Scuola Secondaria di primo grado Angelo Musco Tensioattivi La chimica nella vita quotidiana Professoressa Cacciatore Lucilla Cecilia

Tensioattivi La presente unità didattica è destinata agli studenti di terza classe della scuola secondaria di primo grado. Si prevedono 6 ore di lezioni frontali integrate e talora precedute da semplici esperimenti o dimostrazioni. verranno dedicate 2 ore a verifiche suddivise in: verifiche dei prerequisiti verifiche formative verifiche sommative

PREREQUISITI Conoscere la struttura della materia Sapere cos’è una soluzione Sapere cos’è un’emulsione Sapere cos’è una molecola polare Sapere cos’è la tensione superficiale

OBIETTIVI Conoscere il fenomeno della detergenza ed i principali componenti dei detergenti Sapere cosa sono i tensioattivi e come funzionano Capire come fanno alcuni animali a sfruttare la tensione superficiale per camminare sull’acqua Conoscere alcuni aspetti dell’impatto ambientale causato dall’inquinamento da tensioattivi

Verifica dei prerequisiti Mi sai dire cos’è una soluzione? Mi dai una definizione di emulsione? Cosa vuol dire l’espressione: molecola polare? Cos’è la tensione superficiale?

Verifiche formative Completa le seguenti affermazioni: I tensioattivi sono………………………………………... Le molecole polari hanno una parte idrofila e una…… Il sapone è………………………………………………... La porzione della molecola di sapone che si lega allo sporco è la coda…………………………………………. Il basilisco è un…………………………………………… I tensioattivi posso essere utilizzati come……………..

Verifiche sommative Metti una croce per indicare se le seguenti affermazioni sono vere o false I tensioattivi non sono dei buoni detergenti V F Il sapone non è un tensioattivo V F Tutti i tensioattivi, compresi i detersivi per la lavatrice non hanno effetti nocivi sull’ambiente V F

Cosa sono i tensioattivi?

Si possono definire tensioattivi quelle sostanze che sciolte in acqua ne abbassano la tensione superficiale. Hanno questa proprietà le sostanze organiche nella cui molecola coesistono due zone:una idrofila (a cui piace l’acqua) e una lipofila ( a cui piace il grasso).

Una molecola che possiede le caratteristiche descritte posta in acqua o in un sistema olio acqua si orienta. Quest’orientamento determina un abbassamento della tensione superficiale.

I tensioattivi sono molto utilizzati perché… Le loro soluzioni acquose bagnano prontamente le superfici, rimuovono lo sporco, penetrano nei materiali porosi, disperdono le particelle solide, emulsionano oli, grassi e producono schiuma per agitazione.

chiamati anche… penetranti agenti bagnanti detergenti disperdenti Ecco perché vengono chiamati anche… penetranti agenti bagnanti detergenti disperdenti emulsionanti

Possiamo trovare sostanze tensioattivi in : Saponi e detergenti Coloranti, vernici e inchiostri Cosmetici e prodotti farmaceutici Alimenti (il latte, la maionese e le glasse sono esempi di emulsioni, il gelato è una emulsione in stato di schiuma).

I tensioattivi piu’ antichi sono i saponi Conosciuto ed utilizzato prima dell’era cristiana, il sapone ha origini lontane ed incerte, forse da ricercarsi in Gallia. Per molto tempo Italia e Spagna sono state le maggiori produttrici di saponi.

