Risposta a Tutte le Domande di chimica fisica e applicata per l'Università

FENOMENI INTERFACCIALI

FENOMENI INTERFACCIALI: l'interfaccia è la superficie di separazione tra due fasi, mentre la superficie (sottocategoria dell'interfaccia) è il termine riferito all'interfaccia gas/liquido o gas/solido; quindi, uso il termine "superficie" se una delle due fasi è un gas. Ho un'interfaccia quando le due fasi A e B sono immiscibili. I fenomeni interfacciali sono molto importanti ed influenzano: la penetrazione di molecole attraverso membrane biologiche; formazione e stabilità di emulsione; dispersione di particelle di solidi in liquidi (sospensioni); dispersione di gas in liquidi (schiume). Il sistema tende ad avere un deltaG più basso possibile, il quale è dato dal prodotto tra tensione interfacciale e variazione dell'area superficiale. Per abbassare deltaG devo abbassare deltaA. Quindi per ridurre al minimo l'area interfacciale la cosa migliore è avere una fase da una parte e una fase dall'altra. La tensione superficiale è correlata a natura e intensità delle interazioni tra molecole di una stessa fase. All'aumentare della temperatura diminuisce la tensione superficiale perché ho più scambi tra molecole di una fase e molecole di un'altra fase. La tensione interfacciale è correlata a natura e intensità delle interazioni tra molecole di fasi diverse. Più le due molecole hanno legami interni forti e sono diverse l'una dall'altra più la tensione interfacciale sarà alta. Se ho due liquidi miscibili la tensione interfacciale è zero. Le forze che si creano sono forze di adesione e coesione: adesione è l'attrazione tra molecole di fasi differenti, la coesione è l'attrazione tra molecole della stessa fase. La differenza tra il lavoro di adesione e il lavoro di coesione è S che è il coefficiente di spandibilità. Se S è positivo si verifica spandimento di B su A. Dalla spandibilità deriva la bagnabilità. Un metodo per valutare la spandibilità è quello di andare a misurare l'angolo di contatto. Ci sono delle macchine laser che misurano l'angolo di contatto. Si mette il materiale da testare sotto. Sopra si fa cadere una goccia precisa in termini di quantità e di tensione superficiale di diversi solventi e si vanno a vedere gli angoli che si formano. Se l'angolo di contatto è 0 la bagnabilità è massima; viceversa se l'angolo è minore di 90 gradi si può dire che il liquido bagna il solido; quando l'angolo supera 90 gradi il liquido bagna poco o non bagna il solido.

