultneamente en el momento de la

saturacin de la superficie cuando la presin superficial es mima. 2omo resultado

de estos eventos, la variacin de la tensin superficial C con respecto a la

concentracin de 29:#, presenta un valor constante & mimo en las vecindades de la

concentracin micelar crtica / cmc0, pudindose obtener una epresin lineal en

esta regin, que contiene en su ordenada al origen el valor de la 2"21 el valor mimo

en la primera derivada permite su empleo como una segunda alternativa de

evaluacin.

'perimentalmente, el valor de 2"2 se calcula por diversos mtodos donde se mide

el cambio de alguna propiedad, en nuestro caso absorbancia1 el valor de 2"2 lo

marca el cambio de rgimen en la variable eperimental correspondiente /Eatterson,

)*F+0. (a concentracin micelar crtica no constitu&e un proceso aislado1 al contrario,

su ocurrencia se encuentra asociada a otros parmetros que resulta importante reunir

& destacar como condiciones de frontera en el proceso de adsorcin= la tensin

superficial es mima /CG Cm.0, la concentracin superficial del tensoactivo se satura

en ese punto /HG Hm0, la concentracin de la solucin se contin4a incrementando

hasta un punto crtico donde se inicia la formacin de micelas / G 2"20.

2oncentracin micelar crtica /2"20.? e denomina concentracin micelar crtica

/2"20 a la concentracin mnima de surfactante a partir de la cual se forman micelas

espontneamente en una disolucin. (a concentracin micelar crtica es un punto

definido con precisin para cada compuesto & se puede conocer mediante resonancia


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magntica nuclear & otros mtodos. Eara tensoactivos inicos el mtodo ms sencillo

& asequible es medir la conductividad molar /J0 en funcin de la concentracin de

tensoactivo, &a que depende directamente de la concentracin de la disolucin e

inversamente de la concentracin de electrolito. Eor debajo de la concentracin

micelar crtica aumenta la conductividad al aumentar la concentracin de monmero

de tensoactivo & su contrain. Eor encima las adiciones sucesivas producen un

aumento de la concentracin de micelas, con menor conductividad inica & con

contraiones adsorbidos. 'l n4mero de molculas de tensioactivo que se inclu&e en

cada micela se denomina n4mero de agregacin /n0.

K29:#L efectiva M /K29:#L6N2"203n nM nO de agregacin M PQ

:bsorbancia.? e define como la relacin logartmica entre la intensidad de la lu% que

incide sobre una muestra & la intensidad de esa misma lu% que es transmitida a travs

de esa muestra. 2uando una lu% de una longitud de onda determinada, seleccionada

por un filtro, incide sobre una muestra, parte de esa lu% es absorbida. (a lu% no

absorbida pasa a travs de la muestra & es recogida por un detector colocado en el

otro lado del pocillo de la microplaca, frente a la fuente

de lu%.

2omo la cantidad de lu% absorbida por la muestra est en relacin con su

concentracin /(e& de (ambert?#eer0, la absorbancia se emplea para la cuantificacin

de cidos nucleicos & protenas as como en reacciones colorimtricas.

"todo Ruggenheim.? e emplea cuando es imposible obtener la lectura infinita. 'ste

mtodo utili%a un incremento constante de tiempo t al menos igual a la vida media de

la reaccin, obtenindose constantes de velocidad para reacciones reversibles &

competitivasde primer orden & a4n para las de segundo orden. 'ste 4ltimo caso

debe ser calculada para indicar el error.


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"odelo de la pseudofase.? 'n el primer modelo de hinoda & Sutchinson /)*P50, se

considera que la micela es una pseudo?fase, es decir, que la miceli%acin se asemeja

a una $micro precipitacin$. 'ste modelo supone de manera implcita que la actividad

del surfactante permanece constante encima de la 2"2, & que la concentracin en

especie monomrica corresponde a una saturacin. (a relacin entre la concentracin

de surfactante en forma monomrica 2m, aquella en forma micelar 2", & l a

concentracin total 29 es por lo tanto=

2m M 29 para 29 T 2"2

2m M 2"2 & 2" M 29 ? 2m para 29 2"2.

i este modelo corresponde a la realidad, las propiedades que dependen de la

concentracin monomrica no deberan variar cuando la concentracin del surfactante

sobrepase la 2"2.

9ensin superficial.? e denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de

energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea. 'sta definicin

implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. (as unidades

en el I= V m?).

(e& de 9ate.? eg4n esta le& el peso de la gota es proporcional al radio del tubo r

& a la tensin superficial del lquido, (a gota se desprende del tubo en el

instante en el que su peso iguala a las fuer%as de tensin superficial que la

sostiene & que act4an a lo largo de la circunferencia :# de contacto con el

tubo. 's proporcional al radio del tubo r & a la tensin superficial del lquido.


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'stalagmmetro de 9raube.? 's de los dispositivos ms empleados para la

determinacin de la tensin superficial e interfacial de los lquidos. 2onsta de un tubo

vertical de vidrio con un ensanchamiento situado entre un enrase superior & otro

inferior provisto ambos de sendas escalas grabadas sobre el vidrio en divisiones

arbitrarias1 al etremo del tubo posee un ligero aplastamiento que constitu&e una

peque>a plataforma plana.

