Punto di intorbidamento: definizione, meccanismo e metodi di misurazione

Il meccanismo di solubilità dei tensioattivi in ​​acqua

La solubilità è una proprietà fisica dei composti chimici, che dipende principalmente dal tipo di sostanza da sciogliere e dalla soluzione in cui viene disciolta . È influenzata, tra le altre cose, dalla temperatura della soluzione utilizzata e dalla pressione applicata. Il meccanismo di dissoluzione varia a seconda della sostanza da sciogliere e può essere correlato a:

• Dissociazione e formazione di ioni nel caso di composti ionici,
• La formazione di legami a idrogeno tra le molecole d’acqua e l’ossigeno etereo nel gruppo ossialchilenico nel caso di composti non ionici.

Inoltre, è opportuno menzionare alcune relazioni quando si considera la solubilità dei tensioattivi:

• Maggiore è il numero di gruppi eterei presenti in una molecola di tensioattivo, maggiore è la sua solubilità in acqua. Ciò è dovuto all’aumento dell’idrofilia.
• Più alta è la temperatura, minore è la solubilità, il che fa sì che la soluzione diventi torbida.

La temperatura al di sopra della quale due fasi iniziano a separarsi nella soluzione e la soluzione diventa eterogenea è chiamata punto di intorbidamento.

La presenza di sali inorganici nell’acqua può abbassare il punto di intorbidamento delle soluzioni di tensioattivi.

Gli idrotropi, uno specifico gruppo di composti chimici, vengono utilizzati per impedire l’abbassamento del punto di intorbidamento.

Che cosa sono gli idrotropi?

Sono sostanze in grado di modificare la solubilità dei composti chimici in acqua. Sono caratterizzate da anfifilicità, ovvero presentano nelle loro molecole sia frammenti idrofobici che idrofilici. Al di sopra di una certa concentrazione, detta concentrazione idrotropica, formano micelle. La loro funzione principale è quindi quella di impedire la precipitazione dei componenti di formulazioni ricche di tensioattivi a basse temperature. Sono simili nella struttura ai tensioattivi, ma la loro coda idrofobica è più corta.

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Flocculazione e coagulazione

I tensioattivi sotto forma di micelle , come tutte le soluzioni colloidali in determinate condizioni, tendono a combinarsi in cluster più grandi, o aggregati. La coagulazione porta a una riduzione dell’area interfacciale, con conseguente separazione delle singole fasi. Anche la flocculazione porta alla formazione di aggregati più grandi, che tuttavia possono muoversi liberamente nel mezzo disperdente. Il fattore che influenza questo processo è la natura del doppio strato elettrico attorno alle micelle.

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tensioattivi non ionici

Il decorso dei processi volti alla produzione di cluster più grandi dipende strettamente dalla capacità di idratazione dei gruppi -OH o -(CH2CH2O)n-. All’aumentare della temperatura, il grado di idratazione diminuisce. Ciò provoca la flocculazione delle soluzioni micellari di tensioattivi e la successiva miscelazione delle fasi.

Durante questo processo, si possono osservare una fase acquosa trasparente, praticamente priva di tensioattivi, e una fase chiaramente torbida contenente una soluzione colloidale di tensioattivo altamente concentrata. La torbidità della soluzione è quindi una conseguenza della presenza di grandi aggregati di tensioattivi, che causano la dispersione della luce visibile che attraversa la soluzione. La separazione di fase può essere osservata entro un certo intervallo di temperatura, in prossimità del punto di intorbidamento.

Miscele di tensioattivi anionici e cationici

Il fenomeno della torbidità delle soluzioni si osserva anche in miscele di tensioattivi anionici e cationici, ma è causato da meccanismi diversi. A seconda del rapporto tra tensioattivi anionici e cationici presenti nella soluzione, nonché della presenza di elettroliti, il sistema può essere una soluzione micellare limpida o un sistema precipitato-coacervato con vari equilibri reciproci.

A seconda della composizione della miscela utilizzata, la relazione tra il punto di intorbidamento e la frazione molare di uno dei componenti può essere espressa mediante un grafico caratteristico. Studi empirici hanno dimostrato che un aumento della frazione di tensioattivo anionico da ~0,47 a ~0,51 provoca una diminuzione del punto di intorbidamento. Da ~0,51 a ~0,57, si è osservato un aumento del punto di intorbidamento. In generale, si può anche affermare che la presenza di elettroliti nella soluzione provoca una diminuzione del punto di intorbidamento.

Punto di intorbidamento – reversibilità della trasformazione

Le soluzioni di tensioattivi diventano torbide quando riscaldate, ma grazie alla reversibilità della trasformazione, tornano limpide quando vengono raffreddate a una certa temperatura.

Quali fattori influenzano il punto di intorbidamento?

1. 1. Contaminanti: maggiore è la quantità di contaminanti nella soluzione, più basso è il punto di intorbidamento. Le particelle aggiuntive alterano la struttura e ostacolano la formazione delle micelle.
   2. Pressione: maggiore è la pressione, più alto è il punto di intorbidamento. Le alte pressioni favoriscono la formazione di strutture più compatte.
   3. Solvente,
   4. Tensioattivi: per i tensioattivi non ionici più comuni valgono le seguenti relazioni:
      1. Struttura chimica – lunghezza della catena idrofobica,
      2. Grado di ossietilazione

Più lunga è la catena idrofobica e minore è il grado di ossietilazione, più basso è il punto di intorbidamento.

Metodi per la determinazione del punto di intorbidamento

1. 1. Metodi visivi
      1. Osservazione visiva durante il riscaldamento graduale della soluzione,
      2. Utilizzo di dispositivi dedicati che impiegano la tecnica del riscaldamento controllato,
   2. Metodi spettrofotometrici
      1. Misurazione dell’assorbimento o della trasmissione della luce, che cambiano con la temperatura,

Significato del parametro del punto di nuvola

• Industria alimentare e chimica, compresa la determinazione delle proprietà delle formulazioni di tensioattivi.
• Controllo di qualità di carburanti e oli,
• Determinazione delle proprietà dei materiali, come polimeri e grassi,