Practica 11 Agentes Tensoactivos 3b348

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Laboratorio de Química Orgánica III

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGANICA III

PROFESOR: Dr. Ullrich Stahl

AYUDANTE: Byron Urbina PRÁCTICA N° 11 TEMA: AGENTES TENSOACTIVOS GRUPO #2 Integrantes: Capa Jessica Chávez Alexandra PARALELO: 1

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Laboratorio de Química Orgánica III

RESUMEN

Comprobación de las propiedades de los agentes tensoactivos y mejoramiento en el manejó de estos compuestos. En la primera parte se realizó una emulsión; se mezcló la fase dispersa en la fase continua con agitación permanente dejando luego en reposo hasta que se separen las fases; luego se agregó un agente emulsificante para ser mezclados durante un intervalo de tiempo; y se realizó la caracterización de esta. En la segunda parte se preparó una solución de tensoactivo en el que se introdujo una madeja de hilo unida al gancho de un metal, determinando el poder de humectación basado en el tiempo en que el hilo se separó del gancho. Se encontró que la emulsión era más hidrofílica que lipofílica concluyendo que el aceite es el que representaba la fase dispersa.

DESCRIPTORES: AGENTES_TENSOACTIVOS / EMULSIÓN / PODER_DE_HUMECTACIÓN / FASEDISPERSA / FASE-CONTINUA

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Laboratorio de Química Orgánica III Práctica 11: AGENTES TENSOACTIVOS 1. OBJETIVOS 1.1. Comprobar las propiedades de los agentes tensoactivos. 1.2. Adquirir habilidad al manejar este tipo de compuestos. 2. TEORIA 2.1. ¿Qué es un Agente Tensoactivo? “Son sustancias que presentan actividad en la superficie, reduciendo la tensión superficial del líquido en el que esta disuelto o bien la tensión superficial de la intercara si hubiera otra fase presente. Para que una sustancia sea TA se requiere que contenga dos grupos: uno polar o hidrófilo (amigo del agua) y otro no polar o hidrófobo (terror al agua).” (GARCÍA, 2012) 2.1.1. Clasificación de los tensoactivos 2.1.1-1“Iónicos: Los iónicos con fuerte afinidad por el agua, motivada por su atracción electrostática hacia dipolos del agua puede arrastrar consigo a las soluciones de cadenas de hidrocarburos. Los aniónicos Son aquellos que en solución se ionizan, el grupo hidrófobo queda cargado negativamente. Los catiónicos En solución forman iones, resultando cargado positivamente el grupo hidrófobo de la molécula.” (GARCÍA, 2012) 2.1.1.-2 “No Iónicos: Sin ionizarse, se solubilizan mediante un efecto combinado de un cierto número de grupos solubilizantes débiles (hidrófilos) como éter, y OH-. El grupo hidrofóbico está formado por una cadena larga que tiene grupos débilmente solubilizantes, por ejemplo enlaces etéreos y grupos OH. La repetición de estas unidades tiene el mismo efecto que un hidrófilo fuerte salvo que no hay ionización” (GARCÍA, 2012) 2.1.1-3“Anfóteros: Presentan en su molécula grupos aniónicos y catiónicos, formados por una cadena grasa y un nitrógeno cuaternario conteniendo un radical aniónico. Son completamente estables en sistemas ácidos y alcalinos.” (GARCÍA,2012) Figura 2.1.1-1 Clasificación de los tensoactivos

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Fuente: García, J. (2012). Síntesis de Colorantes Azoicos. Universidad de Burgos. España. 2.2. Emulsión “Es un sistema disperso en el que las fases son líquidos no miscibles o parcialmente miscibles. Los glóbulos del líquido dispersado son generalmente de 0.1 a 10 micras de diámetro. Si el “aceite” es la fase dispersa, la emulsión se denomina de aceite en agua O/W, de textura cremosa y mayor conductividad eléctrica y si el medio acuoso es la fase dispersa será W/O, agua en aceite. Los agentes emulsionantes (ae) evitan la formación de nata, sedimentación, coalescencia y floculación lo que implica la formación de glóbulos mayores y por lo tanto la destrucción de la emulsión.” (CORNEJO, 2010) 2.3. Tensión Superficial “Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Las moléculas de la superficie no tienen otras iguales sobre todos sus lados, y por lo tanto se cohesionan más fuertemente, con aquellas asociadas directamente en la superficie. Esto forma una película de superficie, que hace más difícil mover un objeto a través de la superficie, que cuando está completamente sumergido.” (CORNEJO, 2010) 2.4. Poder de Humectación “La humectación es el proceso por el que una fase fluida es separada total o parcialmente del o con la superficie de un sólido, por otra fase fluida. En el campo textil se aplica al desplazamiento del aire sobre la superficie de las materias textiles por el agua o una solución acuosa. Este proceso puede igualmente producirse en sentido inverso, o sea de retirada de la fase fluida que avanzó previamente. La humectación es un proceso en que están involucradas las superficies e interfaces. La modificación del poder de humectación del agua es una propiedad que presentan en diferente grado los tensoactivos.” (CORNEJO, 2010) 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1. Materiales y Equipos 3.1.1. Vasos de Precipitación 3.1.2. Probeta 3.1.3. Balanza 3.1.4. Reverbero 3.1.5. Agitador mecánico 3.2. Sustancias y reactivos 3.2.1. Aceite 3.2.2. Benzoato de bencilo 3.2.3. Tween 60-80