TENSIOATTIVI E CLASSIFICAZIONE SECONDO LA SCALA HLB

TENSIOATTIVI E CLASSIFICAZIONE SECONDO LA SCALA HLB: i tensioattivi presentano una doppia natura chimica: sono molecole con porzione idrofila e porzione lipofila. Solitamente la parte lipofila è una catena idrocarburica abbastanza lineare, mentre la parte idrofila può essere variamente articolata (gruppi carbossilici, solfonici, solfati, aminici o poliossietilenici). La parte idrofila può essere dotata di carica elettrica a dare tensioattivi ionici o non averla a dare tensioattivi non ionici. La funzione dei tensioattivi sono le seguenti: solubilizzanti (formano micelle se arrivano alla concentrazione critica micellare); emulsionanti (riduzione della tensione interfacciale fra le due fasi liquido/liquido); schiumogena e detergente (riduzione della tensione interfacciale fra due fasi liquido/aria o liquido/liquido o liquido/solido). I tensioattivi ionici si dividono in anionici se hanno porzione idrofila carica negativamente o cationici se la hanno carica positivamente. Tra gli anionici ci sono i saponi (Sali alcalini di acidi grassi), ma anche esteri solforici, sono molto noti gli alchilsolfati (sodio laurilsolfato). Per quanto riguarda i cationici, essi hanno anche un effetto antibatterico (vengono pi usato come batterici che come tensioattivi), vengono inoltre definiti condizionanti se il loro scopo è quello di andare ad eliminare le cariche negative (nei detergenti). Poi ci sono i tensioattivi anfoteri che hanno un gruppo carico positivamente e uno carico negativamente. Sono spesso derivati dal mondo vegetale e in genere gli anfoteri sono i meno aggressivi verso la pelle. Infine, i tensioattivi non ionici non hanno carica. Sistema molto variegato, usato spesso in associazione agli ionici anionici per contrastare la loro aggressività. All'interno di un sistema sono stabili, essi sono indifferenti al calcio, alla forza ionica e ai tensioattivi ionici. Tuttavia, questi tensioattivi interferiscono con particolari conservanti, i parabeni. Span e tween sono molecole derivate del sorbitano ottenuto per modifica chimica del sorbitolo. Il sorbitano è modificato aggiungendo acido grasso + catena poliossietilenica o aggiungendo solo un acido grasso. Si associasempre un numero progressivo che identifica il tensioattivo. Span è sorbitano + acido grasso es span 20= acido laurico; span 40= palmitico. I tween hanno una struttura più polare perché c'è acido grasso e catena poliossietilenica (la classificazione in questo caso può ulteriormente complicarsi valutando la lunghezza della catena poliossietilenica, oltre che quella dell'acido grasso). In un sistema tipo emulsione in cui c'è sia olio che acqua avremo la parte apolare del tensioattivo (la catena alchilica del tween e dello span) che sarà rivolta verso la fase oleosa, mentre la parte polare rimarrà nella parte acquosa. Solo in questo modo possono coesistere una fase acquosa e una oleosa. Sistema di classificazione HLB: alcuni ricercatori hanno introdotto un sistema di classificazione empirico. La proposta più usata è stata ideata dal dottor Griffin nel secolo scorso, è un sistema arbitrario che permette di mettere a confronto vari tipi di tensioattivi esprimendo la loro funzione. Il metodo funziona per i tensioattivi non ionici. I tensioattivi ionici vengono gestiti in maniera diversa perché la parte carica influenza troppo, quindi bisogna determinare il valore HLB in modo sperimentale. I tensioattivi che esprimono sulla base del calcolo di Griffin, un valore di HLB da 10 a 20, sono strutture in cui prevale la forma idrofila della molecola. Nel caso di strutture con HLB inferiore a 10 prevale l'aspetto lipofilo. Il calcolo di Griffin si basa sulla struttura della molecola, sui pesi percentuali della struttura in termini di PM suddividendo la porzione idrofila, in particolare la catena poliossietilenica, rispetto al contenuto del resto della molecola. Il comportamento del tensioattivo può essere classificato anche in base alla disperdibilità in acqua: gli HLB bassi indicano una non disperdibilità, mentre i più alti indicano una buona disperdiiblità. I tensioattivi al contatto con il solvente, in funzione della loro quantità e delle loro caratteristiche chimiche, tendono ad assumere una struttura più complessa detta micella, in cui la parte meno affine del tensioattivo è protetta ed è al centro, mentre la parte affine è esterne. I tensioattivi generano micelle quando arrivano alla concentrazione critica micellare. Quando i tensioattivi sono presenti alla quantità necessaria per raggiungere la quantità critica micellare ottengo delle micelle che possono migliorare la solubilità del composto. Questa tipologia di tensioattivi deve avere un HLB elevato. Tensioattivi organizzati in micelle sono classificabili come sistemi colloidali ovvero strutture che raggiungono le dimensioni dei colloidi, non sono percettibili ad occhio nudo.

TENSIOATTIVI E IL LORO USO IN COSMETICA

TENSIOATTIVI E IL LORO USO IN COSMETICA: le micelle sono strutture colloidali solubili che si possono organizzare in forma sferica o laminare, la quale è più frequente all'interno dei detergenti. Da sottolineare per i tensioattivi a contatto con la cute e in particolare nell'uso della detergenza è quanto il tensioattivo possa danneggiare la pelle. I tensioattivi vengono identificati in base all'irritazione sulla cute, cosa che dipende in parte dalla struttura chimica. L'aspetto dell'irritabilità cutanea è, secondo alcune valutazioni, associato anche alla concentrazione micellare critica del tensioattivo. Quanto maggiore è la concentrazione critica micellare quanto più è irritante il potere del tensioattivo, questo perché quando il tensioattivo si organizza in micelle, vuol dire che ci sarà maggior disponibilità di unità monomeriche libere nel solvente. Quindi i tensioattivi con HLB più alto avranno una concentrazione micellare più alta e quantità di entità libere singole maggiore, che hanno maggior propensione ad interagire con la cute in maniera tossica. Posto che, nella scelta del tensioattivo per il detergente bisogna considerare l'irritabilità cutanea, bisogna affrontare anche il tema dell'efficacia. Il materiale da rimuovere è prevalentemente lipidico, quindi il tensioattivo ceduto dal prodotto deve orientarsi ponendo le code lipofile verso la parte apolare del grasso da rimuovere in quantità progressivamente maggiori fino a circondarlo tutto. Questa è la fase di adsorbimento del tensioattivo sulla superficie del grasso da rimuovere. Poi c'è la fase di distanziamento elettrico: le formazioni lipidiche possono esprimere anche delle cariche positive, cosa che le lega ancora di più alla pelle carica negativamente. L'utilizzo di un tensioattivo anionico permette il legame con le cariche positive del grasso da rimuovere e la repulsione con la pelle carica negativamente. Il tutto si conclude con un'asportazione meccanica nel momento in cui la particella di grasso è avvolta dai tensioattivi che la legano con la parte idrofoba e lasciano in esterno al loro parte idrofila per far sìche possa avvenire l'eliminazione finale con l'acqua. detersione per contrasto o per affinità: per contrasto: rimuovo il grasso con un solvente che non è affine ad esso grazie all'uso di un tensioattivo (il tensioattivo lega con la parte idrofoba il grasso e con la parte polare l'acqua usata per risciacquare). Si possono verificare danni alla cute con questo tipo di detersione se la pelle è delicata o predisposta. In questo caso si passa alla detersione per affinità che consiste nell'uso di liquidi oleosi all'interno del quale lo sporco non è rimosso forzatamente, bensì è rimosso perché il grasso è sciolto nel solvente di detersione.

