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 sommaire phénomènes de surface


Tension superficielle des solutions


Les composés tensioactifs

Les produits dits tensioactifs (ou encore agents de surface ou surfactants) sont communément utilisés comme additifs dans les domaines des industries suivantes :

Ces industries manipulent d’énormes quantité de produits même si les quantités mises en œuvre dans les formulations varient de quelques ppm à quelques pour-cent.
Lors de l’élaboration d’un tensioactif, l’industriel s’intéressera surtout au service à rendre au client. Ce sont en effet les propriétés secondaires qui vont primer : absence d’allergie au contact de la peau pour une crème, un shampooing ou un adoucissant…
C'est la structure moléculaire du tensioactif qui détermine leur comportement aux interfaces, leurs propriétés physico-chimiques en solution et leur propension à former des agrégats.

Structure d'un tensioactif

Tous les tensioactifs ont une structure commune :

La molécule est dite amphiphile ; cela signifie qu'elle comporte au moins deux entités au comportement opposé vis à vis d'un solvant donné.
La tête polaire, chargée ou non, est hydrophile ; elle favorise la dissolution de la molécule dans les solvants fortement associés (eau, glycérol, hydrazine...). L'interaction solvant / tête hydrophile est de nature électrostatique (liaisons hydrogène...).
La queue, formé de chaînes ou cycles hydrocarbonés est hydrophobe ou plutôt lipophile. L'interaction queue lipophile / solvant sont faibles (type force de dispersion de London).
L’hydrophilie peut l’emporter sur la lipophilie et vice versa ; c’est pour cela que l’on définit la HLB qui est la balance hydrophile lipophile. Certains auteurs parlent pour atteindre un but recherché de HLB requis.
On distingue quatre classes de tensioactifs :

la même en couleur !

ex : dodécanol hexaéthoxylé n - C12H25O(CH2CH2O)6H

Il est d’usage de les représenter simplement comme suit :

Figure 8 : Représentation conventionnelle d’un tensioactif.

Répartition en surface des composés tensioactifs

Quand nous introduisons un composé dans une solution, deux cas de figure peuvent se présenter. Soit nous formons une solution de type huile dans l’eau (solvant aqueux majoritaire) soit une solution de type eau dans l’huile.
Considérons le second cas. En premier lieu, le tensioactif la partie hydrophile de la molécule a tendance à fuir la solution ; elle se place spontanément à l’interface qui lui procure un espace disponible.
Mais très vite la surface libre ne se voit plus capable d’accueillir de nouvelles molécules ; la formation du film monomoléculaire est en compétition avec la formation de micelles. Tant que la concentration est très faible, la formation du film monomoléculaire est majoritaire. Il y a un abaissement rapide de la tension superficielle selon une loi linéaire due à Traube :    s = s0  - A.c.

Mais très vite l’interface se sature ; les nouvelles molécules ont alors plutôt tendance à former des micelles. La loi de Slyskowsky traduit mieux le phénomène :

   


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