Curiosità… I Galli non usavano il sapone come detergente, ma come pomata per capelli e a scopo medicinale I saponi molli sono molto più antichi dei saponi duri (la tradizione vuole che siano stati scoperti per caso a Savona dalla moglie di un pescatore che fece bollire della liscivia di soda in una pentola contenente olio d’oliva. La soda naturale si ottiene dalle ceneri di piante marine

Cos’è il sapone Il sapone dal punto di vista chimico è un SALE ottenuto dalla reazione (detta di saponificazione) tra un grasso (per esempio olio vegetale) e una base (per esempio l'idrossido di sodio). Le molecole di sapone hanno: un estremo non solubile che può legarsi coi grassi (“catturandoli”) detto CODA IDROFOBA un estremo solubile che si lega facilmente all’acqua (ecco perché il sapone si scioglie in acqua) detto TESTA IDROFILA

Perche’ le bolle hanno forma sferica? In una bolla di sapone la tensione superficiale tende sempre, come per magia, a minimizzare la superficie: per una data quantità di volume d’aria (quello da noi soffiato) la forma con la superficie più piccola è la sfera.

Come si forma una bolla di sapone? Una bolla di sapone è costituita da una sottile pellicola d’acqua racchiusa tra due strati di molecole di sapone. Questi due strati formano una specie di "coperta" che rende stabile la bolla. Infatti questa "coperta", da una parte, diminuisce la tensione superficiale, dall’altra evita l’evaporazione.

Saponi e detersivi: biodegradabilità I detersivi sono un’evoluzione dei saponi nei quali olii e grassi sono stati sostituiti con altre sostanze chimiche. Inoltre nei detersivi sono state aggiunte diverse sostanze per sbiancare. Mentre il sapone è biodegradabile molti detersivi lo sono molto meno. Su alcune etichette di detersivi si trova scritto biodegradabile. In realtà non lo sono mai completamente. (degradazione dell’80%).

Esperimento: sapone come tensioattivo Materiale: bacinella – detersivo per piatti – borotalco. Procedimento: Versare della polvere di borotalco in una bacinella d’acqua. versare poi qualche goccia di sapone nella bacinella. Osservazioni: Dopo aver messo un po' di borotalco sulla superficie dell'acqua lo si osserva galleggiare. Aggiungendo poi una goccia di sapone sulla superficie dell'acqua si potrà osservare che il borotalco comincia ad affondare e, dopo qualche minuto è completamente scomparso dalla superficie dell'acqua.

Cosa e’ successo quando abbiamo aggiunto il sapone? Il borotalco “galleggiava” sull’acqua a seguito del fenomeno della tensione superficiale. Abbiamo detto che il sapone è un tensioattivo, quindi una sostanza in grado di modificare la tensione superficiale. E’ come se il sapone avesse “ammorbidito” la pelle dell’acqua.

Esperienza 1: In azione contro lo sporco ! Materiale: Acqua – detersivo per piatti – olio – un bicchiere. Procedimento: Versare in un bicchiere acqua e olio. l'olio tende a non mescolarsi con l'acqua ma a rimane in superficie. Anche se si prova a mescolare dopo qualche minuto la situazione ritorna la stessa. Aggiungere quindi del sapone per piatti, mescolare e osservare. Dopo avere mescolato acqua, olio e sapone, l'olio si comporta in modo diverso rispetto a quando si mescolano semplicemente acqua e olio: invece di tornare in superficie, l'olio si divide in tante goccioline che restano in sospensione nell'acqua.

Come fa il sapone a pulire Lo sporco è grasso e non si scioglie in acqua per questo abbiamo bisogno del sapone, che grazie alle code idrofobe si lega allo sporco mentre le code idrofile restano rivolte all'esterno e si legano all’acqua portando dietro lo sporco.

Fasi dell’azione del sapone sullo sporco: Confronto fra immagine reale ingrandita e rappresentazione grafica dell’azione delle molecole di sapone sul grasso.

I saponi sono ottimi detergenti ma….. con acque molto dure hanno un basso rendimento, cosi’ l’industria gia’ a partire dagli anni ’40 tento’ di preparare prodotti di sintesi con miglior rendimento. Queste sostanze tensioattive possono essere suddivise in Tensioattivi anionici Tensioattivi Cationici Tensioattivi non ionici

Tensioattivi anionici Sono presenti in quasi tutti i detergenti. Essi presentano elevate capacita’ bagnanti ed emulsionanti anche ad elevate temperature, per questo sono in grado di sciogliere lo sporco in modo efficace. Producono molta schiuma.

