APLICACIONES DE LA INGENIERÍA QUÍMICA AL MEDIO AMBIENTE
Medio Ambiente y los Tensioactivos TENSIOACTIVOS Los tensoactivos son compuestos orgánicos cuyas moléculas están formadas por dos grupos de propiedades radicalmente opuestas. Uno de los grupos es hidrofílico, caracterizado por interaccionar con el agua y otras sustancias polares, mientras que el otro es hidrofóbico e interacciona con aceites y otras sustancias no polares.[1]
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Sin embargo esta propiedad no es suficiente para calificar a una molécula de tensoactivo, ya que hay numerosos compuestos orgánicos con estos grupos en su molécula y sin embargo no poseen propiedades tensoactivas. Esto se debe al hecho de que para poseer actividad superficial, es necesario alcanzar una relación mínima entre las propiedades hidrofílicas y las hidrofóbicas. Esta relación mínima
se alcanza normalmente cuando el número de átomos de carbono en la molécula es mayor de ocho. El tercer requisito para considerar a una sustancia como tensioactiva es formar micelas a partir de cierta concentración crítica. Una micela es un agregado compuesto de moléculas y/o iones de tipo tensioactivo, que se forma a partir de una cierta concentración crítica de estas.[1] Los tensoactivos se caracterizan fundamentalmente por disminuir la tensión superficial. Tensión superficial: La tensión superficial de un líquido es la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Estadefinición implica que el líquido presenta una resistencia para aumentar su superficie.[3] COMPORTAMIENTO DE UN TENSOACTIVO Cuando las moléculas de un tensoactivo se disuelven en agua, el grupo hidrofílico (–OH, –COOH, –SO4H…) estará rodeado de agua, mientras que la parte hidrofóbica, (hidrocarburos alifáticos y cíclicos) se orientará hacía la interfase aire-agua en la que no hay moléculas polares presentes. Formándose esta interfase (monocapa) el sistema tendrá la menor energía. Si continuamos añadiendo moléculas de tensoactivo, estas permanecerán como monómeros libres en disolución, ya que por consideraciones energéticas, sólo es posible tener una capa simple de tensoactivos en la superficie.
Finalmente, si seguimos añadiendo más moléculas de tensoactivo, la repulsión de las colas hidrofóbicas de las moléculas tensoactivas por el agua, conducirá a la formación de agregados de moléculas. (Micelas)[1] Las propiedades generales y comportamiento de los agentes tensoactivos se deben al carácter dual de sus moléculas. El antagonismo entre estas dos secciones de la molécula y el equilibrio entre ellas, es la que da al compuesto sus propiedades activas de superficie.
Presentan las siguientes propiedades: Actúan como detergentes. Son espumantes. Tienen capacidad solubilizante. Son emulsionantes. Se comportan como humectantes. Actúan como dispersantes.
Cada tensoactivo posee muchas propiedades, pero no todas ellas con la misma intensidad. Ciertos tensoactivos son más detergentes, humectantes y espumantes, mientras que otros son preferentemente emulsionantes y dispersantes y otros solubilizantes.[4] TIPOS DE TENSIOACTIVOS La mayor parte de los tensoactivos son de origen sintético, aunque algunos, cada vez más utilizados son de origen natural.[4]
Otra clasificación se fundamenta en el poder dedisociación del tensoactivo en presencia de un disolvente polar y de suspropiedades fisicoquímicas. Existen dos categorías principales: 1. Iónicos Según la carga que posea el tensioactivo serán: Aniónicos. Catiónicos. Anfóteros.
2. No-iónicos Veamos a continuación las propiedades y características de cada uno de estos grupos: Aniónicos: Los tensoactivos aniónicos comprenden aquellos que poseen uno o varios grupos funcionales que se ionizan en disolución acuosa originando iones orgánicos con carga negativa responsable de la actividad superficial. [5]
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(LAS) [7]
Catiónicos: Los tensoactivos catiónicos se disocian dando lugar a un catión orgánico y anión, que suele ser un halogenuro. La gran mayoría de estos surfactantes soncompuestos nitrogenados del tipo sal de amonio cuaternario.Estos tensoactivos son en general más costosos que los aniónicos y los no iónicos, debido al número y tipo de reacciones necesarias para su síntesis. Entre los tensoactivos más comunes se encuentra el cloruro de benzalconio o el HTAB. [5]
Anfótero: son un grupo de tensioactivos que tienen tanto una carga negativa como una carga positiva en la misma molécula. Por ello, pueden comportarse como aniónicos o catiónicos, dependiendo del pH de la disolución en la que se utilicen.[5]
No-iónico: están en el segundo rango por orden de importancia. En solución acuosa no se ionizan, puesto que poseen grupos hidrófilos del tipo alcohol,fenol, éter o amida.
