Effetto bagnante, requisito: HLB: 7-9
La bagnatura è definita come il fenomeno per cui un gas adsorbito su una superficie solida viene spostato da un liquido. Le sostanze in grado di migliorare questa capacità di spostamento sono chiamate agenti bagnanti. La bagnatura viene generalmente classificata in tre tipi: bagnatura per contatto (bagnatura adesiva), bagnatura per immersione e bagnatura per diffusione. Tra queste, la diffusione rappresenta il livello più elevato di bagnatura e il coefficiente di diffusione viene spesso utilizzato come indicatore per valutare le prestazioni di bagnatura tra diversi sistemi. Inoltre, anche l'angolo di contatto è un criterio per valutare la qualità della bagnatura. I tensioattivi possono essere utilizzati per controllare il grado di bagnatura tra le fasi liquida e solida.
Nell'industria dei pesticidi, alcune formulazioni granulari e polveri contengono anche una certa quantità di tensioattivi. Il loro scopo è quello di migliorare l'adesione e la quantità di deposito del pesticida sulla superficie bersaglio, accelerare la velocità di rilascio ed espandere l'area di diffusione dei principi attivi in condizioni di umidità, migliorando così l'efficacia della prevenzione e del trattamento delle malattie.
Nell'industria cosmetica, i tensioattivi agiscono come emulsionanti e sono componenti indispensabili in prodotti per la cura della pelle come creme, lozioni, detergenti per il viso e struccanti.
Micelle e solubilizzazione,Requisiti: C > CMC (HLB 13–18)
La concentrazione minima alla quale le molecole di tensioattivo si associano per formare micelle. Quando la concentrazione supera il valore CMC, le molecole di tensioattivo si dispongono in strutture quali configurazioni sferiche, a bastoncino, lamellari o a piastra.
I sistemi di solubilizzazione sono sistemi in equilibrio termodinamico. Minore è la CMC e maggiore è il grado di associazione, maggiore è la concentrazione massima dell'additivo (MAC). L'effetto della temperatura sulla solubilizzazione si riflette in tre aspetti: influenza la formazione delle micelle, la solubilità dei solubilizzati e la solubilità dei tensioattivi stessi. Per i tensioattivi ionici, la loro solubilità aumenta bruscamente con l'aumentare della temperatura, e la temperatura alla quale si verifica questo aumento improvviso è chiamata punto di Krafft. Più alto è il punto di Krafft, minore è la concentrazione micellare critica.
Nel caso dei tensioattivi non ionici a base di poliossietilene, quando la temperatura raggiunge un certo livello, la loro solubilità diminuisce bruscamente e si verifica una precipitazione, che rende la soluzione torbida. Questo fenomeno è noto come intorbidimento e la temperatura corrispondente è chiamata punto di intorbidamento. Per tensioattivi con la stessa lunghezza della catena di poliossietilene, più lunga è la catena idrocarburica, più basso è il punto di intorbidamento; viceversa, a parità di lunghezza della catena idrocarburica, più lunga è la catena di poliossietilene, più alto è il punto di intorbidamento.
Le sostanze organiche non polari (ad esempio, il benzene) hanno una solubilità molto bassa in acqua. Tuttavia, l'aggiunta di tensioattivi come l'oleato di sodio può aumentare significativamente la solubilità del benzene in acqua, un processo chiamato solubilizzazione. La solubilizzazione si distingue dalla normale dissoluzione: il benzene solubilizzato non è disperso uniformemente nelle molecole d'acqua, ma intrappolato all'interno delle micelle formate dagli ioni oleato. Studi di diffrazione a raggi X hanno confermato che tutti i tipi di micelle si espandono in misura variabile dopo la solubilizzazione, mentre le proprietà colligative della soluzione complessiva rimangono sostanzialmente invariate.
All'aumentare della concentrazione di tensioattivi nell'acqua, le molecole di tensioattivo si accumulano sulla superficie del liquido formando uno strato monomolecolare densamente impacchettato e orientato. Le molecole in eccesso nella fase liquida si aggregano con i loro gruppi idrofobici rivolti verso l'interno, formando micelle. La concentrazione minima necessaria per avviare la formazione di micelle è definita come concentrazione micellare critica (CMC). A questa concentrazione, la soluzione si discosta dal comportamento ideale e sulla curva tensione superficiale-concentrazione compare un punto di flesso ben definito. Un ulteriore aumento della concentrazione di tensioattivo non ridurrà più la tensione superficiale; al contrario, promuoverà la crescita e la moltiplicazione continua delle micelle nella fase liquida.
Quando le molecole di tensioattivo si disperdono in una soluzione e raggiungono una specifica soglia di concentrazione, si associano a partire da singoli monomeri (ioni o molecole) in aggregati colloidali chiamati micelle. Questa transizione innesca bruschi cambiamenti nelle proprietà fisiche e chimiche della soluzione, e la concentrazione alla quale ciò avviene è detta CMC (Concentrazione Micellare Critica). Il processo di formazione delle micelle è definito micellizzazione.
