Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas Centro de Estudios Interdisciplinarios de la Física Laboratorio de Fisicoquímica de Coloides Influencia de la deformabilidad de las gotas en la estabilidad de las emulsiones decano/agua Paola Osorio 1 , Germán Urbina-Villalba 2 . 1 Departamento de Química, Facultad de Ciencias,Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela. 2 Laboratorio de Fisicoquímica de Coloides, Centro de Estudios Interdisciplinarios de la Física, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas, Miranda, Venezuela. E-mails: [email protected] , [email protected] . Simulaciones de Estabilidad de Emulsiones de gotas deformables y no-deformables fueron utilizadas para justificar el cambio en el número de agregados como función del tiempo mostrado por las emulsiones de (decano+CCl 4 )/agua estabilizadas con Di-octil-sulfosuccinato de Sodio (DOSS) u Oleato de Sodio (NaOl). Se encontró que los resultados de las simulaciones dependen sensiblemente del valor del módulo de Curvatura (B 0 ) de la monocapa de surfactante. Los datos experimentales de las emulsiones de DOSS y NaOl sólo pueden ser exactamente reproducidos si se supone la ocurrencia de gotas deformables en ambos casos, y una variación significativa de B 0 como función de la concentración de sal [NaCl]. De otra manera sólo se encuentra una concordancia razonable. Introducción Hofman y Stein [1] estudiaron la desestabilización de las emulsiones de decano en agua (O/W), utilizando como surfactantes DOSS y NaOl, en distintas concentraciones. Los sistemas fueron expuestos a diferentes concentraciones de NaCl. La estabilidad de los mismos fue determinada siguiendo la variación del número de agregados en función del tiempo [2]. Se encontró que las emulsiones estabilizadas con DOSS, son menos estables que aquellas estabilizadas con NaOl, lo cual fue atribuido a la deformabilidad de sus gotas. El referido comportamiento se estudió empleando el programa de Simulación de Estabilidad de Emulsiones (SEE), desarrollado en el Laboratorio de Fisicoquímica de Coloides del IVIC. Este emplea un algoritmo basado en los principios de Dinámica Browniana para evaluar el comportamiento de gotas deformables y no deformables en emulsiones [3], bajo la siguiente Ec. de movimiento: (1) La diferencia entre gotas deformables y no deformables, estriba en la forma de calcular la constante de difusión y las fuerzas intergota. En el caso de gotas deformables se consideró el modelo de esferas truncadas desarrollado por Danov [4], en donde la difusión está dada por: (2) Para esta geometría los potenciales de interacción difieren de los típicos potenciales DLVO, siendo función del radio de la película de líquido plano-paralela que se forma entre las gotas, y de la distancia inicial de deformación. Se añaden a éstas contribuciones, el aumento de energía por incremento del área interfacial de las gotas, y la energía de curvatura de la monocapa de surfactante adsorbida, la cual depende del módulo de curvatura: (3) REFERENCIAS [1] HOFMAN, J. A. M. H; STEIN, H. N J. Colloid Interface Sci, 147, 508-516 (1991). [2] von SMOLUCHOWSKI. Z Phys Chem, 92, 129-168 (1917) [3] URBINA-VILLALBA, G. Int. J. Mol. Sci.,10, 761-804 (2009) Metodología Utilizando los datos experimentales reportados en la referencia [1], se determinaron los potenciales de interacción de gotas deformables y no-deformables, los cuales se ilustran en las figuras 1 y 2 Se determinaron los valores de k f lenta para gotas deformables y no-deformables, mediante cálculos de muchas partículas y simulaciones de dobletes. Fig. 1 Potenciales de Interacción de gotas esféricas ([DOSS] = 0,42mM) Fig.2 Potenciales de Interacción de gotas deformables Resultados Conclusiones 1) La forma cualitativa de las curvas de k f lenta vs. [NaCl] correspondiente a los sistemas estabilizados con Oleato de Sodio a concentraciones de 1.0mM y 0.5mM puede reproducirse empleando gotas no deformables. 2) El ajuste cuantitativo con el experimento requiere la implementación del algoritmo de gotas deformables tanto para NaOl como para DOSS, conjuntamente con una variación significativa de B 0 en función de la concentración de sal. 3) El programa SEE desarrollado por el IVIC, permite reproducir la data experimental con exactitud empleando la aproximación de esferas truncadas [5]. Fig. 3 k f lenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 1,0 mM Fig. 5: k f lenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 2,0mM Fig. 4: k f lenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 0,5 mM Fig. 6: k f lenta para las emulsiones estabilizadas con [DOSS]= 0,42mM Bending Constante (B0= 1.6 x 10 -12 N): Fig. 10 k f lenta para las emulsiones estabilizadas con [DOSS]= 0,42mM variando B0 Fig. 9 k f lenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 2,0mM variando B0 Fig. 8 k f lenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 0,5mM variando B0 Fig. 7 k f lenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 2,0mM variando B0 Bending Variable (B0= (1 – 3) x 10 -12 N): [4] DANOV. K.D; IVANOV I.B; GURKOV T.D.; BORWANKAR R.P. J. Colloid Interface Sci., 167, 8-17 (1994) [5] OSORIO, P., URBINA-VILLALBA, G., J. Surfact. Deterg. doi: 10.1007/s11743-010-1238-z (2010)
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Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas
Centro de Estudios Interdisciplinarios de la Física
Laboratorio de Fisicoquímica de Coloides
Influencia de la deformabilidad de las gotas en la estabilidad de
las emulsiones decano/aguaPaola Osorio1, Germán Urbina-Villalba2.
