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3. El mecanismo de la detergencia. El mojado. El desplazamiento de la suciedad

La limpieza se basa en la separación, es decir, en retirar la suciedad de aquellos lugares o superficies donde por motivos de higiene o de trabajo no se desea que estén. Para ello se utilizará detergentes, los cuales, gracias a sus características fisicoquímicas, permitirán que esta separación se produzca con un menor gasto de energía.

Los detergentes forman parte de nuestra vida diaria, pues se utilizan de manera habitual para mantener la higiene de los hogares y el vestuario. De igual manera, son utilizados en los laboratorios y en la industria química para asegurar unas condiciones de trabajo seguras y dentro de unos parámetros higiénicos adecuados.

Un detergente es, por definición, una sustancia que tiene la facultad de separar la suciedad de una superficie, sin disolverla. Dicha facultad viene dada por las propiedades anfipáticas y tensioactivas.

Definición

Moléculas anfipáticas

Aquellas cuyo comportamiento frente al agua es diferente en un extremo y en otro, es decir, un lado de la molécula tendrá afinidad por el agua y tenderá a unirse a ella (hidrófilo o polar), mientras que el otro no tendrá afinidad y tenderá a evitarla (hidrófoba o no polar).

En la historia, los primeros productos industriales destinados a la limpieza y la higiene fueron los jabones, los cuales, con el paso del tiempo, no fueron capaces de cubrir las crecientes necesidades higiénicas; por ello, la industria química comenzó a desarrollar los detergentes, también denominados “jabón tensoactivo”.

Definición

Tensoactivo, tensioactivo o surfactante

Sustancias cuyas propiedades fisicoquímicas les permiten reducir la tensión superficial de un líquido e incluso reducir las interacciones entre dos líquidos.

Los detergentes, como ya se ha dicho, se caracterizan por ser anfipáticos.

Comportamiento anfipático. La cabeza es la parte hidrófila, que tiene afinidad por el agua, y la cola es la parte hidrófoba, que huye del agua.

Los detergentes pueden presentarse tanto líquidos como en polvo, y pueden estar compuestos por un único tensoactivo o por una combinación de varios en función del fin para el que hayan sido fabricados; es decir, dependiendo de si se quiere aumentar el grado de solubilización, el efecto emulsionante, la adsorción en las interfases sólido-líquido y líquido-líquido, así como el descenso de tensión en la interfase y el mojado, se usará una combinación u otra.

Definición

Grado de solubilización

Mide la capacidad de una sustancia para disolverse en otra. A efectos prácticos, se puede decir que semejante disuelve a semejante.

El grado de solubilización depende también de:

1 La temperatura: la solubilidad crece al aumentar la temperatura.

2 La presión atmosférica: la solubilidad crece al aumentar la presión.

3 La viscosidad: la solubilidad disminuye al aumentar viscosidad.

4 La densidad: la solubilidad disminuye al aumentar la densidad.

Actividades

14. Buscar la definición de los siguientes conceptos: efecto emulsionante y tensión en la interfase.

15. Indicar las diferencias más importantes entre los conceptos de “adsorción” y “absorción”.

3.1. El mojado

El mojado es el efecto de la capacidad que presentan los líquidos de dejar una traza y extenderse sobre un sólido. El mojado es causado por la interacción entre las moléculas del líquido que están en contacto con las de la superficie. El mayor o menor mojado depende del ángulo de contacto entre el líquido y la superficie; cuanto menor sea este ángulo, mayor será el mojado.

Como se puede ver, en el caso del agua, el ángulo de contacto es menor que para el aceite, es decir, el mojado del agua es mayor que el del aceite.

El mojado en función del ángulo de contacto

Cuando la suciedad se deposita en una superficie y se aplica agua con detergente para eliminarla, se da la siguiente situación:

1 Existen dos interfases importantes: Suciedad (O)-Agua (W) y Agua (W)-Superficie (S). Al añadir el detergente, las tensiones superficiales se reducen, lo que implica que los ángulos Suciedad-Agua y Suciedad-Superficie se reducen y la mojabilidad aumenta.

2 La reducción angular implica un cambio de la mojabilidad, cuya principal consecuencia es que la gota de suciedad tiende a encogerse sobre sí misma, dando lugar al efecto Rolling-Up.

