Tensioactivo

La mayoría de los tensioactivos contienen "colas" basadas en hidrocarburos saturados o insaturados. Los fluorotensioactivos tienen cadenas de fluorocarbono . Los tensioactivos de siloxano tienen cadenas de siloxano .

Las moléculas de surfactante tienen una o dos colas; aquellas con dos colas se denominan de doble cadena . ^{[ 10 ]}

Los tensioactivos a base de aminoácidos son tensioactivos derivados de un aminoácido . Sus propiedades varían y pueden ser aniónicas, catiónicas o zwitteriónicas, dependiendo del aminoácido utilizado y de qué parte del aminoácido se condensa con la cadena alquilo/arilo. ^{[ 11 ]}

Los surfactantes gemini constan de dos moléculas de surfactante unidas entre sí en sus grupos de cabeza o cerca de ellos. En comparación con los surfactantes monoméricos, tienen concentraciones micelares críticas mucho más bajas . ^{[ 11 ]}

En la fase acuosa, los tensioactivos forman agregados, como micelas , donde las colas hidrofóbicas forman el núcleo del agregado y las cabezas hidrofílicas están en contacto con el líquido circundante. También pueden formarse otros tipos de agregados, como micelas esféricas o cilíndricas o bicapas lipídicas . La forma de los agregados depende de la estructura química de los tensioactivos, es decir, del equilibrio de tamaño entre la cabeza hidrofílica y la cola hidrofóbica. Una medida de esto es el equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB). Los tensioactivos reducen la tensión superficial del agua al adsorberse en la interfaz líquido-aire. La relación que vincula la tensión superficial y el exceso superficial se conoce como isoterma de Gibbs .

La dinámica de adsorción de surfactantes es de gran importancia para aplicaciones prácticas como los procesos de espumado, emulsificación o recubrimiento, donde se generan rápidamente burbujas o gotas que deben estabilizarse. La dinámica de absorción depende del coeficiente de difusión del surfactante. Al crearse la interfaz, la adsorción se ve limitada por la difusión del surfactante hacia dicha interfaz. En algunos casos, puede existir una barrera energética para la adsorción o desorción del surfactante. Si dicha barrera limita la velocidad de adsorción, se dice que la dinámica está "limitada cinéticamente". Estas barreras energéticas pueden deberse a repulsiones estéricas o electrostáticas . La reología superficial de las capas de surfactante, incluyendo la elasticidad y la viscosidad de la capa, desempeña un papel importante en la estabilidad de espumas y emulsiones.

La tensión interfacial y superficial puede caracterizarse mediante métodos clásicos como el del colgante o el de la gota giratoria . Las tensiones superficiales dinámicas, es decir, la tensión superficial en función del tiempo, pueden obtenerse mediante el aparato de presión máxima de burbuja.

La estructura de las capas de surfactante se puede estudiar mediante elipsometría o reflectividad de rayos X.

La reología superficial se puede caracterizar mediante el método de la gota oscilante o mediante reómetros de superficie de corte, como el reómetro de superficie de corte de doble cono, de doble anillo o de varilla magnética.

Algunos tensioactivos se utilizan como emulsionantes o agentes espumantes en los alimentos. En la lista de aditivos alimentarios se pueden encontrar ejemplos .

La alcalinización ( saponificación ) de la grasa del cacao en el cacao en polvo para beber sirve para reducir la tensión superficial de la leche y para permitir una humectación o suspensión más rápida del cacao en polvo semidesnatado.

Los tensioactivos se utilizan en detergentes , lavavajillas líquidos , champús , geles de ducha y productos similares para aumentar la "solubilidad" de las partículas de grasa y suciedad que se adhieren a la ropa o al cuerpo en el agua.

Los suavizantes de telas pueden contener tensioactivos catiónicos que evitan que la ropa se endurezca al secarse.

Los emulsionantes son esenciales para la producción de emulsiones de agua en aceite , por ejemplo, para cremas para la piel . También son necesarios para una amplia gama de suspensiones, ya que permiten mantener la consistencia de las formulaciones de medicamentos líquidos.

Los productos fitosanitarios contienen tensioactivos para mejorar la humectación (dispersión) en las plantas. El agente humectante más común es la amina de sebo etoxilada. También se utilizan trisiloxanos o alcoholes grasos polioxietilados. ^{[ 14 ]} Las formulaciones agroquímicas que utilizan tensioactivos incluyen herbicidas (algunos), insecticidas y biocidas (desinfectantes). ^{[ 15 ]}

Los tensioactivos actúan desplazando el aire de la matriz de las compresas y vendajes de algodón para que las soluciones medicinales puedan absorberse y aplicarse en diversas zonas del cuerpo. También ayudan a eliminar la suciedad y los residuos mediante el uso de detergentes en el lavado de heridas ^{[ 16 ]} y mediante la aplicación de lociones y aerosoles medicinales en la superficie de la piel y las mucosas ^{[ 17 ]} . Los tensioactivos mejoran la biorremediación mediante el lavado de suelos, la biorremediación y la fitorremediación ^{[ 18 ] .}

Muchos espermicidas contienen tensioactivos (como el nonoxinol-9 ).