SOLUZIONI

SOLUZIONI: Le soluzioni sono miscele di liquidi solventi all'interno delle quali ci sono componenti che possono essere solubilizzati o per natura o per presenza di tensioattivo. Le soluzioni si distinguono in acquose, idroalcoliche o sistemi anidri se sono oleosi o silicoalcolici. Per solubilizzazione si intende un sistema acquoso nel quale c'è il tensioattivo e con la caratteristica di mantenere in soluzione componenti lipofile (es. profumi, oli essenziali e lipovitamine). Le soluzioni idroalcoliche derivano da combinazione di alcol + acqua, l'alcol è contenuto in % variabile e la denominazione dei prodotti dipende dal contenuto di alcol: fino al 30% lozioni toniche, dal 30 al 90% deodoranti; profumeria alcolica gradazione sopra i 70 gradi. L'alcol ha sia un ruolo solubilizzante che protettivo da un punto di vista microbiologico. Le soluzioni silico alcoliche sono sempre prodotti liquidi, in cui i ciclo siliconi e l'alcol etilico sono miscelabili. Di solito il rapporto è 75/25 e spesso viene associato al prodotto anche la denominazione di "olio secco" in cui l'alcol può essere più o meno presente. Le soluzioni oleose sono miscele complesse di sostanze lipidiche, sono sebosimili e hanno idrocarburi, esteri non glicerici, alcoli e acidi grassi fluidi. Sono sempre fluidi ma oleosi. Possono contenere sempre profumi, estratti liposolubili, ciclosiliconi, in questo caso non ci sarà il problema del mandare in soluzione i lipidi. Nonostante non ci sia necessità di tensioattivo in questo caso, lo si inserisce lo stesso per migliorare la miscibilità e il lavaggio. Metodo di preparazione: 1. Selezione delle materie prime; 2. Si determinano le quantità di tensioattivo primario (anionico di solito, si usa l'anfotero o il non ionico in caso di pelle delicata che richiede meno aggressione e irritazione), tensioattivo migliorativo (anfoteri e non ionici se c'è necessità di ridurre l'aggressività del prodotto), e tensioattivi condizionanti; 3. Separatamente si prepara l'acqua cui si aggiunge lentamente il modificatore reologico che rende meno fluido il prodotto. 4. Si aggiunge la soluzione acquosa viscosizzata alla miscela di tensioattivi agitando lentamente (perché bisogna tenere sotto controllo la produzione di schiuma); 5. Si introducono conservanti, principi funzionali ed NaCl per migliorare la viscosità; 6. Se necessario si regola il pH tra 5.5 e 7.5 usando acido citrico; 7. Il profumo e la fragranza vengono aggiunti per ultimi, così da evitare la perdita di note odorose. Controlli: stabilità, carica microbica, viscosità, caratteristiche organolettiche, potere schiumogeno.

CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI DISPERSI

CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI DISPERSI: si classificano secondo due caratteristiche: a seconda che i componenti siano liquidi, gassosi o solidi e a seconda delle dimensioni delle particelle delle varie fasi. Per quanto riguarda le fasi immiscibili, esse possono essere: liquidi in gas (nebbia e aerosol); gas in liquido (schiuma); solido in gas (fumo); liquido in liquido (emulsione); solido in liquido (sospensione). Per le dimensioni abbiamo: dispersione grossolane (maggiore di 0,5 micrometri) che sono visibili a volte ad occhi nudo, non diffondono ne attraverso i filtri di carta ne tanto meno attraverso membrane semipermeabili; dispersioni molecolari (inferiori a 1 nm) in questo caso le particelle passano attraverso gli ultrafiltri e diffondono velocemente; dispersioni colloidali (da 1 nm a 0,5 micrometri) che passano attraverso i filtri di carta, ma non passano attraverso membrane semipermeabili e diffondono lentamente.

SISTEMI DISPERSI: PROPRIETA' ELETTRICHE DELLE INTERFACCE E RILEVANZA DELLE CARICHE ELETTRICHE PER LA STABILITA' DEI COLLOIDI

SISTEMI DISPERSI: PROPRIETA' ELETTRICHE DELLE INTERFACCE E RILEVANZA DELLE CARICHE ELETTRICHE PER LA STABILITA' DEI COLLOIDI: Le particelle presenti nei sistemi dispersi sono soggette a forze di diversa natura, e le principali sono le interazioni elettrostatiche (repulsive) e di Van der