3 Gracias al efecto Rolling-Up, la gota de suciedad es fácil de arrastrar y eliminar.

El mojado por efecto del surfactante

Nota

Las emulsiones espontáneas son gotas de fase acuosa encerradas en el interior de gotas de fase orgánica causadas por transferencia de masa mediante difusión.

Actividades

16. Describir qué ocurre cuando:

1 El ángulo Agua-Superficie tiende a 0°.

2 El ángulo Agua-Superficie tiende a 180°.

3 El ángulo Suciedad-Superficie tiende a 0°.

4 El ángulo Suciedad-Superficie tiende a 180°.

3.2. El desplazamiento de la suciedad

Para estudiar el desplazamiento de la suciedad, antes se debe entender por qué limpian los detergentes.

La actividad limpiadora de los detergentes se apoya en tres aspectos:

1 Aspecto mecánico: la fuerza que se aplica sobre la superficie manchada, ya sea manual o mecánica.

2 Aspecto térmico: la temperatura influye enormemente en la capacidad de desplazamiento de la suciedad. A temperaturas elevadas, la suciedad se ablanda, por lo que el desplazamiento se produce de una manera más natural y sencilla.

Estos dos primeros aspectos combinados van a potenciar el tercer aspecto:

1 Aspecto químico: la tensión superficial es una característica intrínseca del agua, y se basa en la tendencia que tienen las moléculas a unirse a sus semejantes. Nota: el mercurio, al colocarse sobre una superficie, tiene tanta afinidad por sí mismo (tensión superficial), que tiende a formar gotas.

Efecto de la tensión superficial en el mercurio

La limpieza se basa en la capacidad del agua de empapar la superficie que se quiere limpiar, y esto se consigue reduciendo la tensión superficial. Pero esto no es suficiente, también se debe lograr separar la suciedad de la superficie y, tras esto, emulsionarla (envolverla) y mantenerla en suspensión hasta que sea eliminada (arrastrada) por el agua en el enjuague. Todo esto se logra empleando los agentes tensioactivos.

Mecanismo de detergencia

Mecanismo de desplazamiento de la suciedad

Aplicación práctica

Al llegar al laboratorio, un trabajador encuentra una botella en la que está escrita la palabra “detergente desengrasante”. ¿Cómo podría saber si realmente se trata de un detergente?

SOLUCIÓN

Los detergentes se caracterizan por poseer agentes tensoactivos, por ello deberá tomar un poco de agua y añadirle una grasa o un aceite. Si tras añadirle el contenido de la botella la mancha de grasa se aleja, entonces, se trata de un desengrasante.

Actividades

17. Describir la utilidad de los detergentes enzimáticos en los laboratorios y las industrias químicas.

18. Justificar por qué el desplazamiento de la suciedad es más efectiva a temperaturas elevadas.

4. Limpieza en frío y en caliente

El agua, por sus características, es más un limpiador que un desinfectante, y debe ser calentada para potenciar la acción desinfectante.

En aquellas industrias en las que el uso de productos químicos está restringido, como es el caso de la industria alimentaria, el agua caliente a presión y el baldeado son técnicas desinfectantes muy habituales.

En las industrias químicas y en los laboratorios, la limpieza en frío o en caliente se llevará a cabo en función de las características de los equipos y de la actividad que aquí se realice.

4.1. La calidad del agua

El agua, en condiciones normales de presión y de temperatura, es un compuesto líquido, inodoro e insípido, hierve a 100 °C y se congela a 0 °C. Es un disolvente universal, siendo capaz de disolver a gran cantidad de sustancias de la naturaleza (sales, ácidos, azúcares, etc.), denominándose a estas sustancias hidrófilas. Por el contrario, también existen sustancias que no combinan bien con el agua, son las llamadas hidrófobas, como es el caso de los aceites y las grasas.

Estas características deben ser tenidas muy en cuenta a la hora de planificar la limpieza, pues tanto las técnicas como los productos químicos a utilizar variarán en función del tipo de suciedad, aunque en la gran mayoría de las situaciones intervendrá el agua en el proceso de limpieza.

