Facultad de Estudios Superiores CuautitlnUniversidad Nacional Autnoma de Mxico

Ingeniera Qumica

Laboratorio de Superficies y ColoidesInforme Experimental #5 Determinacin de la energa libre estndar de micelizacinPresenta:Mendiola Romn Hugo Csar

Profesora: Mara del Rosario Rodrguez Hidalgo Grupo: 2501-A

Cuautitln Izcalli, Estado de Mxico a 9 de marzo del 2015Objetivos: Comprender que es un agente tensoactivo y conocer sus propiedades fisicoqumicas en forma general. Comprender el significado de micela y conocer las diferentes formas y estructuras micelares. Calcular la concentracin micelar crtica (CMC). Determinar la Energa Libre Estndar de Micelizacin. Calcular la Constante de Equilibrio de Micelizacin.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 McBain, 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. Sin embargo, no ser hasta la dcada de los aos treinta cuando Hartley establece las caractersticas estructurales bsicas de las micelas formadas por molculas de tensoactivo. Las numerosas investigaciones llevadas a cabo han puesto de manifiesto que los tensoactivos sintticos pueden dar origen a micelas globulares o alargadas. Independientemente de la forma de las micelas, stas consisten en un ncleo formado por los grupos hidrfobos, conteniendo una pequea cantidad de agua, y rodeado de una corteza constituida por los grupos hidrfilos que se extienden en el medio acuoso. Resulta difcil de explicar cmo las cadenas hidrocarbonadas, relativamente rgidas y que constituyen el grupo hidrfobo en la mayora de los tensoactivos, pueden llenar de forma uniforme el espacio ms o menos esfrico o cilndrico correspondiente al ncleo de las micelas. Las micelas ms comunes corresponden a las que tienen forma esfrica y un nmero de asociacin generalmente comprendido entre 50 y 100 molculas de tensoactivo. Este tipo de micelas suele tener una distribucin de tamaos estrecha.Cuando a mediados de siglo se comenzaron a sintetizar copolmeros de bloque y de injerto con un carcter anfiflico, se observ que estos polmeros tenan la capacidad de formar agregados estables en determinados disolventes orgnicos. Estos disolventes presentaban la caracterstica de ser buenos disolventes para uno de los bloques y precipitantes para el otro, por lo que recibieron la denominacin de "disolventes selectivos", que ser la que utilicemos aqu. Fueron Merrit y, posteriormente, Benoit el al, quienes argumentaron que estos agregados presentaban una estructura similar a las micelas formadas por tensoactivos convencionales y, por analoga, recibieron la misma denominacin.Los surfactantes no inicos han despertado un gran inters en la industria por sus usos para la recuperacin de aceites y petrleo, portadores de drogas, catlisis qumica, flotacin de espumas, como modelo de reacciones enzimticas, para la obtencin de pequeas partculas coloidales o para la solubilizacin de sustancias insolubles en lquidos. Todas estas aplicaciones se derivan de la formacin en el medio de unas partculas denominadas micelas, originadas por la asociacin delas molculas.

Procedimiento experimental Determinacin de la energa libre estndar de micelizacion Resultados Experimentales:Concentracin detensoactivo [M]Conductividad (Siemens)Altura (cm)Densidad (g/cm3)Tensin superficial (dina/cm)

0.00.0000019671.007878.6

0.0020.00007286.61.003932568.2436

0.0040.00018954.71.0037848.5953

0.0060.0002544.31.00351544.4478

0.010.0003693.71.0035538.2471

0.020.0005623.61.005722537.294

0.040.0009673.51.005892536.2602

0.060.0012553.41.0066535.2545

0.10.002153.31.00767534.2625

A partir de una solucin de Lauril sulfato de sodio con una concentracin de 0.1M, se fueron tomando 50mL para preparar otras soluciones a diferentes concentraciones. Se calcularon y graficaron distintos parmetros o propiedades fsicas, como fueron la tensin superficial, la densidad, y la conductividad elctrica del Lauril Sulfato de sodio en solucin bien conocido como un tensoactivo ya que como se muestra en la figura contiene una parte polar y una apolar. Se obtuvieron las pendiente entre los valores experimentales de cada una de las propiedades y tenemos que la concentracion micelar critica es de 0.01 M, esto tambin se puede observar mediante las grficas, pero se opt por un mtodo analtico para facilitar la comprensin de dicho concepto mediante el anlisis pertinente. El valor reportado en la literatura de concentracin micelar critica del lauril sulfato de sodio es de 0.0082Ahora se graficara la resistividad especifica en funcin de la concentracin, pero sabiendo la siguiente relacin

Donde es la conductividad especfica y la resistividad especifica.Se obtuvieron las pendientes entre los valores experimentales y se obtuvo que la concentracion micelar crtica se tiene en 0.01M, es donde se mientras un cambio de pendiente significativo.

Para calcular la energa libre de micelizacion se calculara la terica y la experimental, nuestra concentracin micelar critica experimental es la misma sin importar mediante que propiedad se obtuvo. Se utilizara la siguiente ecuacion.

Se trabaj a una temperatura de 23CSe calculara la energa libre de micelizacion terica

Se calculara la energa libre3 de micelizacion experimental

El porcentaje de error para dicho experimento se calcula a partir de la siguiente relacin

El valor es confiable debido a que se tienes un error menor al 5%.Para calcular la constante de equilibrio utilizremos la siguiente relacin matemtica, partiendo de la siguiente expresin

Despejando nos queda de la siguiente forma

Obtendremos la constante de equilibrio de micelizacion experimental y tericaPrimero calcularemos la constante de equilibrio terica

Ahora calcularemos la constante de equilibrio experimental

Los parmetros termodinmicos involucrados en lo que se conoce como Micelizacin, son de gran importancia al ser calculados ya que los resultados que se obtengan de ellos en base a la experimentacin podrn darnos un panorama claro de las caractersticas de la sustancia tensoactiva con la que se est trabajando, una de dichas caractersticas que podemos mencionar es la importancia de concentracin a la cual se forman las micelas y que se denomina concentracin micelar crtica" de importancia tal que es la concentracin en la cual ocurren los cambios fisicoqumicos.

