Un surfactant sau agent activ de suprafață ( surfactant în engleză) este un compus care modifică tensiunea superficială între două suprafețe. Surfactanții sunt molecule amfifile , adică au două părți de polaritate diferită, una lipofilă (care reține grăsimea) este nepolară, cealaltă hidrofilă ( miscibilă în apă ) este polară.
Acestea fac astfel posibilă solubilizarea a două faze nemiscibile, prin interacțiunea cu cea nepolară (adică lipofilă și deci hidrofobă ), prin partea sa hidrofobă; în timp ce cu cealaltă fază polară, va interacționa prin partea sa hidrofilă.
În Canada, în special, se vorbește și despre surfactant , transpunerea cuvântului englez surfactant care este compresia „ agentului de suprafață activ ” (surfactant activ). De asemenea, găsim uneori și termenul tensiune .
Proprietățile agenților tensioactivi se datorează structurii lor amfifile . Această structură le oferă o afinitate deosebită pentru interfețele tip ulei / apă și apă / ulei și, prin urmare, prin același indiciu, le oferă capacitatea de a reduce energia liberă a acestor interfețe. Acest fenomen stă la baza stabilizării sistemelor dispersate.
Ca agenți emulgatori sau stabilizatori, acțiunea lor poate fi detaliată în trei puncte:
Un agent tensioactiv este un corp care, chiar și atunci când este utilizat în cantități mici, modifică semnificativ tensiunea superficială , în special cea a apei. Astfel, cu excepția sărurilor anorganice sau a bazelor (cu excepția amoniacului ), majoritatea agenților tensioactivi scad tensiunea superficială a apei. Cu toate acestea, pentru a cunoaște caracterul lor predominant hidrofil sau hidrofob, se poate argumenta asupra valorii lor HLB ( echilibrul hidrofil-lipofil ), care estimează numeric acest echilibru între partea lipofilă și partea hidrofilă.
Aceste proprietăți cresc toxicitatea inerentă a multor agenți tensioactivi, mai ales atunci când se găsesc pe piele (pe care îi fac apoi mai penetrabilă de mulți toxici), în apă sau la interfața aer-apă ( posibil biofilm ), unde există diferite cazuri de ecotoxicitate. În soluție, agenții tensioactivi sunt de preferință așezați pe suprafața solventului, apoi, atunci când concentrația lor este crescută, ei adoptă configurații spațiale particulare numite micele .
Unii surfactanți sunt iritanti, chiar toxici. Surfactanții neionici nu sunt foarte iritanti, pe de altă parte, sunt suspectați că interferează cu sistemul hormonal (perturbatori endocrini).
Surfactanții sunt uneori redenumiți în funcție de funcția pe care o îndeplinesc.
Surfactanții sunt compuși amfifilici, având ambele fracții:
Un detergent (sau agent tensioactiv, detergent, agent tensioactiv) este un compus chimic, derivat în general din petrol, cu proprietăți de agent tensioactiv , care îl face capabil să îndepărteze murdărirea de pe un suport solid. Debridare este un element de igienă importantă , deoarece elimină o mare parte a bacteriilor prezente pe suprafețele curățate, în special pielea, ustensilele utilizate la prepararea și consumul de alimente. Puterea detersivă a surfactanților derivă în esență din puterea lor de solubilizare.
Detergenții au adesea un HLB între 13 și 15.
La o concentrație foarte scăzută, agenții tensioactivi sunt capabili să formeze soluții adevărate într-o fază apoasă. Când concentrația lor depășește o anumită valoare ( concentrația micelară critică ), moleculele surfactantului se reunesc în agregate numite micele. Această grupare se face astfel încât polul lor hidrofil să fie singurul în contact cu moleculele de apă. În acest fel, unii surfactanți sunt capabili să „dizolve” substanțe care sunt în mod normal insolubile în solventul utilizat. Substanța insolubilă este preluată de micele și este introdusă acolo.
Agenții de solubilizare au adesea un HLB între 18 și 20.
Formarea spumei, dispersia unui volum mare de gaz într-un volum mic de lichid, necesită prezența unor surfactanți care se adsorb la interfața apă-aer.
Agenții de spumare au adesea un HLB între 3 și 8.
Umectarea unui solid cu un lichid corespunde la împrăștierea lichidului pe solid. Prin scăderea tensiunii de suprafață solid-lichid, agenții de umectare permit o răspândire mai mare a lichidului. Această putere de umectare participă la suspendarea particulelor solide într-un lichid în care acestea sunt insolubile, prin expulzarea stratului de aer aderat la particulele care împiedică dispersia în faza lichidă.
Agenții de umectare au adesea un HLB între 6 și 8.
Agenții de dispersie fac posibilă fixarea particulelor hidrofobe conținute într-o soluție hidrofilă, cum ar fi apa, ceea ce face posibilă crearea unei dispersii , adică a unei soluții apoase care conține particule în suspensie. Acești agenți previn flocularea particulelor, adică gruparea lor în părți mai mari, care s-ar putea așeza apoi cu ușurință în fundul soluției.
Un emulgator facilitează formarea unei emulsii între două lichide nemiscibile (de exemplu, apă și ulei). Într-o emulsie, primul lichid (numit fază discontinuă) este dispersat în al doilea lichid (numit fază continuă) sub formă de picături mici. Rolul surfactantului este de a reduce tensiunea superficială între cele două faze lichide, prin formarea unui film în jurul picăturilor dispersate.
Pentru o emulsie W / O, utilizați mai degrabă un agent tensioactiv al cărui HLB este mai mic de 6. Pentru o emulsie O / W, utilizați mai degrabă un agent tensioactiv al cărui HLB este mai mare de 10.