El grupo hidrófobo es generalmente un radical alquilo o alquil benceno y a veces una estructura de origen natural como un ácido graso, sobre todo cuando se requiere una baja toxicidad.Son excelentes humectantes, compatibles tanto con aniónicos como catiónicos y no son afectados por los iones calcio-magnesio del agua dura. [6]
En un principio los jaboneseran obtenidos de la grasa animal y las cenizas de madera. En el siglo XIX aparecieron los primeros detergentes sintéticos para la industria de tintes textiles. A principios siglo XX, se introdujeron las sales sódicas de sulfonatos. En 1930se llevó a cabo la introducción del tensioactivo aniónico alquilbenceno sulfonado (ABS), uno de los más importantes en Estados Unidos y otros países. En 1940 la producción de tensoactivos (1,6 Mt) se limitaba, esencialmente, a los jabones (sales de ácidos grasos) producidos según una tecnología muy antigua. Al final de la segunda guerra mundial se consiguen en el mercado olefinas cortas. En 1965 las nuevas leyes de protección del ambiente limitan la utilización de los alquilatos de polipropileno en la fabricación de los
detergentes sintéticos, tanto en los Estados Unidos como en Europa, debido a su resistencia a la biodegradación por su cadena carbonada ramificada y a problemas ambientales por formación de espumas en plantas depuradoras y ríos. Esta situación favoreció, por tanto, el desarrollo de nuevos productos. Se sustituye el ABS por alquilbencenos sulfonados de cadena lineal y se introducen tensoactivos no iónicos (NPE) y catiónicos (DTDMAC). La producción mundial de jabones, detergentes y otros tensoactivos era del orden de 18Mt en 1970 y de 25 Mt en 1980, correspondiendo un poco menos del 25% al mercado norteamericano y un 25% al mercado europeo. En 1990 se Sustituye el NPE y DTDMAC. En los años siguientes se observa una proliferación de nuevas fórmulas de todo tipo y una gran diversificación en los usos industrial y doméstico. La producción de jabones deja de decrecer y su uso dentro de productos industriales o productos cosméticos no medicinal aumenta rápidamente.[6-8]
CONTAMINACIÓN POR TENSOACTIVOS Los tensoactivos por su uso están destinados a acabar vertidos en la naturaleza.El mayor destino es al medio acuático y el receptor final el medio marino. El origen de los tensoactivos en los cursos de aguas se debe a tres focos principales:
La industria. Las aglomeraciones urbanas. La agricultura y la ganadería. Sea por orden gubernamental o de iniciativa propia, la lucha contra la contaminación del aire, de las aguas y de las tierras se ha convertido en un tema de actualidad y de importancia. La producción mundial de tensoactivos es de 7.5 millones de toneladas al año, y casi todo llega al medio acuático. Los aniónicos son mayoría con 6 millones de toneladas al año. La producción en España es de 100.000 Tn/año (6 gr habitante/día)
El peligro de estos compuestos recae en: Lostensoactivos son sustancias tóxicas: Toxicidad en la agricultura: Al utilizar aguas que contengan tensoactivos, se pueden contaminar los suelos y por consiguiente, los cultivos. Así por ejemplo se ha observado que el ABS inhibe en un 70% el crecimiento de las plantas como el girasol.Toxicidad en la vida
acuática:No es posible dar un valor límite de toxicidad debido a que la sensibilidad de cada organismo varía con relación a la especie, tamaño, tipo de detergente y otros factores físicos del medio ambiente. Baja biodegradabilidad. Son sustancias orgánicas que al degradarse en el medio consumen oxigeno, pudiendo causar anoxia. Pueden provocar eutrofización.
[11] Eutrofización: es un proceso de proliferación excesiva de organismos vegetales (algas) debido a un aumento descontrolado de nutrientes. Este gran número de algas impide el paso de la luz al medio acuático produciendo la muerte de las mismas. Esta materia muerta empieza a descomponerse requiriendo muchísimo oxígeno del medio. Así, el oxígeno es insuficiente para los organismos y para descomponer la materia muerta. Por tanto, el ecosistema se destruye. Referencias: [1] http://www.mapsol.es/chemieleaksdetergencia.html
[2]http://www.hablandodeciencia.com/articulos/2012/04/13/tensio activos-tension-superficial/ [3] http://zeth.ciencias.uchile.cl/~amartinez/2006/seminario/2.pdf [4] Martini M.C., ChivotM., PeyrefitteG.Cosmetología 1997 (página 10) [5] http://www.botanicalonline.com/monografias/efectosolubilizadordetergentes.htm [6]http://www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S301.pdf [7] www.ingenieroambiental.com/?pagina=3281 [8] www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S311A.pdf [9] Calixto Flores R., Herrera Reyes L., Hernández Guzmán V.D. Ecología Y Medio Ambiente 2008 (página 91). [10] ftp://ftpurgell.upc.es/.../Los_Detergentes_y_el_Medio_Ambiente.pdf [11] http://www.ecologiaverde.com/eutrofizacion/ [12] Menéndez Carreño, José. Fotocatálisis, pag 201, 2009 [13]Portela Rodríguez, Raquel. Tese de doctoramiento, eliminación fotocatalítica de H2S en aire mediante TiO2 soportado sobre sustratos transparentes en el UV (universidad de Santiago de Compostela) [14] http://earchivo.uc3m.es/bitstream/10016/8256/1/PFC_Luis_Acosta_Gar cia.pdf [15] G. Mejía, G.A. Peñuela Mesa, J. Marín. Revista Ingeniería Química, 2006, Nº 432, pag 124 [16] Garcés Giraldo, Luis Fernando; Mejía Franco, Edwin Alejandro; Santamaría Arango, Jorge Julián; la fotocatálisis como alternativa para el tratamiento de aguas residuales
[17] (http://www.lasallista.edu.co/fxcul/media/pdf/Revista/Vol1n1/08392%20La%20fotocat%C3%A1lisis%20como%20alternativa%20para%2 0el%20tratamiento.pdf