Caracteriazarea substantei tensioactive abex

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV

CARACTERIAZAREA SUBSTANTEI TENSIOACTIVE ABEX

Abstract

In prezenta lucrare s-a realizat caracterizarea substantei tensioactive Abex, prin determinarea concentratiei critice micelare a acesteia.

Pentru determinarea concentratiei critice micelare al Abex-ului am efectuat studiul variatiei tensiunii superficiale, variatiei conductivitatii, variatia densitatii si variatia vascozitatii.

In urma acestor studii experimentale s-a putut determina atat concentratia critica micelara, cat si cea mai buna metoda pentru determinarea acesteia .

1. Introducere

Substantele tensioactive (agenti activi de suprafata, surfactanti) sunt substante larg folosite in tehnica si gospodarie, ca detergenti, emulgatori (dispersanti, spumanti), agenti de umectare sau de solubilizare. Ele sunt de obicei substante organice sintetice, capabile, datorita structurii lor, sa micsoreze tensiunea superficiala a lichidelor, de obicei a apei.[1]

Sunt substante organice ionice sau neionice avand in componenta o catena hidrocarbonata lunga, cu 22-24 atomi de carbon si o grupare cu electronegativitate marita. [4]

In functie de natura gruparii hidrofile, substantele tensioactive se impart in: substante cu capat anionic (sarurile acizilor grasi, ex: dodecilsulfatul de sodiu); substante cu capat cationic (saruri cuaternare de amoniu); substante tensioactive neionice (alcooli, polietilen oxizi, compusi clorurati ex: Romopal, Abex); surfactanti amfoteri. [4]

In aceasta lucrare am utilizat substanta tensioactiva neionica Abex, care prezinta urmatoarea formula chimica:

In prezenta lucrare se urmareste determinarea concentratiei critice micelare a substantei tensioactive Abex si caracterizarea acesteia.

2. Materiale si echipamente

- STA de concentratii:0,25%, 0,5%, 0,75%, 1%.

- H₂O

- picnometru

- stalagmometru

- vascozimetru

- conductometru

3. Parte experimentala

In prezentul studiu s-a determinat variatia tensiunii superficiale, variatia conductivitatii, variatia densitatii, variatia vascozitatii si concentratia critica micelara.

In urmatoarele sunt prezentate reactivii care au fost utilizati pentru aceste determinari, sunt descrise metodele aplicate si sunt exprimate datele experimentale.

In Tabelul 1. sunt prezentati reactivii cu care s-a lucrat.

Tabel 1.Reactivi

1. Studiul variatiei tensiunii superficiale a substantei tensioactive Abex

Tensiunea superficiala a unui lichid determina marimea picaturii care se formeaza la curgerea lichidului printr-un orificiu rotund, cu raza r, in momentul ruperii acesteia. Greutatea picaturii este egala cu forta care tinde sa retina picatura. Astfel, cunoscand greutatea unei picaturi se poate determina tensiunea superficiala. [3]

Practic, nu se masoara greutatea unei picaturi izolate, ci se determina tensiunea superficiala, determinarea numarului de picaturi care corespund unui volum determinat din volumul lichidului scurs. [3]

Astfel, pe baza relatiei:

f = 2πrσ = (1)

unde:

- σ, tensiunea superficiala,

- r, raza capilarului;

- V, volumul lichidului scurs, mL;

- ρ, densitatea,

- g, acceleratia gravitationala,

- N, numarul de picaturi din volumul V

- f, forta.

Se poate deduce ca pentru doua lichide cu densitatile ρ₁ si ρ₂, care curg prin acelasi orificiu exista, pentru o temperatura data, relatia:

(2)

Pentru determinarea tensiunii superficiale am utilizat metoda stalagmometrica, care este o metoda relativa de determinare. [3]

Stalagmometrul este un tub de sticla indoit de doua ori in unghi drept, care are pe portiunea mai lunga o umflatura sferica 1, cu capacitatea de cativa mL, si care este prevazut la capatul inferior, slefuit plan, cu o mica deschidere 2. Cand lichidul se scurge din stalagmometru, prin orificiul 2, se formeaza o picatura, care se mareste treptat si care se desprinde numai cand greutatea ei depaseste tensiunea superficiala. Aceasta tensiune este aproximativ proportionala cu greutatea picaturilor. [3]

Fig 1.

2. Studiul variatiei densitatii a solutiilor de Abex

Densitatea unei substante este masa unitatii de volum a acelei substante. Daca se considera masa unui mol de substanta, M, volumul ocupat de acesta este numit volum molar, V_M, iar raportul este evident, tot egal cu densitatea. [3]

ρ =

m - masa,

V - volumul

Densitatea unui amestec se defineste conform relatiei generale, prezentate mai sus.

Masuratori de densitate de precizie mai ridicata se efectueaza, in laborator, cu picnometrul.

Acesta este un vas de sticla cu volum calibrat, inscriptionat pe recipient. Densitatea se determina prin masurarea exacta a masei picnometrului cu lichid care este cuprinsa in volumul picnometrului. Masuratorile exacte de masa se fac la balanta analitica. [3]

c.      Studiul variatiei conductivitatii a solutiilor de Abex

Conductibilitatea unei solutii de electroliti depinde de numarul si sarcina ionilor prezenti in solutie. Marimile care caracterizeaza transportul cantitatii de electricitate intr-o solutie de electrolit sunt:

a)     conductanta, q, marime direct accesibila experimental

b)     conductivitatea, λ sau k, λ = Cq [Ω^-1cm^-1; Scm^-1], unde C este constanta celulei conductometrului

c)     conductivitatea echivalenta  Λ_e = [Ω^-1echv^-1cm²]

d)     conductivitatea echivalenta limita a electrolitului, calculabila din conductivitatea echivalenta limita ale ionilor ce alcatuiesc electrolitul si care se gasesc tabelate pentru conditii standard de temperatura. [3]

In solutii foarte diluate este valabila Legea lui Kohlrand: Λ_e = Λ_e - A

Determinarea conductivitatii ofera informatii valoroase privitoare la concentratia ionilor, la reactia de disociatie in urma careia s-au format ionii si ca urmare tipul de electrolit (tare sau slab). De exemplu se poate determina gradul de disociere al unui electrolit:

Valoarea corespunzatoare constantei conductometrului se calculeaza pe baza masurarii

conductantei unor solutii a caror conductivitate este cunoscuta la temperatura de lucru. [3]

4. Studiul variatiei vascozitatii solutiilor de Abex

Curgerea fluidelor reale este insotita intotdeauna de aparitia unor forte de frecare interna. Aceste forte se datoreaza faptului ca diferitele straturi paralele ale fluidului, care curge, au viteze diferite; straturile situate mai aproape de peretii conductei au viteze mai mici in comparatie cu cele situate mai aproape de axul conductei. [2]

Experienta arata ca forta de frecare interna, F, care se exercita intre doua straturi vecine ale lichidului este proportionala cu marimea suprafetei de contact A, si cu gradientul de viteza , considerat pe o directie perpendiculara pe viteza, deci si pe aria de contact A.

Intr-un fluid se manifesta forte de atractie intre planuri vecine. Cand aceste planuri se deplaseaza reciproc, apare intre ele o forta F_f proportionala cu gradientul de viteza aplicata (dv/dx), iar coeficientul de proportionalitate se defineste ca vascozitatea dinamica η. [2]

A - aria planului de alunecare

Vascozitatea dinamica a apei, la 4 sC, este de 1cP.