La formazione di micelle in soluzioni acquose di tensioattivi è un processo dipendente dalla concentrazione. In soluzioni estremamente diluite, l'acqua e l'aria sono quasi a diretto contatto, quindi la tensione superficiale diminuisce solo leggermente, rimanendo vicina a quella dell'acqua pura, con pochissime molecole di tensioattivo disperse nella fase liquida. Quando la concentrazione di tensioattivo aumenta moderatamente, le molecole si adsorbono rapidamente sulla superficie dell'acqua, riducendo l'area di contatto tra acqua e aria e causando un brusco calo della tensione superficiale. Nel frattempo, alcune molecole di tensioattivo nella fase liquida si aggregano con i loro gruppi idrofobici allineati, formando piccole micelle.
Man mano che la concentrazione continua ad aumentare e la soluzione raggiunge la saturazione di adsorbimento, si forma un film monomolecolare densamente impacchettato sulla superficie del liquido. Quando la concentrazione raggiunge la CMC, la tensione superficiale della soluzione raggiunge il suo valore minimo. Oltre la CMC, un ulteriore aumento della concentrazione di tensioattivo influisce minimamente sulla tensione superficiale; al contrario, aumenta il numero e le dimensioni delle micelle nella fase liquida. La soluzione è quindi dominata dalle micelle, che fungono da microrreattori nella sintesi delle nanoparticelle. Con il continuo aumento della concentrazione, il sistema passa gradualmente a uno stato liquido cristallino.
Quando la concentrazione di una soluzione acquosa di tensioattivo raggiunge la CMC, la formazione di micelle diventa predominante con l'aumentare della concentrazione. Ciò è caratterizzato da un punto di flesso nella curva della tensione superficiale in funzione del logaritmo della concentrazione (curva γ–log c), insieme alla comparsa di proprietà fisiche e chimiche non ideali nella soluzione.
Le micelle dei tensioattivi ionici presentano un'elevata carica superficiale. A causa dell'attrazione elettrostatica, i controioni vengono attratti dalla superficie delle micelle, neutralizzando parte delle cariche positive e negative. Tuttavia, una volta che le micelle formano strutture altamente cariche, la forza di ritardo dell'atmosfera ionica formata dai controioni aumenta significativamente: una proprietà che può essere sfruttata per regolare la disperdibilità delle nanoparticelle. Per questi due motivi, la conduttività equivalente della soluzione diminuisce rapidamente all'aumentare della concentrazione oltre la CMC, rendendo questo punto un metodo affidabile per determinare la concentrazione micellare critica dei tensioattivi.
La struttura delle micelle di tensioattivi ionici è tipicamente sferica, composta da tre parti: un nucleo, un guscio e un doppio strato elettrico diffuso. Il nucleo è composto da catene idrocarburiche idrofobiche, simili agli idrocarburi liquidi, con un diametro che va da circa 1 a 2,8 nm. I gruppi metilenici (-CH₂-) adiacenti ai gruppi di testa polari possiedono una polarità parziale, trattenendo alcune molecole d'acqua attorno al nucleo. Pertanto, il nucleo della micella contieneuna notevole quantità di acqua intrappolata, e questi gruppi -CH₂- non sono completamente integrati nel nucleo idrocarburico simile a un liquido, ma formano invece parte del guscio micellare non liquido.
Il guscio micellare è anche noto come interfaccia micella-acqua o fase superficiale. Non si riferisce all'interfaccia macroscopica tra micelle e acqua, bensì alla regione interposta tra le micelle e la soluzione acquosa monomerica di tensioattivo. Nel caso di micelle di tensioattivi ionici, il guscio è formato dallo strato di Stern più interno (o strato di adsorbimento fisso) del doppio strato elettrico, con uno spessore di circa 0,2-0,3 nm. Il guscio contiene non solo i gruppi di testa ionici dei tensioattivi e una porzione di controioni legati, ma anche uno strato di idratazione dovuto all'idratazione di questi ioni. Il guscio micellare non è una superficie liscia, bensì un'interfaccia "irregolare", risultato delle fluttuazioni causate dal moto termico delle molecole monomeriche del tensioattivo.
In mezzi non acquosi (a base di olio), dove predominano le molecole di olio, i gruppi idrofili dei tensioattivi si aggregano verso l'interno formando un nucleo polare, mentre le catene idrocarburiche idrofobe formano il guscio esterno della micella. Questo tipo di micella ha una struttura inversa rispetto alle micelle acquose convenzionali ed è quindi chiamata micella inversa; al contrario, le micelle formate in acqua sono dette micelle normali. La Figura 4 mostra un modello schematico di micelle inverse formate da tensioattivi in soluzioni non acquose. Negli ultimi anni, le micelle inverse sono state ampiamente utilizzate nella sintesi e nella preparazione di vettori di farmaci su scala nanometrica, in particolare per l'incapsulamento di farmaci idrofili.
Data di pubblicazione: 26 dicembre 2025