Las micelas en los agentes tensoactivos tienen distintas aplicaciones en la industria como en la industria farmacutica de esta es muy conocida el agua micelar o de micelas que es un producto cosmtico de limpieza facial, mejor conocido como desmaquillante. Dicho producto no reseca la piel, ni la deja grasa. En las bebidas ya sean o no gaseosas poseen saborizantes los cuales son en general esencias orgnicas insolubles en agua cuya estabilizacin asegura la presencia de micelas de surfactantes biocompatibles. En los ltimos estudios se ha mostrado que la utilizacin del poder solubilizante delas micelas extrae ciertas sustancias contaminantes an si estando en una concentracin muy baja, una vez que el contaminante se asocia a las micelas se produce en una ultrafiltracin de la solucin micelar esto permite recuperar el solvente acuoso ya purificado. Se utiliza en los detergentes donde en la accin de este se encuentra solubilizacin micelar ya sea en el centro de las micelas o en la superficie influyendo en la eliminacin de la suciedad. Tambin se usa en los procesos de coagulacin de la leche para la produccin de quesos, la Kcasein de las micelas de casena son hidrolizadas por el cuajo condichos cambios producidos por la alteracin enzimtica de las micelas se vuelven susceptibles a agruparse formando un gel en base a una red tridimensional de las micelas.Al aumentar la temperatura, la solubilidad de los surfactantes inicos tiende a aumentar. Este argumento es relativamente lento. Sin embargo, a partir de una cierta temperatura, llamada temperatura de Kraft, se observa que la solubilidad aumenta muy rpidamente y pueda llegar a una miscibilidad en todo el rango de composicin unos pocos grados despus. Esto indica que el modo de solubilidad del surfactante cambia a la temperatura de Kraft, de solubilidad monomolecular, pasa a ser una solubilizacin micelar. Por lo tanto la temperatura de Kraft corresponde al punto donde la solubilidad del surfactante alcanza su CMC. Debajo de la temperatura de Kraft, el surfactante no es bastante soluble para que este en concentracin suficiente como para formar micelas, y el equilibrio se hace una solucin monomolecular y el surfactante slido precipitado, ya que la temperatura de Kraft corresponde al punto de cruce de la curva de solubilidad y la curva de CMC en funcin de la temperatura ,depende de cualquier efecto susceptible de afectar al CMC, as se observa que la temperatura de Kraft aumenta con la longitud del grupo lipoflico del surfactante ,en cuanto al efecto delos electrolitos, es ms difcil interpretar, ya que afectan tanto la CMC como la curva de solubilidad. Segn el efecto que domina se produce un aumento de solubilidad.No es posible calcular este valor debido a que el valor de la temperatura de Kraft, no es el valor de la concentracin crtica es decir al aumentar la concentracin la temperatura Kraft no lleva ninguna relacin con esta ni en el punto crtico esta es conforme al cambio de fase solamente se determina en un punto en el que se vela parte o hidrfila o bien la hidrfoba de la solucin en cuestin.Para calcular las otras propiedades termodinmicas se parte de la siguiente relacin en forma general

Para las micelizaciones con nmeros de asociacin altos (n> 50) en la zona prxima a la concentracin micelar crtica (CMC), y si no depende de la temperatura, (es decir, cuando el nmero de asociacin pueda considerarse constante en un intervalo de temperaturas dado).Del anlisis de estas ecuaciones podemos deducir que de la dependencia de la CMC (expresada en molaridad) con la temperatura o de la dependencia de la TCM. Con la concentracin, gracias a la equivalencia de las parejas T/CMC y TMC/concentracin, podremos obtener las principales magnitudes termodinmicas estndar (por mol) del proceso de micelizacin: la entalpa (H), la entropa (S) y la energa libre de Gibbs (G). La representacin ms habitual es del tipo ln (c) en funcin del inverso de la TMC, que se ajusta a una recta cuya pendiente nos proporciona el valor de la entalpa estndar de Micelizacin y que permite determinar el valor de la energa libre de Gibbs a una determinada temperatura a partir del valor de ln(CMC) a dicha temperatura.ConclusionesA partir de los resultados obtenidos se pudo concluir que efectivamente hubo una formacin micelar en una concentracin dada, afectando nuestras mediciones y que fue reflejada en las grficas realizadas obteniendo as a partir de estos resultados el valor de la CMC aproximada, tomando en cuenta las grficas de la tensin superficial, densidad, conductividad especfica y resistividad especifica en funcin de la concentracion, este valor se determin por el cambio de pendientes entre los puntos experimentales que se observa en las grficas, este valor coincide en ambos casos y fue alrededor de 0.01.Por lo tanto se cumplieron los objetivos ya que se pudo determinar un valor de la CMC promedio de las propiedades antes mencionadas.Bibliografa I.N. Levine. (1996). "Fisicoqumica". Ed. Mc Graw Hill. Castellan, G.W (1987). Fisicoqumica Segunda Ed. Addison - Wesley. Iberoamericana, 2000. Toral, M. T. (1973). Fisicoqumica de superficies y sistemas dispersos. Urmo Espaa. P.W. Atkins, J. De Paula, QUIMICA FISICA, 8 Ed. (en castellano), Editorial Panamericana, 2008.