En solución, los detergentes ayudan a solubilizar diversas especies químicas al disociar agregados y desplegar proteínas. Los surfactantes más comunes en el laboratorio de bioquímica son el lauril sulfato de sodio (SDS) y el bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB). Los detergentes son reactivos clave para extraer proteínas mediante la lisis de células y tejidos: desorganizan la bicapa lipídica de la membrana (SDS, Triton X-100 , X-114 , CHAPS , DOC y NP-40 ) y solubilizan las proteínas. Se utilizan detergentes más suaves, como el octil tioglucósido , el octil glucósido o el dodecil maltósido, para solubilizar proteínas de membrana, como enzimas y receptores , sin desnaturalizarlas . El material no solubilizado se recupera mediante centrifugación u otros métodos. Por ejemplo, en la electroforesis , las proteínas se tratan clásicamente con SDS para desnaturalizar las estructuras terciarias y cuaternarias nativas , lo que permite la separación de las proteínas según su peso molecular .

Los detergentes también se han utilizado para descelularizar órganos. Este proceso mantiene una matriz de proteínas que preserva la estructura del órgano y, a menudo, la red microvascular. El proceso se ha utilizado con éxito para preparar órganos como el hígado y el corazón para trasplante en ratas. ^{[ 19 ]} Los surfactantes pulmonares también son secretados naturalmente por las células tipo II de los alvéolos pulmonares en mamíferos .

Los tensioactivos se utilizan en la lucha contra incendios (para hacer "agua húmeda" que se empapa más rápidamente en materiales inflamables ^{[ 20 ] [ 21 ]} ) y en tuberías (agentes reductores de la resistencia del líquido).

El agua húmeda ofrece la ventaja de permitir que el agua de extinción penetre con mayor eficacia en materiales en combustión como madera o tela, mejorando así su capacidad de enfriamiento. Además, el agua de extinción mezclada con tensioactivos puede rociarse a mayores distancias con la misma capacidad de bombeo gracias a sus propiedades que mejoran el flujo. Los agentes espumantes especiales ( espuma formadora de película acuosa , AFFF) para combatir incendios de líquidos contienen tensioactivos perfluorados que forman una película líquida hermética entre el material en combustión y la espuma. Esto, a su vez, confiere a la capa de espuma propiedades de deslizamiento superiores, lo que permite la extinción eficaz de incendios de líquidos de mayor envergadura.

Los surfactantes desempeñan un papel importante en la microfluídica basada en gotas en la estabilización de las gotas y la prevención de la fusión de las gotas durante la incubación. ^{[ 22 ]}

El cuerpo humano produce diversos surfactantes. El surfactante pulmonar se produce en los pulmones para facilitar la respiración al aumentar la capacidad pulmonar total y la distensibilidad pulmonar . En el síndrome de dificultad respiratoria (SDR), la terapia de reemplazo de surfactante ayuda a los pacientes a tener una respiración normal mediante el uso de formas farmacéuticas de surfactantes. Un ejemplo de surfactante pulmonar farmacéutico es Survanta ( beractant ) o su forma genérica Beraksurf, producidos por Abbvie y Tekzima , respectivamente. Las sales biliares , un surfactante producido en el hígado, desempeñan un papel importante en la digestión. ^{[ 23 ]}

Ciertas orugas (de la especie de polilla Spodoptera exigua , del sudeste asiático) escupen una secreción que contiene surfactantes a sus depredadores. Esto disuade a las hormigas atacantes, permitiendo que las orugas escapen. Los surfactantes en las secreciones orales de las orugas reducen su tensión superficial. En lugar de deslizarse sobre la piel hidrófuga de las hormigas como el agua normal, la secreción empapa a los atacantes. Las hormigas afectadas se limpian, lo que le da a la oruga tiempo suficiente para escapar. ^{[ 24 ]}

Debido al volumen de surfactantes liberados al medio ambiente, por ejemplo, detergentes para ropa en aguas, su biodegradación es de gran interés. Atrae mucha atención la no biodegradabilidad y la extrema persistencia de los fluorosurfactantes , por ejemplo, el ácido perfluorooctanoico (PFOA). ^{[ 32 ]} Las estrategias para mejorar la degradación incluyen el tratamiento con ozono y la biodegradación. ^{[ 33 ] [ 34 ]} Dos surfactantes principales, los alquilbencenosulfonatos lineales (LAS) y los alquilfenol etoxilados (APE), se descomponen en condiciones aeróbicas que se encuentran en las plantas de tratamiento de aguas residuales y en el suelo para producir nonilfenol , que se cree que es un disruptor endocrino . ^{[ 35 ] [ 36 ]} El interés en los surfactantes biodegradables ha llevado a un gran interés en los "biosurfactantes", como los derivados de aminoácidos. ^{[ 37 ]} Los surfactantes de base biológica pueden ofrecer una biodegradación mejorada. Sin embargo, el hecho de que los surfactantes dañen las células de los peces o causen montañas de espuma en los cuerpos de agua depende principalmente de su estructura química y no de si el carbono utilizado originalmente provenía de fuentes fósiles, dióxido de carbono o biomasa. ^{[ 3 ]}