Nota

El agua es fundamental para la limpieza, se debe hacer buen uso de ella por nuestro bien y por el de la naturaleza.

A continuación se estudiará el ciclo de la vida del agua en la naturaleza:

Ciclo del agua

El agua, producto de la evaporación de la nieve, los mares, los ríos, los lagos y las plantas, llega a la atmósfera, donde se condensa formando nubes, las cuales dan lugar a la lluvia. El agua de lluvia llega a la tierra generando nieve, mares, ríos y lagos. Esta misma agua se filtra dentro de la tierra dando lugar a las aguas subterráneas, tras lo cual el proceso comienza de nuevo.

Sabía que...

Solo el 2,8% del agua del planeta es agua dulce y, de esta cantidad, más del 90% se encuentra en forma de hielo en los polos, los glaciares, etc.

Un agua pura es aquella que está compuesta exclusivamente por H₂O. El agua de lluvia, al tomar contacto con el suelo, reacciona con él, incorporando parte de sus compuestos, principalmente sales minerales, con lo que se pasa de un agua pura a un agua mineralizada. El calcio (Ca) y el magnesio (Mg) son muy solubles en agua, por lo que es habitual encontrar aguas ricas en estos compuestos. La medición de la concentración de calcio o magnesio en agua se denomina “medir la dureza”, y por ello a estas aguas se las llama “aguas duras”.

La dureza del agua es una situación problemática, pues interfiere en las cualidades limpiadoras del jabón. Además, al hervir un agua dura, se genera una costra en el fondo del recipiente, costra que afecta al buen funcionamiento de los equipos (calefactores de agua, electrodomésticos, etc.).

Se establece el criterio de 150 mg de carbonato cálcico (CaCO₃) para identificar un agua de buena calidad, considerándose mala a partir de 500 mg/l.

Actividades

19. Buscar los siguientes conceptos: precipitación, precipitado, punto triple del agua y parte por millón.

4.2. La temperatura de limpieza

La temperatura es una característica muy importante a tener en cuenta a la hora de limpiar. En muchas ocasiones, limpiar en caliente será beneficioso, pero no siempre se cumple esta premisa, pues habrá ocasiones en las que limpiar en caliente no solo será desfavorable, sino que tendrá consecuencias perjudiciales, ya sea porque la superficie a tratar sea sensible a la temperatura o por las transformaciones que pueden producirse en la suciedad por efecto del calor.

La limpieza se basa en reacciones químicas, es decir, el detergente se disuelve en el agua y juntos atacan a la suciedad eliminando las fuerzas que la unen a la superficie que se desea limpiar.

En general, este proceso se ve favorecido por la temperatura y, con ello, se reducen costes y contaminación, pues se empleará menos cantidad de detergente.

1 Consecuencias:Al trabajar a alta temperatura no solo se limpia, sino que también se desinfecta, pues los patógenos son vulnerables a las altas temperaturas. Nota: la temperatura de ebullición de un líquido depende de la presión a la que se encuentra sometido. A nivel del mar, el agua hierve a 100 °C, sin embargo, en la cumbre del Everest (8.848 m), el agua hierve a 68 °C. De igual manera, el agua cercana a fuentes geotécnicas y sometidas a enormes presiones puede alcanzar temperaturas de cientos de grados centígrados y permanecer en estado líquido.Emplear altas temperaturas causa una disminución de la tensión superficial del agua, por lo que la superficie que se desea limpiar será empapada de igual manera en todos sus puntos.Cuando se calienta el agua, sus moléculas se agitan y se separan. Lo mismo les ocurre a las moléculas de detergente presentes en disolución. Esta agitación, unida a la agitación causada por la ebullición, hace más efectiva la acción limpiadora por permitirle llegar a más sitios y con más energía.La temperatura tiene un efecto catalizador (acelerante) de las reacciones químicas, por lo que mejora la limpieza.Al aumentar la temperatura se logra que las grasas se ablanden, con lo que la penetración y el mojado se harán más efectivos. También favorece la saponificación (transformación de la grasa en jabón al reaccionar con un producto básico) de las grasas por efecto del detergente.

