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Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP Instituto de Química – IQ QF952A – 2s/2009

Emulsão e espumas Grupo10

Rodrigo Steter Rocco RA017300 Flávia da Silva Nascimento RA032861 Flávio Araújo de Freitas RA032880 31/10/2009

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1- Introdução

A diferença entre uma mistura ser classificada como solução, colóide, suspensão ou emulsão é dada

basicamente pela natureza física de seus constituintes (sólido, líquido ou gás) e pelo tamanho das partículas

do dispersante que está disperso no outro constituinte da mistura.

O foco deste experimento são as emulsões e também as espumas, na qual o estado de agregação das fases

do sistema são respectivamente líquido-líquido e gás-líquido.

Nas emulsões o tamanho das partículas da fase dispersa é menor que 0,5μm, e esse sistema pode ser

dividido em dois: água em óleo (w/o), quando a fase dispersa é a água, ou óleo em água (o/w) quando a fase

dispersa é o óleo. Para conseguir alcançar o estado de emulsão é necessário fornecer energia ao sistema

através de agitação vigorosa, mas mesmo assim o sistema é termodinamicamente instável, e com o passar

do tempo as duas fases do sistema tornarão a se separar. No entanto, esse mesmo sistema pode ter um

favorecimento da estabilidade cinética por meio da adição de agentes emulsificantes.

Esses agentes emulsificantes ou surfactantes geralmente são substâncias anfifílicas (possuem uma parte

apolar que é liofóbica e outra polar ou iônica que é liofílica). Os surfactantes podem ser neutros ou iônicos

(catiônico ou aniônico ou anfótero quando as duas cargas estão presentes na molécula.

Os surfactantes aumentam o tempo de vida das emulsões por que aumentam a superfície de contato entre

as fases do sistema e dessa forma diminui a tesão superficial (γ) que está relacionada a energia livre e

Gibbs da seguinte forma ΔG = γΔA.

Os agentes emulsificantes se agregam de modo a minimizar a área de contato entre a parte apolar do

emulsificantes e a água e dessa forma formam micelas que são formadas a partir que uma concentração

mínima de surfactante que é chamada que CMC (concentração crítica micelar).

Mas a característica de surfactante não é dado apenas pela propriedade de formar micelas, ele precis

também aumentar a viscosidade da fase dispersante, aumentar a elasticidade do filme interfacial, criar uma

dupla camada elétrica e empedimento estérico além de diminuir o tempo de envelhecimento de ostwald.

Nas espumas que podem ser esféricas ou poliédricas o que se tem é uma camada fina de água envolta de

uma certa quantidade de gás (dispersão de gás em líquido). Essa camada é composta por dois filmes de

água e dentro desses dois filme há o Canal e Plateau onde a água escorre segundo a força da gravidade

para baixo, até que não havendo mais água o dois filmes se encontram e a bolha rompe.

Para reduzir o tempo de morte da bolha pode-se usar um agente espumante ou tensoativo. Este tem essa

propriedade de migrar para áreas de maior tensão superficial e carregar água com ele para estas regiões

impedindo (ou diminuindo o tempo) em que os filmes se encontrarão.

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2- Objetivo

Estudar emulsões, observando sua formação e estabilidade de acordo com a adição de

surfactantes, co-surfactantes e um sal.

Identificar se algumas emulsões são do tipo áleo em água ou água em óleo.

Observação da formação e estabilidade de espumas e seu comportamento em relação a drenagem

a partir da adição de tensoativos e com anti-espumantes.

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3- Materiais e Métodos

3.1- Materiais

Tubos de Ensaio

Cronômetro

Pipetas graduadas

Balões de 50mL

Provetas de 10 mL

Bérquers

Lâminas de microscópio

Microscópio

Lupa

Espátula de ponta fina

3.2- Reagentes

Àgua

Solução de SDS (dodecilsulfato de sódio) ( 2,5%)

Óleo mineral (Nujol)

Solução 2% de CTAB (Brometo de hexadeciltrimetilamônio)

Solução 2% de NaCl

Octanol

Óleo de silicone

Corantes: vermelho de graxa e azul de metileno

3.3- Procedimento

A- Formação e estabilidade das emulsões

1. Utilizando provetas de 10mL, preparou-se as seguintes misturas:

5mL de água + 5 mL de óleo mineral

5mL de solução de SDS 2,5% + 5 mL de óleo mineral

5mL de solução de SDS 2,5% + 5 mL de óleo mineral + três gotas de octanol

5mL de solução de SDS 2,5% contendo 0,2g de NaCl + 5 mL de óleo mineral.