Rango: [0-60] ml Rango: [0-500] ml Rango: [0-200] g

C18H34O2 (l) C14H12O2 (l) C64H124O26 (l)

A: ±20 ml A: ±100 ml A: ±0,1g

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Laboratorio de Química Orgánica III 3.2.4. Span 60-80

C24H44O6 (l)

3.3. Procedimiento PARTE A: FORMACIÓN DE EMULSIÓN 3.3.1. Preparar una emulsión O/W y otra de W/O, cuyas fases dispersas sean del 30%(V/V). Se adiciona gota a gota la fase dispersa a la fase continua mientras se agita. 3.3.2. Una vez que se ha adicionado la última gota de la fase dispersa, se agita la mezcla por 3 minutos. 3.3.3. Se deja en reposo y se anota el tiempo que demora en separarse las fases. PARTE B: EMULSION 3.3.4. Se adiciona el 3% de agente emulsificante y se agita la mezcla por 3 minutos. 3.3.5. Se deja en reposo el mismo tiempo de la prueba anterior y se observa. PARTE C: CARACTERIZACION 3.3.6. Se procede a caracterizar la emulsión formada de la siguiente manera: 3.3.7. Se diluye en cada emulsión una gota de aceite o agua para ver qué tipo de emulsión resultó. PARTE D: PODER DE HUMECTACIÓN 3.3.8. Se preparan volúmenes no menores de un litro de diferentes concentraciones (1%(p/v) y 0.5%(p/v)) del tensoactivo en cuestión, es deseable a partir de una solución tipo. 3.3.9. El equipo utilizado consta de una probeta graduada de 500ml de boca ancha, cilindro de metal provisto de un gancho conectado con un hilo de fibra textil de 5 cm de largo, cronometro y varias madejas de la fibra textil. 3.3.10. Se engancha una madeja de hilo a la pesa de metal y se la deja caer en 500 ml de la solución de tensoactivo puesta en la probeta. 3.3.11. Cronometrar el tiempo de humectación desde el momento en que la pesa llega al fondo de la probeta hasta que la madeja esté completamente humectada, es decir, el momento en que el hilo que une a la pesa con el gancho, se dobla completamente debido al peso de la madeja. 3.3.12. Con los diferentes datos obtenidos de tiempo de humectación vs concentración se obtiene graficas donde se puede observar. 4. PROCESAMIENTO DE DATOS 4.1. Datos Experimentales

Sustancia Aceite 15mL

Tabla 4.1-1 Formación de la Emulsión Agua Ag. Tensoactivo Tween 60-80 30mL

Resultado Emulsión O/W

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Laboratorio de Química Orgánica III Aceite 30 mL

Tween 60-80

Emulsión W/O

15 mL

Fuente: Grupo 2 – Facultad de Ingeniería Química – Laboratorio de Química Orgánica III

Tabla 4.1-2 Tiempo de Humectación Agua Ag. Tensoactivo 200 mL Detergente

Sustancia Detergente 2g. Detergente 1g

200 ml

Tiempo de Humectación 2 min

Detergente

3,5 min

Fuente: Grupo 2 – Facultad de Ingeniería Química – Laboratorio de Química Orgánica III

4.2. Métodos de procesamiento de datos Se utilizó el cualitativo mediante la observación del poder humectante de un tenso activo. 4.2.1. Diagrama de flujo Figura 4.2.1-1 PARTE A: FORMACIÓN DE EMULSIÓN

v= 15mL C18H34O2 v= 35mL H2O

Mezcla Mezcla A A

Reposo B

Emulsión W/O

ȸ t= 3min

t= 4 min

Fuente: Grupo 2 – Facultad de Ingeniería Química – Laboratorio de Química Orgánica III