1Departamento de Química, Facultad de Ciencias,Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela.2Laboratorio de Fisicoquímica de Coloides,
Centro de Estudios Interdisciplinarios de la Física, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas, Miranda, Venezuela.
E-mails: [email protected], [email protected].
Simulaciones de Estabilidad de Emulsiones de gotas deformables y no-deformables fueron utilizadas para justificar el cambio en el número de agregados como función del tiempo mostrado por las
emulsiones de (decano+CCl4)/agua estabilizadas con Di-octil-sulfosuccinato de Sodio (DOSS) u Oleato de Sodio (NaOl). Se encontró que los resultados de las simulaciones dependen sensiblemente
del valor del módulo de Curvatura (B0) de la monocapa de surfactante. Los datos experimentales de las emulsiones de DOSS y NaOl sólo pueden ser exactamente reproducidos si se supone la
ocurrencia de gotas deformables en ambos casos, y una variación significativa de B0 como función de la concentración de sal [NaCl]. De otra manera sólo se encuentra una concordancia razonable.
Introducción
Hofman y Stein [1] estudiaron la desestabilización de las emulsiones de decano en agua
(O/W), utilizando como surfactantes DOSS y NaOl, en distintas concentraciones. Los
sistemas fueron expuestos a diferentes concentraciones de NaCl. La estabilidad de los
mismos fue determinada siguiendo la variación del número de agregados en función del
tiempo [2]. Se encontró que las emulsiones estabilizadas con DOSS, son menos estables
que aquellas estabilizadas con NaOl, lo cual fue atribuido a la deformabilidad de sus
gotas.
El referido comportamiento se estudió empleando el programa de Simulación de
Estabilidad de Emulsiones (SEE), desarrollado en el Laboratorio de Fisicoquímica de
Coloides del IVIC. Este emplea un algoritmo basado en los principios de Dinámica
Browniana para evaluar el comportamiento de gotas deformables y no deformables en
emulsiones [3], bajo la siguiente Ec. de movimiento:
(1)
La diferencia entre gotas deformables y no deformables, estriba en la forma de calcular la
constante de difusión y las fuerzas intergota. En el caso de gotas deformables se
consideró el modelo de esferas truncadas desarrollado por Danov [4], en donde la
difusión está dada por:
(2)
Para esta geometría los potenciales de interacción difieren de los típicos potenciales
DLVO, siendo función del radio de la película de líquido plano-paralela que se forma
entre las gotas, y de la distancia inicial de deformación. Se añaden a éstas contribuciones,
el aumento de energía por incremento del área interfacial de las gotas, y la energía de
curvatura de la monocapa de surfactante adsorbida, la cual depende del módulo de
curvatura:
(3)
REFERENCIAS
[1] HOFMAN, J. A. M. H; STEIN, H. N J. Colloid Interface Sci, 147, 508-516 (1991).[2] von SMOLUCHOWSKI. Z Phys Chem, 92, 129-168 (1917)[3] URBINA-VILLALBA, G. Int. J. Mol. Sci.,10, 761-804 (2009)
Metodología
Utilizando los datos experimentales reportados en la referencia [1], se determinaron los
potenciales de interacción de gotas deformables y no-deformables, los cuales se ilustran en
las figuras 1 y 2
Se determinaron los valores de kflenta para gotas deformables y no-deformables, mediante
cálculos de muchas partículas y simulaciones de dobletes.
Fig. 1 Potenciales de Interacción de gotas
esféricas ([DOSS] = 0,42mM)Fig.2 Potenciales de Interacción de gotas
deformables
Resultados
Conclusiones
1) La forma cualitativa de las curvas de kflenta vs. [NaCl] correspondiente a los sistemas
estabilizados con Oleato de Sodio a concentraciones de 1.0mM y 0.5mM puede reproducirse
empleando gotas no deformables.
2) El ajuste cuantitativo con el experimento requiere la implementación del algoritmo de gotas
deformables tanto para NaOl como para DOSS, conjuntamente con una variación significativa
de B0 en función de la concentración de sal.
3) El programa SEE desarrollado por el IVIC, permite reproducir la data experimental con
exactitud empleando la aproximación de esferas truncadas [5].
Fig. 3 kflenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 1,0 mM
Fig. 5: kflenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 2,0mM
Fig. 4: kflenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 0,5 mM
Fig. 6: kflenta para las emulsiones estabilizadas con [DOSS]= 0,42mM
Bending Constante (B0= 1.6 x 10-12 N):
Fig. 10 kflenta para las emulsiones estabilizadas con [DOSS]= 0,42mM variando B0
Fig. 9 kflenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 2,0mM variando B0
Fig. 8 kflenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 0,5mM variando B0
Fig. 7 kflenta para las emulsiones estabilizadas con [NaOl]= 2,0mM variando B0
Bending Variable (B0= (1 – 3) x 10-12 N):
[4] DANOV. K.D; IVANOV I.B; GURKOV T.D.; BORWANKAR R.P. J. Colloid Interface Sci., 167, 8-17 (1994)[5] OSORIO, P., URBINA-VILLALBA, G., J. Surfact. Deterg. doi: 10.1007/s11743-010-1238-z (2010)
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