2. Em seguida, agitou-se vigorosamente cada um dos tubos por 10s (todas as agitações foram feitas pela

mesmas pessoa do grupo para evitar grandes diferenças na força de agitação). A partir do início da

agitação o cronômetro foi acionado e mesmo após o término da agitação o cronômetro continuou

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marcando o tempo até que a interface de separação entre as fases aquosa e orgânica atingisse a marca

de 1 mL.

3. Todas as medidas foram feitas em triplicatas.

B- Identificação de emulsões com o uso de microscópio

1. Colocou-se separadamente, duas gotas da 3ª emulsão preparada no item acima em lâminas de

microscópio.

2. Adicionou-se a menor quantidade possível dos corantes azul de metileno e vermelho graxa, um corante

em cada lâmina e homogeneizou-se bem cada corante nas emulsões.

3. Observou-se as lâminas no microscópio.

4. Repetiu-se esta análise com uma emulsão hidratante Natura.

C- Formação e estabilidade das espumas

1. Utilizando-se as provetas de 10 mL, preparou-se as seguintes soluções

5mL de solução de SDS 2,5%

5mL de solução de SDS 2,5% + 6 gotas de octanol

5mL de solução de SDS 2,5% + 1 gota de óleo de silicone

2. Acionou-se o cronômetro e agitou-se, vigorosa e uniformemente, a primeira solução durante 10

segundo.

3. Colocou-se a proveta na bancada e mantendo o cronômetro acionado, marcou-se o nível do líquido

drenado para a parte inferior em intervalos de 10 s até completar 1 minuto.

4. Repetiu-se o procedimento para as duas outras soluções.

5. Realizou-se cada procedimento em duplicata

D- Observação da morfologia e drenagem de espumas no microscópio

1. Transfiriu-se a solução de SDS da proveta 1 para um tubo de ensaio com tampa rosqueável

2. Agitou-se o tubo para produzir espuma novamente

3. Abriu-se o tubo e adicionou-se uma pequena quantidade de carvão em pó na parte superior da espuma.

4. Fichou-se o tubo, observou-se na lupa, na posição horizontal.

5. Descreveu se a geometria das celas de espuma e o fluxo das partículas de carvão durante a drenagem.

4- Resultados e Discussão

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Tabela1. Tempo para formação de interface nas emulsões

Mistura Tempo médio (s)

água e óleo 17,36

SDS + óleo 172,3

SDS + óleo +

octanol

Maior que 1500

SDS + óleo + NaCl 31

Comparando-se as soluções e o tempo gasto, após vigorosa agitação, para que houvesse

separação entre as fases aquosa e orgânica de cada uma entende-se que a SDS é um

surfactante já que ele aumentou em cerca de 10 vezes o tempo para a emulsão se

desestabilizar em comparação a solução 1, e possui as características de um surfactante

como ter uma cadeia longa apolar e uma cabeça polar (iônica).

SDS

A solução 3 em comparação a 2 apresentou um tempo 9 vezes maior para desestabilizar a

emulsão, porém é sabido que o octanol não é um surfactante. Apesar dele também possuir

características estruturais parecidas com a de um surfactante, ele dissolve muito pouco em

água e não é capaz de se agregar a ponto de diminuir a tensão interfacial entre a água e

o óleo. Esse aumento no tempo de desestabilização portanto se deve ao fato das

moléculas de octanol se encaixarem entre as moléculas do SDS e como consequência

diminuir a repulsão entre as cabeças com cargas negativas do SDS, potencializando

então o efeito do mesmo. E por conta dessa característica o octanol pode ser classificado

como um co-surfactante.

