Tensão Superficial, Surfactantes e Micelas
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TENSÃO SUPERFICIAL, SURFACTANTES E MICELAS
Introdução
Embora o nome não seja comum, todos temos em nossas casas dezenas de
soluções e misturas com surfactantes, tais como: detergentes, shampoos,
condicionadores, sabões, produtos de limpeza, cremes dentais, etc. As nossas células
são revestidas por uma parede de surfactantes. O oxigênio é levado dos alvéolos
pulmonares até os vasos sangüíneos por surfactantes. Nossos olhos são lubrificados por
surfactantes.
Cauda
hidrofóbica
Cabeça
hidrofílica
Figura 1. Molécula de surfactante: cabeça e cauda.
As moléculas de surfactante possuem duas regiões distintas: uma delas apolar,
que é a cauda hidrofóbica (insolúvel em água) e outra polar ou iônica, que é a cabeça
hidrofílica (solúvel em água). Os surfactantes podem ser neutros ou iônicos. Os iônicos
podem ser catiônicos (positivos), aniônicos (negativos) ou ainda anfóteros (quando ambas
as cargas estão presentes na molécula). Detergentes a base de surfactantes
alquilsulfonatos de sódio são anfóteros.
surfactante neutro
surfactante anfótero
Após uma concentração crítica, as moléculas do surfactante na solução passam a
se agregar sob a forma de micelas. São as micelas os “indivíduos” responsáveis pela
catálise micelar e solubilização de gorduras.
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Figura 2. A micela.
A principal razão para a formação de micelas é a diminuição da área de contato
entre as cadeias hidrocarbônicas (cauda apolar) do surfactante e a água (polar), já que
são quimicamente incompatíveis. A formação do agregado leva o surfactante a uma
situação onde as cabeças hidrofílicas estão muito próximas umas das outras, gerando
repulsão eletrostática que se opõe ao processo de micelização. Neste contexto os
contraíons (do próprio surfactante ou de aditivos) desempenham um papel fundamental,
blindando a carga do agregado e diminuindo o potencial elétrico e a repulsão entre as
cabeças das moléculas.
Figura 3. Surfactantes com contraíon.
Os líquidos tendem a adotar uma forma que minimize a sua área de superfície.
Gotas de um líquido tendem a assumir forma esférica, que é a forma com a menor razão
superfície/volume. Para se perturbar a superfície de um líquido é necessário realizar
algum trabalho. A razão entre o trabalho realizado e a área de deslocamento da superfície
do líquido é chamado de tensão superficial. Esta propriedade confere ao líquido uma
“capa”de moléculas na superfície, resultado de um desbalanceamento das interações
intermoleculares no líquido.
A tensão superficial da água é diminuída pela adição de surfactantes.
Quando um surfactante é adicionado à água, suas moléculas tentam se arranjar
de modo a minimizar a repulsão entre as caudas hidrofóbicas e a água. Os grupos
polares (cabeças hidrofílicas) ficam na solução aquosa, próximo da superfície e os grupos
apolares (caudas hidrofóbicas) ficam na interface água-ar, minimizando a interação com a
água. Isto gera diminuição na tensão superficial da água, pois provoca um desarranjo da
sua superfície.
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Figura 4. Atuação do surfactante na superfície da água.
Após a agregação das moléculas do surfactante (formação micelar), as micelas
ficam distribuídas em toda a solução, não apresentando efeito sobre a tensão superficial
da água.
Figura 5. Micelização do surfactante na água.
Parte Experimental
A. BARCO MOVIDO A SURFACTANTE
Coloque água numa cuba de vidro e monte um barco de papel. Coloque o barco
sobre a superfície da água. Observe. Coloque algumas gotas de detergente e veja o que
acontece.
Pergunta-se:
1- Por que o barco se move?
2- Por que as moléculas de surfactante ficam na interface água-ar, com as cadeias
carbônicas para fora do líquido?
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B. SOLUBILIZANDO A GORDURA
Adicione algumas gotas de óleo numa placa de Petry com água. Você irá perceber
que ambos formam fases distintas (mistura heterogênea): o óleo não se solubiliza na
água, mesmo sob agitação. Adicione, então, algumas gotas de detergente e agite a
solução com um bastão de vidro. Observe.
Pergunta-se:
1- Por que o óleo não se mistura com a água?
2- Por que o surfactante é capaz de dissolver o óleo na água?
Referência
Revista eletrônica do departamento de química da universidade federal de Santa
Catarina.