Anumiți agenți tensioactivi (în principal săruri de amoniu cuaternare ) sunt, de asemenea, utilizați pentru puterea lor bacteriostatică sau bactericidă în formulările farmaceutice sau cosmetice. La doze mici, cationul sării de amoniu cuaternar se leagă de grupurile de capăt acid sau de alți anioni ai peretelui bacterian , perturbând funcțiile respiratorii și reproductive ale bacteriilor . La doze mai mari, se observă chiar distrugerea completă a membranei bacteriene (dar aceste doze sunt în general toxice pentru oameni).
Există patru tipuri de compuși tensioactivi organici, grupați în funcție de natura părții hidrofile:
Surfactanții anionici eliberează o sarcină negativă (anion) într-o soluție apoasă. Au un echilibru hidrofil / lipofil (HLB) relativ ridicat (8-18) deoarece au o tendință hidrofilă mai pronunțată. Ele orientează emulsia în direcția O / W, ulei / apă (dacă HLB> 18 apoi detergent).
Printre acest tip de surfactant, se pot menționa săpunurile , care sunt sărurile acizilor grași, cu formula generală RCOOM (R = lanț lung de hidrocarburi, M = un metal, un alcalin sau o bază organică). În funcție de natura grupului M, există săpunuri alcaline (săpunuri Na + , K + , NH 4 + ), săpunuri metalice (în special calciu) și săpunuri organice (săpun trietanolaminic, de exemplu, inclusiv stearat de trietanolamină). Există, de asemenea, derivați sulfați (de exemplu lauret sulfat de sodiu , laurilsulfat de sodiu și laurilsulfat de trietanolamină ), utilizați pe scară largă ca emulgatori sau agenți de spumare și derivați sulfonați (de exemplu dioctilsufosuccinat de sodiu) caracterizați adesea printr-o umectabilitate ridicată. Există, de asemenea, lipoaminoacizii, care au o mare asemănare cu lipoaminoacizii prezenți în epidermă , ceea ce îi face surfactanți „fiziologici”, utilizați în creme, paste de dinți, loțiuni de păr.
Nu sunt compatibile cu agenții tensioactivi cationici.
Surfactanții cationici eliberează o sarcină pozitivă (cation) în soluție apoasă. Acestea sunt în general produse azotate (cu un atom de azot încărcat pozitiv). Se pot menționa în special sărurile cuaternare de amoniu: săruri de alchiltrimetilamoniu (bromură de alchiltrimetilamoniu), săruri de alchilbenzildimetilamoniu (exemplu: clorură de benzalconiu). Au proprietăți bacteriostatice și emulsionante. Au o afinitate cu keratina pielii sau a părului, deoarece este încărcată negativ; se combină cu acesta pentru a forma un film neted.
Se folosesc în balsamuri, anti-mătreață, anumite tincturi, deodorante. Este produsul activ al balsamurilor în foi și lichide (Bounce, Fleecy etc. ). Se adsorb la suprafața țesuturilor, încărcându-le negativ, reducând forțele electrostatice prezente și, prin urmare, electricitatea statică prezentă. Ele fac țesăturile mai flexibile. Sunt iritante pentru mucoasa oculară.
Nu sunt compatibili cu agenții tensioactivi anionici.
Surfactanții amfoterici conțin atât grupe acide, cât și grupe bazice. În consecință, în funcție de pH - ul mediului în care se găsesc, eliberează un ion pozitiv sau un ion negativ:
Surfactanții amfoterici au HLB ridicat.
Există diferite clase chimice de surfactanți amfoteri. Putem menționa în special:
Sunt compatibili cu alți surfactanți.
Molecula lor nu are sarcină netă (nu se ionizează în apă). Ele pot fi clasificate în funcție de natura legăturii dintre părțile hidrofile și hidrofobe ale moleculei.
Surfactanții neionici sunt în general compatibili cu alți surfactanți.
Surfactanți legați de esteri (R-CO-O-R ')Se poate menționa de glicol esteri ( de exemplu: etilen glicol stearat), glicerol esteri ( de exemplu: stearat de glicerol, folosit ca emulgator), esteri de polioxietilen glicol (obținut prin acțiunea oxidului de etilenă cu un acizi grași de acid sau un amestec de acizi grași acizi), esteri de sorbitan , dar mai ales esteri de polioxietilen sorbitan, mai des numiți „Tweens” (denumire comercială) sau polisorbați .
Un surfactant neionic cunoscut foarte frecvent utilizat în chimie și biologie este Tween ( Tween 20, 60, 80 etc. ) sau esterul sorbitan , dar sunt utilizați și esteri zaharoză. Acești membri ai familiei esterilor zahărului constau dintr-un grup osidic hidrofil și un lanț gras hidrofob . Esterii zahărului au mai multe avantaje ca agenți tensioactivi:
Exemplu: eteri ai alcoolilor grași și ai polioxietilenglicolului, folosiți ca emulgatori.
Surfactanții leagă amida (R-CO-NH-R ')Exemplu: Comperlan, care are proprietăți de spumare, emulsifiere, detergent și îngroșare.
Anumite plante carnivore cu o capcană pasivă de tip „urnă“, cum ar fi nutans heliamphora sau Cephalotus follicularis, produc și eliberează proteine de surfactant în nectar de urnă , astfel încât insectele prinse chiuveta la fundul urnei. Când depun ouă, țânțarii femele care trebuie să aterizeze la suprafața apei folosind picioarele cu solzi sunt prinși. Astfel, insectele din subclasa Pterygotes (insecte zburătoare) sunt, de asemenea, prada plantelor carnivore cu capcane pasive.