Na solução 4 com a adição do sal NaCl , percebeu-se uma diminuição no tempo de morte

da emulsão em cerca de 5 vezes. Esse fato deve-se a característica do sal aumentar a

força iônica e consequentemente diminuir a camada dielétrica que é um dos principais

fatores que deve existir para se manter a emulsão estabilizada.

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Tabela2. Volume de líquido drenado de espumas

Solução tempo

20 s 30s 40s 50s 60s

1 3 3,9 4,1 4,2 4,4 mL

drenados 2 0,9 2,1 2,7 3,0 3,4

3 3,1 4,0 4,2 4,5 4,7

Gráfico1. Variação do volume de drenagem de espuma em função do tempo.

No caso das espumas percebe-se que a solução 2 em relação a solução 1 apresentou um

tempo maior para desestabilização da espuma e pode-se fazer a mesma relação que foi

feita no item anterior em relação a emulsão: o octanol apesar de não ser um tensoativo

agiu como um intensificar do SDS pelos mesmos motivos apresentados acima.

Na solução 3 o tempo de drenagem no líquido foi um pouco mais rápido em comparação a

solução 2 por causa do silicone. E esse fato se deve a uma característica própria do

silicone de ser inerte, de não reagir com outras substância e por fim ajudar na drenagem

dos filmes até sua ruptura.

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

5

20 30 40 50 60

Tempo (s)

Vo

lum

e d

e d

ren

ag

em

de

es

pu

ma

(m

L)

SDS 2,5%

SDS 2,5% + octanol

SDS 2,5% + silicone

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Figura1. Emulsão de óleo em água

com o corantes azul de metileno

Figura 2.Estrutura do azul de metileno

Figura 3. Emulsão de óleo em água

com o corante vermelho de graxa

Figura 4. Estrutura do vermelho de graxa

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Tantos nas emulsões preparadas e na emulsão comrcial (cosmético) pode-se

observar no microscópio que eram soluções de óleo em água, pois ao adicionarmos

os corante azul de metileno a solução se apresentou azulada como na figura 1, o

que significa que a fase contínua era a água pois este corante sendo polar se

dissolve em subtância polar.

Para confirmar pode-se perceber que quando adicionado o corante vermelho de

graxa às mesmas emulsões, ela apresentou o aspecto da figura 2: esferas

vermelhas, o que ratifica que a fase dispersa era o óleo pois este corante sendo

apolar apenas se dissolve no óleo que é também polar.

Figura 3. Desenho da morfologia da espuma observada na lupa, na qual as setas indicam o fluxo do

tensoativo pelos Canais de Plateau.

Ao adicionar pó de carvão sobre as bolhas de espuma, pode-se perceber com o uso

da lupa o carvão sendo levado juntamente com a água pelo tensoativo pelos Canais

de Plateau, em muitos momentos inclusive fazendo uma trajetória vertical para cima,

indo contra a força da gravidade.

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5- Conclusão

Conclui-se que o experimento é bastante útil para demonstrar a eficiência de

emulsificantes e tensoativos, assim como entender sua importância química industrial

como nos cosméticos fabricados e usados no laboratório para análise. Pois sem os

emulsificantes por exemplo, não se conseguiria estabilizar uma emulsão a ponto de se

conseguir uma produção em larga escala (de cosméticos e pomadas, por exemplo) e sua

validade teria um prazo muito reduzido o que poderia não tornar viável sua

comercialização.

Pode-se ter o mesmo raciocínio para espumas, pois os detergentes normalmente utilizados

para lavar louças, ou até bebidas devem ter uma quantidade de espuma determinada para

satisfação dos consumidores.

O uso do microscópio e da lupa foi extremamente interessante pois permitiu ver e

confirmar a teoria estudada em sala.

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6- Bibliografia

1. Shaw, D.J.; Introduction to Colloid & Surface Chemistry; 4th Edition; Butterworth Heinemann; Oxford;

1992; p. 1-7, 263-276

2. http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/micela/.