"ediante una aspiracin se toma lquido de una peque>a vasija situada bajo el

'stalagmmetro & se le hace ascender hasta el primer enrase. eguidamente se deja

fluir el lquido libremente & se cuenta el n4mero de gotas que se desprenden hasta que

se alcan%a el enrase inferior. (a operacin se repite de forma anloga empleando el

agua como referencia & anotando el n4mero de gotas desprendidas en su caso. 'l

valor de la tensin superficial del lquido, s, se conoce a epensas de la del agua olquido de referencia, sW, de sus respectivas densidades, r & rW, & de los n4meros que

representan las gotas desprendidas en cada caso, n & nW.


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Earte eperimental.

Eartimos de la siguiente reaccin

2lculo de 8 & ;m.

Eara calcular estos parmetros preparamos die% disoluciones de distintas

concentraciones de 29:# a partir de una disolucin madre 29:# de concentracin

Q,6B)6?A". De estas disoluciones tomamos Qm( que haremos reaccionar con Qm( de

agua, se mide la absorbancia a distintos tiempos de intervalos constantes /cada )6

segundos0 obtenemos & representamos los datos.

Xesolviendo K)L M

ln[]0

[]=

(1) KYL


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'presando KYL en absorbancias /:0=

ln[]0

[]=

(1) /'spectros UZ?ZI0

2alculamos la absorbancia infinita por el mtodo Ruggenheim=

"ecanismo=

'tapa ) [ 29:# /?29:#0.

/80 equilibrio rpido formacin compuesto sustrato?catali%ador0.

'tapa 5 [ 7S? EN [ S57 /fase

acuosa0. /;!/50 K7S?L0.

'tapa A ?29:# [ 7SN G EN [ S57 /fase micelar0.

/;m/50 K7S?L0.

9ratamiento cintico=

9eniendo en cuenta=


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ustitu&endo & operando=

Xeordenando=

Donde=

7btenemos 8 & ;m.

2lculo de 2"2.

Ereparamos die% disoluciones de 29:# de concentraciones ).5 )6 NAN ).F )6 NQ " por

dilucin de una disolucin madre, medimos la cantidad de gotas de cada una de ellas

con el 'stalagmmetro de 9raube, llevando a cabo esta operacin previamente con

agua como referencia, tambin utili%ando el picnmetro calcularemos la masa de la

disolucin contenida. :s, mediante la (e& de 9ate calcularemos el valor de la tensin

superficial C & con este valor se determinar el valor de 2"2 para el 29:# /C vs.

K29:#L0


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(e& de 9ate=

2lculos.

2lculo de 8 & ;m.

"todo de Ruggenheim=


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o ;ep M 6,66FYt

o ;ep M ;ep 3K7S LM 6,66FY 35,Y\)6 M A,Q

o ;ep/)0 M 6,66F)t

o ;ep/50M ;ep

/)03K7S?LM 6,66F) 35,Y\)6?5M A,A+Q

/)0

/50 /)0 ? ?5


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o ;ep M 6,66*Yt

o ;ep M ;ep 3K7S LM 6,66*Y 35,Y\)6 M A,*)P+

o ;ep/)0 M 6,66*Qt

/)0

/50 /)0 ? ?5


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o ;ep M ;ep 3K7S LM 6,66*Q 35,Y\)6 M A,*QFA

o ;ep M 6,66*Pt

o ;ep M ;ep 3K7S LM 6,66*P 35,Y\)6 M Y

o ;ep/)0 M 6,6)6Y)t

o ;ep/50M ;ep

/)03K7S?LM 6,6)6Y 35,Y\)6?5M Y,AAA

/50 /)0 ? ?5

/)0

/50 /)0 ? ?5


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o ;ep M 6,66F5t

o ;ep M ;ep 3K7S LM 6,66F5 35,Y\)6 M A,Y)P+

o ;ep/)0 M 6,66PQt

o ;ep/50M ;ep

/)03K7S?LM 6,66PQ 35,Y\)6?5M 5,+6FA

/)0

/50 /)0 ? ?5


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o ;ep M 6,6)5Ft

o ;ep M ;ep 3K7S LM 6,6)5F 35,Y\)6 M Q,AAA

o ;]/)0 M 6,66Q)t

o ;]/50M ;ep

/)03K7S?LM 6,66Q) 35,Y\)6?5M 5,)5Q

/)0

/50 /)0 ? ?5


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o 8M Y*Q+Q6.

o ;mM +,)P+*.


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o 2lculo de 2"2.

o 2"2M Q,QYYF.


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2onclusiones.

2alculados los valores de ;m & 8, as como el valor de la concentracin micelar critica

que son los siguientes=

8M Y*Q+Q6.

;mM +,)P+*.

2"2M Q,QYYF.

e ha eliminado alg4n dato que alteraba la recta, estos datos errneos pueden

deberse probablemente a que no han sido recogidos por un solo grupo de trabajo, sino

por varios por lo que se han podido sumar errores.

tensión superficial y catálisis

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