Limpieza a alta presión y temperatura

Como se ha comentado, la temperatura elevada también puede tener efectos negativos a la hora de limpiar debido a:

1 La suciedad habitualmente está compuesta de manera parcial o total por materia orgánica. Los hidratos de carbono (azúcares), por efecto del calor, se degradan y se transforman, caramelizándose. Las proteínas, por encima de ciertas temperaturas, se desnaturalizan, dando lugar a una especie con características fisicoquímicas distintas. Nota: la clara de huevo, al freírse, pasa de ser un líquido denso y transparente a transformarse en un sólido opaco.

Desnaturalización de las proteínas

1 Existen muchos materiales sensibles a las altas temperaturas, sobre todo derivados del petróleo (polietileno, polipropileno, etc.), por ello se debe tener mucha precaución al limpiar, para no dañarlos.

Actividades

20. Recoger en una tabla las aplicaciones y las temperaturas de fusión del polietilen tereftalato (PET), poliestireno y el polietileno.

Aplicación práctica

Un trabajador puede elegir el tipo de agua para limpiar el laboratorio: agua de la red pública de dureza media o un depósito de agua destilada a su disposición. Indique con qué agua se limpiaría mejor. Justifique su respuesta.

SOLUCIÓN

Siempre será recomendable escoger el agua con la menor concentración de sales posible, debido a que la dureza del agua (Ca y Mg) interfiere en las cualidades limpiadoras del jabón.

5. Procedimientos físicos y químicos de limpieza: sistemas de aspiración, absorción y abrasión

La tecnología aplicada a la limpieza se ha desarrollado enormemente desde que, en 1964, el español Manuel Jalón Corominas registrara la patente n° 298.240 correspondiente a la fregona.

Nota

Manuel Jalón vendió la patente de su invento a la multinacional holandesa Curver BV. También inventó el escurridor de fregonas y la hipodérmica jeringuilla desechable.

Dentro de los procedimientos de limpieza, se pueden distinguir los fundamentados en procesos físicos y los basados en procesos químicos, aunque en la mayoría de los casos ambos estarán combinados.

En la actualidad existe gran cantidad de productos y equipos para hacer más fácil la labor del personal de limpieza, siempre con el objetivo de reducir tanto el esfuerzo como el tiempo invertido en la realización de la limpieza.

5.1. Aparatos y utensilios para la limpieza

A continuación se va a hacer un repaso de los aparatos y los utensilios que se pueden utilizar en limpieza, desde los más simples a los más sofisticados.

Cepillo

Utensilio fabricado con grupos de cerdas alineadas y con unidad a un so-porte de manera ordenada. Se utiliza principalmente para quitar el polvo. Al final del día debe lavarse con agua y jabón, dejándolo secar con las cerdas hacía arriba.

Cepillos

Actividades

21. Enumerar los distintos tipos de cepillos que conoce. Indicar para qué sirve cada uno de ellos.

Mopa

Mango de aluminio en cuyo extremo hay una placa rectangular, alrededor de la cual se pondrá una funda de tela con flecos. Esta funda extraíble debe ser lavada con una periodicidad directamente proporcional a su uso.

Mopa

Lanas de acero y estropajo

El estropajo es una porción generalmente de fibra sintética, esparto, nylon, plástico o alambre en el caso de las lanas de acero. Se suele utilizar para la limpieza de objetos especialmente delicados como vajillas, material cerámico de laboratorio, tubos de ensayo, etc. Por sus características está especialmente recomendado para situaciones en las que la suciedad esté fuertemente adherida a las superficies.

Lanas de acero

Nota

Las lanas de acero nunca se deben utilizar sobre acero inoxidable o aluminio.

Escoba

De manera genérica, una escoba es un manojo de fibras, preferiblemente impermeables, unidas a un soporte (palo o barra) que se utiliza para cepillar o barrer superficies, generalmente el suelo. En función de sus características o su utilidad se puede distinguir entre:

1 Escoba magnética: retira el polvo por electromagnetismo.

2 Escobilla: cepillo de alambres o cerdas empleado para limpiar.

3 Escobeta: se emplea para limpiar el polvo.

Para su mantenimiento, lo más recomendable es, al final de la semana, frotar las cerdas con jabón y agua caliente, y posteriormente aclarar con abundante agua limpia.

Debe dejarse secar con las cerdas hacia arriba.

