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Ver también: surfactante pulmonar

Diagrama esquemático de una micela de aceite en suspensión acuosa, como podría ocurrir en una emulsión de aceite en agua. En este ejemplo, las colas solubles en aceite de las moléculas de surfactante se proyectan hacia el aceite (azul), mientras que los extremos solubles en agua permanecen en contacto con la fase acuosa (rojo).

Los tensioactivos son compuestos que reducen la tensión superficial (o tensión interfacial) entre dos líquidos, entre un gas y un líquido, o entre un líquido y un sólido. Los tensioactivos pueden actuar como detergentes , agentes humectantes , emulsionantes , agentes espumantes o dispersantes .

La palabra "tensioactivo" es una mezcla de resaca ace- actuar ive un ge nt , [1] COINED c.   1950 . [2]

Los agentes que aumentan la tensión superficial son "tensioactivos" en el sentido literal, pero no se denominan tensioactivos ya que su efecto es opuesto al significado común. Un ejemplo común de aumento de la tensión superficial es la salazón : al agregar una sal inorgánica a una solución acuosa de una sustancia débilmente polar, la sustancia precipitará. La sustancia en sí misma puede ser un tensioactivo; esta es una de las razones por las que muchos tensioactivos son ineficaces en el agua de mar.

Diagrama esquemático de una micela  : las colas lipofílicas de los iones tensioactivos permanecen dentro del aceite porque interactúan más fuertemente con el aceite que con el agua. Las "cabezas" polares de las moléculas de surfactante que recubren la micela interactúan más fuertemente con el agua, por lo que forman una capa exterior hidrofílica que forma una barrera entre las micelas. Esto inhibe que las gotitas de aceite, los núcleos hidrofóbicos de las micelas, se fusionen en menos gotitas más grandes ("rotura de la emulsión") de la micela. Los compuestos que recubrir una micela son típicamente anfifílico en la naturaleza, lo que significa que las micelas pueden ser estables, ya sea en forma de gotitas de apróticodisolventes como aceite en agua, o como disolventes próticos como agua en aceite. Cuando la gota es aprótica, a veces es [ ¿cuándo? ] conocida como micela inversa.

Composición y estructura [ editar ]

Los tensioactivos suelen ser compuestos orgánicos que son anfifílicos , lo que significa que contienen tanto grupos hidrófobos (sus colas ) como grupos hidrófilos (sus cabezas ). [3] Por lo tanto, un tensioactivo contiene tanto un componente insoluble en agua (o soluble en aceite) como un componente soluble en agua. Los tensioactivos se difundirán en el agua y se adsorberán en las interfaces.entre el aire y el agua o en la interfaz entre el aceite y el agua, en el caso de que el agua se mezcle con aceite. El grupo hidrófobo insoluble en agua puede extenderse fuera de la fase de agua a granel, hacia el aire o hacia la fase de aceite, mientras que el grupo de cabeza soluble en agua permanece en la fase de agua.

La producción mundial de tensioactivos se estima en 15 millones de toneladas por año, de las cuales aproximadamente la mitad son jabones . Otros tensioactivos producidos a gran escala son los alquilbencenosulfonatos lineales (1,7 millones de toneladas / año), los ligninsulfonatos (600.000 toneladas / año), los etoxilatos de alcoholes grasos (700.000 toneladas / año) y los etoxilatos de alquilfenol (500.000 toneladas / año). [4]

Estearato de sodio, el componente más común de la mayoría de los jabones, que comprende aproximadamente el 50% de los tensioactivos comerciales.
4- (5-Dodecil) bencenosulfonato, un dodecilbencenosulfonato lineal, uno de los tensioactivos más comunes

Estructura de las fases de tensioactivo en agua [ editar ]

En la fase acuosa a granel, los tensioactivos forman agregados, tales como micelas , donde las colas hidrófobas forman el núcleo del agregado y las cabezas hidrófilas están en contacto con el líquido circundante. También se pueden formar otros tipos de agregados, como micelas esféricas o cilíndricas o bicapas lipídicas . La forma de los agregados depende de la estructura química de los tensioactivos, es decir, el equilibrio de tamaño entre la cabeza hidrófila y la cola hidrófoba. Una medida de esto es el equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB). Los tensioactivos reducen la tensión superficial del agua al adsorberse en la interfaz líquido-aire. La relación que une la tensión superficial y el exceso de superficie se conoce comoIsoterma de Gibbs .

Dinámica de los tensioactivos en las interfaces [ editar ]

La dinámica de la adsorción de tensioactivos es de gran importancia para aplicaciones prácticas tales como procesos de formación de espuma, emulsificación o recubrimiento, donde las burbujas o gotas se generan rápidamente y necesitan estabilizarse. La dinámica de la absorción depende del coeficiente de difusión del tensioactivo. A medida que se crea la interfaz, la adsorción está limitada por la difusión del tensioactivo a la interfaz. En algunos casos, puede existir una barrera energética para la adsorción o desorción del tensioactivo. Si tal barrera limita la tasa de adsorción, se dice que la dinámica es "cinéticamente limitada". Tales barreras de energía pueden deberse a repulsiones estéricas o electrostáticas . La reología de la superficie de las capas de tensioactivo, incluidas la elasticidad y la viscosidad de la capa, juegan un papel importante en la estabilidad de las espumas y emulsiones.

Caracterización de interfaces y capas de tensioactivo [ editar ]

La tensión interfacial y superficial se puede caracterizar por métodos clásicos como el método de gota colgante o giratorio . Las tensiones superficiales dinámicas, es decir, la tensión superficial en función del tiempo, se pueden obtener mediante el aparato de máxima presión de burbuja.

La estructura de capas de tensioactivo puede ser estudiado por elipsometría o de rayos X reflectividad .

La reología de superficie se puede caracterizar por el método de gota oscilante o reómetros de superficie de cizallamiento tales como reómetros de superficie de cizallamiento de varilla magnética, de doble cono o de doble anillo.

Surfactantes en biología [ editar ]

La fosfatidilcolina , que se encuentra en la lecitina, es un surfactante biológico omnipresente. Se muestra en rojo : grupo colina y fosfato ; negro - glicerol ; verde - ácido graso monoinsaturado ; azul - ácido graso saturado .

El cuerpo humano produce diversos tensioactivos. El surfactante pulmonar se produce en los pulmones para facilitar la respiración aumentando la capacidad pulmonar total y la distensibilidad pulmonar . En el síndrome de dificultad respiratoria o SDR, la terapia de reemplazo de surfactante ayuda a los pacientes a tener una respiración normal mediante el uso de formas farmacéuticas de surfactantes. Un ejemplo de tensioactivos pulmonares farmacéuticos es Survanta ( beractant ) o su forma genérica Beraksurf producida por Abbvie y Tekzima respectivamente. Las sales biliares , un tensioactivo producido en el hígado, juegan un papel importante en la digestión.[5]

Riesgos ambientales y de seguridad [ editar ]

La mayoría de los tensioactivos aniónicos y no iónicos no son tóxicos y tienen una DL50 comparable al cloruro de sodio. La toxicidad de los compuestos de amonio cuaternario , que son antibacterianos y antifúngicos , varía. Los cloruros de dialquildimetilamonio ( DDAC , DSDMAC ) utilizados como suavizantes de telas tienen un LD50 bajo (5 g / kg) y son esencialmente no tóxicos, mientras que el desinfectante cloruro de alquilbencildimetilamonio tiene un LD50 de 0.35 g / kg. La exposición prolongada a los tensioactivos puede irritar y dañar la piel porque los tensioactivos alteran la membrana lipídica.que protege la piel y otras células. La irritación cutánea generalmente aumenta en la serie de tensioactivos catiónicos, anfóteros, aniónicos y no iónicos. [4]

Los tensioactivos se depositan habitualmente de diversas formas en la tierra y en los sistemas de agua, ya sea como parte de un proceso previsto o como residuos industriales y domésticos. [6] [7] [8]

Los tensioactivos aniónicos se pueden encontrar en los suelos como resultado de la aplicación de lodos de depuradora , el riego de las aguas residuales y los procesos de remediación. Concentraciones relativamente altas de tensioactivos junto con multimetales pueden representar un riesgo medioambiental. A bajas concentraciones, es poco probable que la aplicación de surfactante tenga un efecto significativo sobre la movilidad de los metales traza. [9] [10]

En el caso del derrame de petróleo de Deepwater Horizon , se rociaron cantidades sin precedentes de Corexit directamente en el océano en la fuga y en la superficie del agua de mar. La teoría aparente es que los tensioactivos aíslan las gotas de aceite, lo que facilita que los microbios consumidores de petróleo digieran el aceite. El ingrediente activo de Corexit es sulfosuccinato de dioctil sodio (DOSS), monooleato de sorbitán (Span 80) y monooleato de sorbitán polioxietilenado ( Tween-80 ). [11] [12]

Biodegradación [ editar ]

Debido al volumen de tensioactivos liberados al medio ambiente, su biodegradación es de gran interés. Las estrategias para mejorar la degradación incluyen el tratamiento con ozono y la biodegradación. [13] [14] Dos tensioactivos principales, los alquilbencenosulfonatos lineales (LAS) y los alquilfenol etoxilatos (APE) se degradan en condiciones aeróbicas que se encuentran en las plantas de tratamiento de aguas residuales y en el suelo para dar nonilfenol , que se cree que es un disruptor endocrino . [15] [16] El interés en los tensioactivos biodegradables ha generado mucho interés en los "biotensioactivos", como los derivados de los aminoácidos.[17]

Atrae mucha atención la no biodegradabilidad del fluorotensioactivo , por ejemplo, el ácido perfluorooctanoico (PFOA). [18]

Aplicaciones [ editar ]

La producción mundial anual de tensioactivos fue de 13 millones de toneladas en 2008. [19] En 2014, el mercado mundial de tensioactivos alcanzó un volumen de más de 33 000 millones de dólares EE.UU. Los investigadores de mercado esperan que los ingresos anuales aumenten un 2,5% por año a alrededor de $ 40,4 mil millones hasta 2022. El tipo de surfactante comercialmente más importante es actualmente el surfactante aniónico LAS, que se usa ampliamente en limpiadores y detergentes. [20]

Los tensioactivos juegan un papel importante como agentes limpiadores, humectantes , dispersantes , emulsionantes , espumantes y antiespumantes en muchas aplicaciones y productos prácticos, incluidos detergentes , suavizantes de telas , aceites de motor , emulsiones , jabones , pinturas , adhesivos , tintas , antiniebla , ceras para esquí , cera para snowboard, destintado de papeles reciclados , en procesos de flotación, lavado y enzimáticos, y laxantes. También formulaciones agroquímicas como herbicidas (algunos), insecticidas , biocidas (desinfectantes) y espermicidas ( nonoxinol-9 ). [21] Productos para el cuidado personal como cosméticos , champús , gel de ducha , acondicionadores para el cabello y pastas dentales . Los tensioactivos se utilizan en la extinción de incendios y tuberías (agentes reductores de arrastre líquidos). Los polímeros tensioactivos alcalinos se utilizan para movilizar petróleo en pozos de petróleo .

El desplazamiento del aire de la matriz de almohadillas de algodón y vendajes para que las soluciones medicinales se puedan absorber para su aplicación en diversas áreas del cuerpo el desplazamiento de suciedad y escombros por el uso de detergentes en el lavado de heridas; [22] y la aplicación de lociones y aerosoles medicinales en la superficie de la piel y las membranas mucosas. [23]

Detergentes en bioquímica y biotecnología [ editar ]

En solución, los detergentes ayudan a solubilizar una variedad de especies químicas al disociar agregados y desplegar proteínas. Los tensioactivos populares en el laboratorio de bioquímica son el lauril sulfato de sodio (SDS) y el bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB). Los detergentes son reactivos clave para extraer proteínas mediante lisis de células y tejidos: desorganizan la bicapa lipídica de la membrana (SDS, Triton X-100 , X-114 , CHAPS , DOC y NP-40 ) y solubilizan proteínas. Detergentes más suaves como octil tioglucósido , octil glucósido o dodecil maltósidose utilizan para solubilizar proteínas de membrana como enzimas y receptores sin desnaturalizarlos . El material no solubilizado se recolecta por centrifugación u otros medios. Para la electroforesis , por ejemplo, las proteínas se tratan clásicamente con SDS para desnaturalizar las estructuras nativas terciarias y cuaternarias , permitiendo la separación de proteínas según su peso molecular .

También se han utilizado detergentes para descelularizar órganos. Este proceso mantiene una matriz de proteínas que preserva la estructura del órgano y, a menudo, la red microvascular. El proceso se ha utilizado con éxito para preparar órganos como el hígado y el corazón para trasplantes en ratas. [24] Los tensioactivos pulmonares también son secretados naturalmente por las células tipo II de los alvéolos pulmonares en los mamíferos .

Preparación de puntos cuánticos [ editar ]

Los tensioactivos se utilizan con puntos cuánticos para manipular el crecimiento, [25] el ensamblaje y las propiedades eléctricas de los puntos cuánticos, además de mediar reacciones en sus superficies. Se está investigando cómo se organizan los tensioactivos en la superficie de los puntos cuánticos. [26]

Tensioactivos en microfluidos a base de gotas [ editar ]

Los tensioactivos juegan un papel importante en los microfluidos basados en gotas en la estabilización de las gotas y la prevención de la fusión de las gotas durante la incubación. [27]

Clasificación [ editar ]

Las "colas" de la mayoría de los tensioactivos son bastante similares y consisten en una cadena de hidrocarburo , que puede ser ramificada, lineal o aromática. Los fluorotensioactivos tienen cadenas de fluorocarbonos . Los tensioactivos de siloxano tienen cadenas de siloxano .

Muchos tensioactivos importantes incluyen una cadena de poliéter que termina en un grupo aniónico altamente polar . Los grupos poliéter a menudo comprenden secuencias etoxiladas ( similares a poli ( óxido de etileno )) insertadas para aumentar el carácter hidrófilo de un tensioactivo. A la inversa, se pueden insertar óxidos de polipropileno para aumentar el carácter lipofílico de un tensioactivo.

Las moléculas de tensioactivo tienen una cola o dos; se dice que los que tienen dos colas son de doble cadena .

Clasificación de los tensioactivos según la composición de su cabeza: no iónicos, aniónicos, catiónicos, anfóteros.

Más comúnmente, los tensioactivos se clasifican según el grupo de cabeza polar. Un tensioactivo no iónico no tiene grupos cargados en su cabeza. La cabeza de un tensioactivo iónico tiene una carga neta positiva o negativa. Si la carga es negativa, el tensioactivo se denomina más específicamente aniónico; si la carga es positiva, se llama catiónica. Si un tensioactivo contiene una cabeza con dos grupos cargados de manera opuesta, se denomina zwiteriónico . Los tensioactivos de cada tipo que se encuentran comúnmente incluyen:

Aniónico: sulfato, sulfonato y fosfato, derivados de carboxilato [ editar ]

Los tensioactivos aniónicos contienen grupos funcionales aniónicos en su cabeza, como sulfato , sulfonato , fosfato y carboxilatos . Los alquil sulfatos prominentes incluyen lauril sulfato de amonio , lauril sulfato de sodio (dodecil sulfato de sodio, SLS o SDS) y los alquil éter sulfatos relacionados, laureth sulfato de sodio (lauril éter sulfato de sodio o SLES), y mirret sulfato de sodio .

Otros incluyen:

  • Docusate (dioctil sulfosuccinato de sodio)
  • Perfluorooctanosulfonato (PFOS)
  • Perfluorobutanosulfonato
  • Fosfatos de alquil-aril éter
  • Fosfatos de alquiléter

Los carboxilatos son los tensioactivos más comunes y comprenden las sales de carboxilato (jabones), como el estearato de sodio . Las especies más especializadas incluyen lauroil sarcosinato de sodio y fluorotensioactivos basados ​​en carboxilato tales como perfluorononanoato , perfluorooctanoato (PFOA o PFO).

Grupos de cabezas catiónicas [ editar ]

aminas primarias, secundarias o terciarias dependientes del pH ; las aminas primarias y secundarias se cargan positivamente a pH <10: [28] diclorhidrato de octenidina .

Sales de amonio cuaternario cargadas permanentemente : bromuro de cetrimonio (CTAB), cloruro de cetilpiridinio (CPC), cloruro de benzalconio (BAC), cloruro de bencetonio (BZT), cloruro de dimetildioctadecilamonio y bromuro de dioctadecildimetilamonio (DODAB).

Tensioactivos bipolares [ editar ]

Los tensioactivos bipolares ( anfóteros ) tienen centros catiónicos y aniónicos unidos a la misma molécula. La parte catiónica se basa en aminas primarias, secundarias o terciarias o cationes de amonio cuaternario. La parte aniónica puede ser más variable e incluir sulfonatos, como en las sultaínas CHAPS (3 - [(3-colamidopropil) dimetilamonio] -1-propanosulfonato) y cocamidopropil hidroxisultaína . Las betaínas como la cocamidopropil betaína tienen un carboxilato con el amonio. Los tensioactivos bipolares biológicos más comunes tienen un anión fosfato con una amina o amonio, como los fosfolípidos fosfatidilserina ,fosfatidiletanolamina , fosfatidilcolina y esfingomielinas .

El óxido de laurildimetilamina y el óxido de miristamina son dos tensioactivos bipolares comúnmente usados ​​del tipo estructural de óxidos de amina terciaria .