Tensioattivi cationici Sono detti saponi inversi perche’ hanno carica opposta a quella dei saponi classici. Vengono utilizzati negli ospedali e per il lavaggio delle bottiglie negli stabilimenti di acque minerali perché uniscono alle proprietà detergenti anche un buon potere battericida. Anch’essi hanno ottimo potere bagnante.

Tensioattivi non ionici Quando vengono sciolti in acqua non hanno cariche, per questa ragione sono miscibili con i grassi e vengono usati come emulsionanti. Pur producendo poca schiuma hanno un ottimo potere detergente.

Fenomeni superficiali I fenomeni chimico- fisici che si verificano alla superficie di separazione (interfaccia) tra due fasi diverse (aria-acqua, aria-solido, acqua-olio, ecc..), rivestono un ruolo di fondamentale importanza in fisica, chimica, biologia e nella tecnologia. A livello microscopico i liquidi sono composti da molecole tra cui si esplicano forze (forze di coesione), principalmente di origine elettrica. Una molecola all'interno del liquido viene attratta da tutte le altre molecole che la circondano, invece una molecola prossima alla superficie libera risente di una forza diretta verso l'interno del liquido.

Fisica Esperienza 1: L'ago galleggiante Appoggiare con cura un ago sulla superficie dell'acqua in modo che non si bagni completamente. Fare osservare che l'acqua sostiene l'ago senza lasciarlo affondare. l'ago rimarrà alla superficie. E' possibile anche ripetere l'esperimento utilizzando una graffetta o una lametta Osservando da vicino si mette in evidenza come questi oggetti non stiano galleggiando sull'acqua ma vi sono proprio "appoggiati".

Il regno animale e la tensione superficiale Un modo per vedere la tensione superficiale in azione è quello di osservare i pond skaters, gli insetti pattinatori, che sfruttano la tensione superficiale per pattinare sull'acqua.Questi insetti che camminano sull'acqua. Sono provvisti di peli superficiali ricoperti di oli, cioé sostanze idrofobe che respingono l'acqua e permettono alla parte terminale delle zampe, di non forare la membrana superficiale dell'acqua.

Anche il basilisco è un pattinatore Il basilisco è un rettile che vive nelle foreste sudamericane, che può raggiungere i 70-80 centimetri di lunghezza, compresa la coda che da sola rappresenta i due terzi dell'intero corpo.

Tensione superficiale e ambiente La contaminazione delle acque con detergenti anche a concentrazione molto basse ha un forte impatto sull’ambiente. Pensate che l’abbassamento della tensione superficiale può impedire agli insetti pattinatori di sostenersi sulla superficie dell’acqua, impedendone la sopravvivenza!! acqua distillata 0,005 M 0,003 M

I tensioattivi possono anche essere utili per l’ambiente I tensioattivi possono essere utilizzati per la bonifica delle acque da sostanze bituminose. Nel caso di un disastro ecologico prodotto da versamento di oli in mare essi fungono da disperdenti, comportandosi nei confronti dell’olio come i detersivi che usiamo in casa fanno con lo Sporco, frammentando così la sostanza inquinante in tante piccole gocce per facilitarne la dispersione.

PROCESSO DELLA DISPERSIONE CHIMICA

Effetti dovuti alla tensione superficiale La bagnabilità, che puo’ essere massima (come nel caso dell’olio che si spande sul vetro). Parziale (come per il film lacrimale su una lente a contatto in PMMA, polimetilmetacrilato).

Scarsa, come nel caso del contatto tra l'acqua e lo strato ceroso che riveste le foglie (gocce di rugiada). In casi estremi, come nel caso del mercurio sull’acqua, non si ha bagnabilità, questa situazione è conseguenza dell'elevata tensione interfacciale mercurio-vetro.

Fine