Raportul dintre vascozitatea dinamica si densitate se numeste viscozitate cinematica, υ:

υ = [υ] = St (Stokes)

Vascozitatea unei solutii se calculeaza cu formula:

Unde:

η - vascozitatea solutiei

ρ - densitatea solutiei

t - timp de curgere a solutiei

η₀ - vascozitatea solventului

ρ₀ - densitatea solventului

t₀ - timp de curgere

Aparatul utilizat este vascozimetrul Ostwald. Acesta este format dintr-un tub in forma de U a carui ramura mai larga, AB, se termina la partea inferioara cu un rezervor sferic. Cealalta ramura consta dintr-un tub capilar C, terminat la partea superioara cu un rezervor sferic mai mic E. De o parte si de alta a rezervorului E sunt marcate doua repere m si n care determina un volum bine definit de lichid, al carui timp de scurgere se va determina experimental. Vascozimetrul trebuie sa stea in pozitie perfect verticala. [2]

Fig. 2. Vascozimetru

4. Rezultate si discutii

Tabel 2. Variatia tensiunii superficiale functie de concentratie

Fig. 3. Variatia tensiunii superficiale functie de concentratie

Substantele tensioactive au proprietatea de a scadea tensiunea superficiala la introducerea lor in mediu continuu. Odata introduse in mediu (apa), ele manifesta 2 tendinte: de grupare la suprafata de separatie, cand scad tensiunea superficiala, si de grupare in interiorul fazei. [4]

Pana la C≈0,5% are loc mecanismul de inlocuire a moleculelor de apa din interfata cu moleculele de Abex, cand scade tensiunea superficiala. Dupa C≈0,5% moleculele de Abex incep sa se grupeze in interiorul fazei si formeaza micele. Aceasta concentratie, la care incep sa se formeze micele se numeste concentratie critica micelara.

Dupa depasirea CCM, tensiunea superficiala ramane relativ constanta, deoarece Abex-ul nu isi mai exercita proprietatea de a scadea tensiunea superficiala.

Tabel 3. Variatia densitatii functie de concentratie

Fig. 4. Variatia densitatii functie de concentratie

Densitatea solutie de Abex creste mult pe un domeniu restrans de concentratie, pana la atingerea CCM, dupa care ramane aproximativ constanta.

Tabel 4. Variatia vascozitatii functie de concentratie

Fig. 5. Variatia vascozitatii functie de concentratie

Manifestand doua tendinte (grupare la suprafata de separatie si grupare in interiorul fazei), dupa CCM, Abex-ul formeaza micele in apa. Micelele avand volum mare, determina cresterea vascozitatii solutiei.

Cu cat creste concentratia solutiei, cu atat aceasta va fi mai vascoasa.

Tabel 4. Variatia conductivitatii functie de concentratie

Fig. 4. Variatia conductivitatii functie de concentratie

Abex-ul fiind o substanta tensioactiva neionica are conductivitate mai mica decat substantele tensioactive ionice.

Dupa depasirea CCM conductivitatea Abex-ului este mai mica decat pana la atingerea acestei valori.

CCM_Abex rezultat in urma determinarilor experimentale este aproximativ 0,5% (% de volum).

5. Concluzii

Abex-ul, nonil-fenil 9, este o substanta tensioactiva neionica, solubila in apa, utilizata ca detergent, dar biodegradabila.

In acest raport am studiat variatia tensiunii superficiale, densitatii, vascozitatii si conductivitatii in functie de concentratie, in urma carora am determinat concentratia critica micelara ca fiind 0,5% (% de volum), 1,6872 mol/L.

Valoarea concentratiei critice micelare teoretice este de 58,8504 mol/L, care este o valoare foarte mare in comparatie cu cea obtinuta practic.

In urma determinarilor experimentale am ajuns la concluzia, ca metoda optima de determinare a concentratiei critice micelare este variatia tensiunii superficiale, determinata prin metoda stalagmometrica, deoarece in graficul obtinut se observa o variatie de proprietate (σ) mare pe intervale de concentratii mici.

Abex-ul fiind o substanta tensioactiva biodegradabila prezinta o eficienta scazuta.

6. Bibliografie

1. S. Tilenschi, Chimie coloidala, Ed. Tehnica, Bucuresti,1964;

2. L. Jantschi, S. Bolboaca, Analiza chimica si instrumentala aplicata, Ed. AcademicDirect, Cluj-Napoca, 2003;

3. I. N. Putilova, Lucrari practice de chimie coloidala, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1954;

4. C. Bogatu, Curs-Chimie coloidala;

5. https://facultate.regielive.ro/laboratoare/chimie_organica.