Ciencia quelante
Un quelante, a veces denominado secuestrante o constructor, es una molécula especializada diseñada para unirse a iones metálicos cargados positivamente, más comúnmente calcio y magnesio, en solución y, por lo tanto, evitar que estos iones formen precipitados insolubles con otros iones que puedan estar presentes. Hay dos tipos básicos de quelantes, designados como duros y blandos:
- Quelantes duros, por ejemplo EDTA (ácido etilendiamina tetra acético) y NTA (ácido triacético nitrilo), forman complejos muy estables con un 1:1 estequiometría. Es decir, una molécula de EDTA reacciona con un solo ion metálico.
- Los quelantes blandos, por ejemplo los polímeros de ácido acrílico y ácido maleico, forman complejos menos estables y funcionan previniendo el crecimiento de cristales en lugar de por quelación verdadera.
Los iones de calcio y magnesio forman precipitados insolubles muy estables con iones de carbonato. El bicarbonato es omnipresente en las aguas superficiales. Se desprotona para dar carbonato por el alto pH de la mayoría de las formulaciones de limpieza. Los precipitados insolubles son difíciles de eliminar sin el uso de un limpiador ácido. Estos depósitos difíciles de eliminar se llaman escamas de agua dura, y por lo tanto el agua que contiene iones de calcio y magnesio se conoce como agua dura. Hay dos métodos comunes para tratar el agua dura. La primera es usar agua ablandada. El agua ablandada elimina los iones de calcio y magnesio. Esto se logra a menudo mediante el uso de un ablandador de agua que intercambia iones de sodio por iones de calcio y magnesio en solución. El segundo método consiste en utilizar quelantes en la formulación del producto de limpieza. La quelación de los iones de calcio y magnesio en solución también previene eficazmente la formación de estos depósitos.
Los iones de calcio y magnesio también forman precipitados insolubles con muchos surfactantes aniónicos, especialmente carboxilatos de ácidos grasos (jabón). La formación de complejos de jabón de calcio es tan eficiente que la concentración de surfactante libre disponible para la limpieza se reduce a cero hasta que todo el calcio se ha eliminado de la solución, ya sea por quelación o formando el aducto de jabón insoluble. Sin el quelante presente en un producto de limpieza, se necesitaría más surfactante para garantizar que se dispusiera de una concentración efectiva de surfactante libre para la limpieza. En otras palabras, el consumidor tendría que utilizar más del producto de limpieza para obtener el resultado deseado. Además, el aducto de jabón de calcio insoluble se precipitaría de la solución a la superficie a limpiar, lo que daría un aspecto sucio y una sensación rígida en la tela lavada. Por lo tanto, los quelantes utilizados para estos fines a veces se conocen como «constructores», ya que ayudan a construir sobre el rendimiento del surfactante.
Además de ablandar el agua de la solución de limpieza, los quelantes también son efectivos para eliminar algunas manchas, especialmente aquellas que tienen una alta concentración de calcio, como las manchas de queso. Las manchas tienen una estructura molecular compleja y variada y muchas incluyen enlaces cruzados de iones metálicos y estabilización de la estructura de la mancha. Los quelantes presentes en la solución de limpieza se unirán con estos diversos iones metálicos que ayudan a eliminarlos de la mancha, debilitando así la estructura de la mancha y facilitando su eliminación.
Más allá del calcio y el magnesio, los quelantes se unen a todos los iones metálicos polivalentes en solución. El hierro y el manganeso, aunque son menos frecuentes, también pueden provocar problemas de limpieza significativos, incluida la formación de precipitados insolubles, como óxido de hierro, óxido y dióxido de manganeso. Por lo tanto, los limpiadores especiales a menudo se formulan con quelantes de hierro altamente eficientes para unirse a estos iones, eliminando nuevamente los problemas que de otra manera podrían causar, o para ayudar a eliminar las manchas de óxido y hierro que ya se han formado.
La siguiente tabla muestra muchos ejemplos de agentes quelantes utilizados en productos formulados y su capacidad teórica para unirse o secuestrar calcio del agua para mejorar el rendimiento de limpieza:
