Chap. 2: Les molécules amphiphilesm2spae.free.fr/1. Septembre - Octobre/Elaboration de... · 2009....
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Les molécules amphiphiles 1
Chap. 2:Chap. 2:Les molécules amphiphilesLes molécules amphiphiles
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Les molécules amphiphiles 2
Amphiphile = Tensioactif
SO3 Na+-
Dodécyl benzène sulfonate de sodium
Groupe Lipophileou hydrophobe (apolaire)
Groupe Hydrophile(polaire)
représentation usuelle
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Les molécules amphiphiles 3
Les classes de tensioactifsLes classes de tensioactifs
• les tensioactifs ioniquesanionique, cationique et zwitterionique
• les tensioactifs non ioniques
Ils se distinguent d’après la nature de la tête polaire
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Les molécules amphiphiles 4
Exemple de molécules tensioactives Exemple de molécules tensioactives en agroalimentaireen agroalimentaire
Anioniques Acide grasCOO -
Non-ioniques COO RR = glycérol, sorbitol,...
Ester d ’acide gras
Zwitterioniques Lécithine
COO CH
COO CH2
CH2OP(CH2)2N+(CH3)3
O
O-
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Les molécules amphiphiles 5
En solution aqueuseInteractions favorableset défavorables
molécule d’eau
inte
ract
ion
défa
vora
ble
interactionfavorable i
nter
actio
n
défa
vora
ble
10-12 groupes
méthylène
= huilepour
“équilibrer” le surfactif
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Les molécules amphiphiles 6
Tous les tensioactifs possèdent2 propriétés fondamentales :
� ADSORPTION aux interfaces
ASSOCIATION en solution�
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Les molécules amphiphiles 7
Adsorption superficielleAdsorption superficielle
Les premières molécules ajoutées ...... dans la solution aqueuse
s’adsorbent à la surface
air ou huile
eau
le groupe hydrophobe se “soustrait” de l’eau
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Les molécules amphiphiles 8
Quand la surface se sature ...Quand la surface se sature ...
des agrégats se forment MICELLES
il n’y a pas d’eau au centre
= zone d’exclusion
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Les molécules amphiphiles 9
MICELLE = objet “dynamique”MICELLE = objet “dynamique”
• temps de relaxation (entrée ou sortie) d’une molécule
10 seconde- 6
= “ instantané ”
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Activité superficielleActivité superficielle
• l’adsorption superficielle
• la concentration
en solution
La tension de surface (= énergie libre par unité d’aire) est liée à ...
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Tension Tension -- ConcentrationConcentrationT
EN
SIO
N (d
yne/
cm o
u m
N/m
)
CONCENTRATION (% tensioactif dans eau)
d γ
dLn C= - R T ΓΓΓΓ
(III)
(II)(I)
0 1010.10.01
2530
65
70
%
CMC
isotherme de Gibbs
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Les molécules amphiphiles 12
Agricultureapplication phytosanitaire
mouillabilité à l’eau - angle de contact
sans tensioactif
θθθθ > 90° θθθθ < 90°les gouttes tombent
CAS FAVORABLECAS FAVORABLE
les gouttes
s’étalent
avec tensioactif
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Les molécules amphiphiles 13
Tout ce qui tend à rendre letensioactif plus hydrophobe
ou à favoriser l’agrégation
Facteurs qui font baisser la Facteurs qui font baisser la CMCCMC(favorables à la (favorables à la micellisationmicellisation))
• groupe apolaire + grand
-> effet hydrophobe + grand
• augmentation force ionique-> moindre répulsion entre “têtes” polaires
• moindre interaction avec eau (désolvatation)• présence d’alcool ou autre additif non-ionique
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Effet de la longueur de la chaîneEffet de la longueur de la chaîne
• Octyl sulfate Na• Décyl sulfate Na• Dodécyl sulfate Na• Tetradécyl sulfate Na• Hexadécyl sulfate Na• Octadécyl sulfate Na
12030820.60.2
mmol/L
Log CMC = A - 0.30 N (carbones)
CMC de quelques tensioactifs
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Les molécules amphiphiles 15
Effet de la SalinitéEffet de la Salinité• les ions produisent un effet d’écran
qui permet aux “têtes” de se rapprocher
tensioactif anionique
répulsionécrantage
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REPRESENTATION SCHEMATIQUE D’UNE MICELLE DE REPRESENTATION SCHEMATIQUE D’UNE MICELLE DE POLYOXYETHYLENE(16POLYOXYETHYLENE(16--18)18)--44--NONYLPHENYLETHERNONYLPHENYLETHER
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Les molécules amphiphiles 17
Température de Kraft Température de Kraft (ioniques)(ioniques)
• Température à laquelle la solubilité dans l’eau atteint la CMC
0 5 10 15 201
10
100
Température (°C)
SolubilitéDodécyl sulfate de Na
Temp. de Kraft
solide
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Point de Trouble Point de Trouble ((nonioniquesnonioniques))
• Température à laquelle une solution de tensioactif nonionique devient trouble
• Phénomène de DESHYDRATATION
de la chaîne Poly-oxyde de éthylène
(par augmentation de l’agitation thermique)
• Une phase riche en “tensioactif” se sépare
en fines gouttes TURBIDITE
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Les molécules amphiphiles 19
Solubilisation micellaireSolubilisation micellaire
• d’huile au “coeur” de la micelle = émulsion
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Les molécules amphiphiles 20
Solubilisation micellaireSolubilisation micellaire
• d’amphiphile par co-micellisation
alcoolphénolamineetc.
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Solubilisation micellaireSolubilisation micellaire• de particules colloïdales insolubles dans l’eau et dans l’huile
particule insoluble
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Stabilisation des émulsionsStabilisation des émulsions• Par répulsion électrique pour les tensioactifs ioniques
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Stabilisation des émulsionsStabilisation des émulsions• Par répulsion stérique pour les tensioactifs non-ioniques
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MICELLE inverseMICELLE inverse• en milieu apolaire il se forme ...
... un agrégat à l’envers
(avec la partie polaire à l’interieur)
� taille plus petite10-15 molécules
Micelle inverse
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Les molécules amphiphiles 25
Balance Balance hydrophile hydrophile –– lipophile (HLB)lipophile (HLB)Principale caractéristique des molécules amphiphiles
Bancroft : émulsifiant hydrophile ⇒ stabilisation de huile dans eau émulsifiant hydrophobe ⇒ stabilisation de eau dans huile
Griffin : (uniquement pour les non ioniques)
HLB = 20 * Mh / M0 à 3 = antimousse,4 à 6 = eau dans huile (micelle inverse)7 à 9 = agent mouillant, 8 à 18 = huile dans eau
13 à 15 détergents et 15 à 18 solubilisants
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Les molécules amphiphiles 26
Autre échelle Davies :
HLB = 7 + m * Hh − n * Hlm = nbre de group. hydrophiles et Hh leur valeur (empirique)n = nbre de group. lipophiles et Hl leur valeur (empirique)
-SO4Na = 35,7 -CH2 = -0,475 -CH3 = -0,475⇒ SDS = 7 + 35,7 – 12*0,475 = 37
HLB (suite)HLB (suite)
Ces échelles pratiques pour choisir un émulsifiant à TambProblèmes se posent quand il y a des changements de Tdurant le process ⇒ mélange de TA