Figura 4.2.1-2 PARTE B: EMULSIÓN

v= 1,5mL C64H124O26

MezclaC Mezcla C

Reposo D

Emulsión W/O

ȸ t= 3min

t= 4 min

Fuente: Grupo 2 – Facultad de Ingeniería Química – Laboratorio de Química Orgánica III

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Figura 4.2.1-3 PARTE C: CARACTERIZACIÓN v= 1 gota de C18H34O2 y H2O

Mezcla Mezcla E E

Emulsión W/O

ȸ t= 3min Fuente: Grupo 2 – Facultad de Ingeniería Química – Laboratorio de Química Orgánica III

Figura 4.2.1-4 PARTE D: PODER DE HUMECTACIÓN m1= 10g Detergente v1= 100mL H2O m2= 7,5g Detergente v2= 500mL H2O

Solución F

d= 5cm lana

Humectación G

Lana humectada

ȸ

t= 1 min

t1= 2 min t2= 3.5 min

Fuente: Grupo 2 – Facultad de Ingeniería Química – Laboratorio de Química Orgánica III

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4.2.2. Observaciones

Procedimiento PARTE A: FORMACIÓN DE EMULSIÓN

PARTE B: EMULSIÓN

PARTE C: CARACTERIZACIÓN PARTE D: PODER DE HUMECTACIÓN

Tabla 4.2.2 -1 Observaciones Experimentales Nomenclatura Observación El aceite queda encima del agua, y cuando se A agita todo se mezcla, y esta solución adquiere un color vainilla. Después del tiempo necesario las dos fases se B separan, y queda el aceite arriba. Al agregar el emulsificante a la mezcla C anterior y agitarlo, igualmente la mezcla se vuelve de color vainilla. Las dos fases se vuelven a separar después del D mismo tiempo empleado anteriormente, pero el agua quedo de un color amarillo claro. Al agregar la gota de aceite, esta quedo sobre E la superficie, en cambio al agregar la gota de agua esta si traspaso la mezcla. Se preparó las soluciones de detergente con F las diferentes concentraciones, y la mezcla tenía un color celeste. Cuando pasa un tiempo determinado, la lana G comienza a deshilacharse.

Fuente: Grupo 2 – Facultad de Ingeniería Química – Laboratorio de Química Orgánica III

5. DISCUSIÓN El método cualitativo empleado en la experimentación fue el adecuado ya que se logró comprobar las propiedades que presentan los agentes tensoactivos como los emulsionantes y los humectantes. En la primera parte en la emulsión Water-Oil (O/W) al dejar en reposo la mezcla se observó la separación de las fases presentando la solución una contextura cremosa, y luego de agregar el Tween (agente emulsificante), en agitación durante un intervalo de tiempo se facilitó la formación y la estabilización de la emulsión formándose en la superficie gotas dispersadas; al hacer la caracterización de la muestra colocando una gota de agua y otra de aceite en la solución en la que se observó que la gota de agua pudo atravesar la superficie mientras que la del aceite se mantuvo flotando en la fase dispersa, comprobando que se trata de un sistema disperso de fases inmiscibles constituida por una parte más hidrofílica que lipofílica. En la segunda parte se determinó el poder de humectación basado en el tiempo en que la lana se separó del gancho, siendo no mayor a los diez minutos en promedio, indicando que la concentración del tensoactivo era suficiente pero no la adecuada para humectar la fibra textil. Durante el procedimiento se cometieron errores sistemáticos que no afectaron en gran proporción el rendimiento de la práctica, como el tiempo

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Laboratorio de Química Orgánica III de agitación y no preparar las soluciones con la concentración adecuada. Se recomienda que para agregar el Tween a la emulsión este se recoja con una probeta o con una cuchara esterilizada debido a que es una sustancia muy viscosa no fluye con gran facilidad siendo poco factible la utilización de pipetas o goteros para la toma de una muestra.

6. CONCLUSIONES 6.1 Al formar la emulsión O/ W luego del reposo por un tiempo se observó que la fase continua era el agua y la dispersa el aceite debido a que esto dependía de las proporciones relativas de los constituyentes y de su respectiva naturaleza.

6.2 Al agregar un agente emulsificante se logró estabilizar la emulsión formando una película adsorbida alrededor de las gotitas dispersas de la fase ayudando a evitar la floculación.