No iónico [ editar ]

Los tensioactivos no iónicos tienen grupos hidrófilos que contienen oxígeno unidos covalentemente, que están unidos a estructuras parentales hidrófobas. La solubilidad en agua de los grupos de oxígeno es el resultado de los enlaces de hidrógeno . Los enlaces de hidrógeno disminuyen al aumentar la temperatura y, por lo tanto, la solubilidad en agua de los tensioactivos no iónicos disminuye al aumentar la temperatura.

Los tensioactivos no iónicos son menos sensibles a la dureza del agua que los tensioactivos aniónicos y forman menos espuma. Las diferencias entre los tipos individuales de tensioactivos no iónicos son leves y la elección se rige principalmente teniendo en cuenta los costes de las propiedades especiales (por ejemplo, eficacia y eficiencia, toxicidad, compatibilidad dermatológica, biodegradabilidad ) o permiso para su uso en alimentos. [4]

Etoxilatos [ editar ]

Etoxilatos de alcohol graso [ editar ]
  • Etoxilato de rango estrecho
  • Éter monododecilo de octaetilenglicol
  • Éter monododecílico de pentaetilenglicol
Etoxilatos de alquilfenol (APE o APEO) [ editar ]
  • Nonoxinoles
  • Triton X-100
Etoxilatos de ácidos grasos [ editar ]

Los etoxilatos de ácidos grasos son una clase de tensioactivos muy versátiles, que combinan en una sola molécula la característica de un grupo principal débilmente aniónico sensible al pH con la presencia de unidades de óxido de etileno estabilizantes y sensibles a la temperatura. [29]

Aceites y ésteres grasos etoxilados especiales [ editar ]
Aminas etoxiladas y / o amidas de ácidos grasos [ editar ]
  • Amina de sebo polietoxilada
  • Cocamida monoetanolamina
  • Dietanolamina de cocamida
Etoxilatos bloqueados terminalmente [ editar ]
  • Poloxámeros

Ésteres de ácidos grasos de compuestos polihidroxi [ editar ]

Ésteres de ácidos grasos de glicerol [ editar ]
  • Monoestearato de glicerol
  • Monolaurato de glicerol
Ésteres de ácidos grasos de sorbitol [ editar ]

Lapsos :

  • Monolaurato de sorbitán
  • Monoestearato de sorbitán
  • Triestearato de sorbitán

Preadolescentes :

  • Tween 20
  • Tween 40
  • Tween 60
  • Tween 80
Ésteres de ácidos grasos de sacarosa [ editar ]
Alquil poliglucósidos [ editar ]
Artículo principal: alquil poliglicósido
  • Glucósido decilo
  • Lauril glucósido
  • Octil glucósido

Ver también [ editar ]

  • Antivaho  : productos químicos que evitan la condensación del agua como pequeñas gotas en una superficie
  • Detergente limpiable
  • Emulsión  : mezcla de dos o más líquidos que generalmente son inmiscibles
  • Hidrotropo
  • Ensayo MBAS , un ensayo que indica tensioactivos aniónicos en agua con una reacción azulada.
  • Niosome
  • Dispersantes de aceite
  • Surfactantes en pintura

Referencias [ editar ]

  1. ^ Rosen MJ, Kunjappu JT (2012). Surfactantes y fenómenos interfaciales (4ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons. pag. 1. ISBN 978-1-118-22902-6. Archivado desde el original, el 8 de enero de 2017. Un agente tensioactivo (una contracción de olas ace- actúan ive un ge nt ) es una sustancia que, cuando está presente en baja concentración en un sistema. tiene la propiedad de adsorberse sobre las superficies o interfaces del sistema y de alterar en un grado marcado las energías libres superficiales o interfaciales de esas superficies (o interfaces).
  2. ^ "tensioactivo" . Diccionario de inglés de Oxford (edición en línea). Prensa de la Universidad de Oxford. (Se requiere suscripción o membresía en una institución participante .) - "Antara Products, General Aniline & Film Corporation ha acuñado una nueva palabra, Surfactantes, y se ha presentado a la industria química para cubrir todos los materiales que tienen actividad superficial, incluidos los agentes humectantes , dispersantes, emulsionantes, detergentes y agentes espumantes ".
  3. ^ "Burbujas, burbujas, en todas partes, pero ni una gota para beber" . Las crónicas de lípidos . 11 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 26 de abril de 2012 . Consultado el 1 de agosto de 2012 .
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Enlaces externos [ editar ]

  • Medios relacionados con los tensioactivos en Wikimedia Commons