6.3 Debido a que la adhesión entre la gota del líquido del tensoactivo y el sólido en este caso la fibra textil fue favorable, la gota se fue extendiendo y la lana fue mojada en un cierto tiempo, lo que ayudo a conocer, la concentración de tensoactivo deseable para tener una buena humectación sobre la fibra textil.

6.4. En la gráfica se puede observar que a mayor concentración del agente tensoactivo existen un menor tiempo de humectación sobro la fibra textil es decir que el tiempo es inversamente proporcional a la concentración.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

7.1. CITAS BIBLIOGRAFICA 7.1.1 García, J. (2012). Síntesis de Colorantes Azoicos. Universidad de Burgos. España. 7.1.2. Cornejo, R. (Ed. Segunda) (2010). Manual de Química Orgánica II. México: Editorial UAM. 7.1.3 Machado, A. (2012). Química Macromolecular. Quito. 7.1.4. Wade, L. (Ed. Segunda) (1993).Química Orgánica. México: Prentice Hall Hispanoamérica.

7.2 BIBLIOGRAFIA 7.2.1 VOLLHARDT K.P.C., SCHORE N.E., Química Orgánica, estructura y función, Quinta Edición, Ediciones Omega, 2005.

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Laboratorio de Química Orgánica III 7.2.2 Cornejo, R. (Ed. Segunda) (2010). Manual de Química Orgánica II. México: Editorial UAM. 7.2.3 MORRISON Y BOYD, “Química Orgánica”, Addison Wesley Iberoamericana, Quinta edición, Estados Unidos, 1990

8. ANEXOS 8.1. Diagrama del equipo (Ver Anexo 1) 8.2. Grafica tiempo de humectación vs concentración (Ver Anexo 2)

9. CUESTIONARIO 9.1. ¿Cuáles son las principales aplicaciones de los tensoactivos? “Emulsificantes, dispersantes, mojado, espumado o rompimiento de espuma, impermeabilizantes, detergencia, germicidas, insecticidas, engrase y desengrase, teñido, blanqueado, suavizantes, lubricantes, humectante.” (GARCÍA, 2012) 

En la industria textil los ATA se utilizan para preparar las fibras, como suavizantes,

humectantes, auxiliares de tintura, antiestáticos, y acabados antibacteriales. 

En la industria de lavado, ATA con propiedades de detergencia, humectación, mojado,

dispersantes y emulsificantes para productos de limpieza, desodorantes, aromatizantes, desinfectantes, detergentes. 

En la industria de los desinfectantes: ATA con acción germicida y antiséptica.



En la industria de los cosméticos: ATA con funciones de humectación, detergencia,

emulsificación, espumación, solubilización y efecto bactericida, para preparar productos de limpieza de la piel, preparados para baño, lociones, cremas, dentífricos, shampoos. 

En la industria metalúrgica: lubricación preventivos de la herrumbre y oxidación,

detergentes, desfloculantes, emulsificantes, etc. 

En la industria agrícola: insecticidas principalmente.

9.2. Consultar la escala de GRIFFIN, de la clasificación hidrófila-lipófila de los sistemas. Griffin ideó una escala arbitraria de valores para clasificar a los tensoactivos entre lipófilos, con valores de HLB bajos (de 1-9), e hidrófilos, con valores de HLB altos (10-18). Dentro de estos grupos se encuentran otros subgrupos debido a sus propiedades físico-químicas. (MACHADO, 2012)

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Laboratorio de Química Orgánica III Fig. 9.2-1 Escala de GRIFFIN

Fuente: Machado, A. (2012). Química Macromolecular. Quito

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Laboratorio de Química Orgánica III 8. ANEXOS 8.1. Diagrama del Equipo

Figura 8.1-1 Diagrama del Equipo

2

1

3

1. Vaso de precipitación 2. Probeta 3. Fibra textil

DIB REV TEMA

Nombres Grupo 2 Byron Urbina

Fecha 22/01/2018 28/01/2018

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Carrera de Ingeniería Química

Agentes Tensoacivos

LAM 1

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8.2 Grafica tiempo de humectación vs concentración

Grafica Tiempo de Humectacion vs Concentracion Concentracion % P/V

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

100

200

300

400

500

600

Tiempo (s)

Concetracion %(P/V)

Tiempo (s)

0.5

545

1

421

DIB REV TEMA

Nombres Grupo 2 Byron Urbina

Fecha 22/01/2018 28/01/2018

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química Carrera de Ingeniería Química

Agentes Tensoacivos

LAM 2