Escoba

Recogedor

Es un instrumento con el que se recoge la basura. Consta de una bandeja frontal con la parte superior abierta y unida a un mango por la parte de atrás. Una vez que se ha acumulado suficiente basura en el suelo, se empujará e introducirá en el interior de la bandeja, tras lo cual se vaciará su contenido en el cubo de la basura.

Para su mantenimiento se recomienda lavarlo con agua caliente jabonosa y cepillarlo enérgicamente. Tras esto se debe aclarar con abundante agua limpia.

Recogedor

Gamuza

Paño de tela o de lana que se utiliza para quitar el polvo. Es habitual que se utilice combinándola con un agente limpiador. Para su mantenimiento se recomienda lavarla con agua jabonosa y dejarla secar al aire.

Gamuza

Sabía que...

Su nombre se debe a que su tacto es parecido a la piel de la gamuza, un animal similar a la cabra y de pelo pardo.

Bayeta

Trozo de paño (algodón o microfibra) que se caracteriza por su capacidad para absorber líquidos. Se emplea en la limpieza de azulejos, mesas, aseos y cualquier superficie pulida. Tipos de bayetas:

1 Bayetas de microfibra: también llamadas ecológicas por no necesitar detergentes para limpiar.

2 Bayetas preimpregnadas: son de un solo uso y vienen con el limpiador incorporado.

3 Bayetas de celulosa no tejidas: antes de usarlas deben humedecerse. Son de un solo uso.

4 Bayetas tejidas: antes de usarlas y de añadirle el limpiador deben hume-decerse. Al finalizar la jornada se recomienda lavarlas con agua limpia y dejarlas secar al aire.

Actividades

22. Visitar un supermercado y comparar los precios de los distintos tipos de bayetas.

23. Indicar las ventajas y las desventajas de las bayetas ecológicas frente al resto de bayetas.

Bayetas

Plumero

Barra a la cual se le han unido a su extremo plumas o fibras sintéticas. Su uso se recomienda para limpiar el polvo a elementos o sitios delicados, como las repisas donde se encuentran los botes de reactivos químicos.

Plumeros

Nota

Los primeros plumeros se fabricaban con plumas naturales de ave (de avestruz o de gallo). También existen variedades naturales hechas con lana de cordero.

Cubo

Recipiente utilizado para contener el agua destinada a la limpieza. Puede ser sencillo, con escurridor, sin escurridor o doble (en una cubeta tiene agua con detergente y en la otra agua con desinfectante).

Cubo

Fregona

Barra a la cual se le ha añadido en su extremo un dispositivo extraíble formado por una pieza de unión en la que se encuentran una serie de fibras, las cuales poseen una enorme capacidad de absorción de líquidos. Para su mantenimiento debe sumergirse varias horas en un recipiente con agua y desinfectante. Pasado este tiempo, se enjuaga con abundante agua limpia.

Fregona

Sabía que...

Existen diferentes formas de denominar a la fregona según el país:

1 Fregona (España).

2 Lampazo (Argentina).

3 Trapero (Chile).

4 Lamazo (Nicaragua).

5 Mapo (Puerto Rico).

6 Coleto (Venezuela).

Actividades

24. Buscar los distintos tipos de microfibra que se emplean actualmente en la fabricación de paños.

Paño

Trozo de tela (microfibra o algodón) que se utiliza para retirar el polvo. Para su mantenimiento basta con introducirlo en agua tibia con detergente y a continuación aclararlo con agua limpia y dejarlo secar al aire.

Paños

Bolsas de basura

A continuación se definirán los colores utilizados en las bolsas de basura para la recogida selectiva de residuos:

1 Gris: desechos en general.

2 Naranja: residuos orgánicos.

3 Verde: envases de vidrio.

4 Amarillo: plásticos y envases metálicos.

5 Azul: papel.

6 Rojo: hospitalarios, infecciosos y tóxicos.

Bolsas de basura

Limpiacristales

Dentro de este punto se incluirán los mojadores, que sirven para humedecer los cristales, las barras alargadoras útiles, para llegar a lugares alejados o demasiado elevados, y las cuchillas, empleadas para separar suciedad fuertemente pegada, como las resinas.

Limpiacristales

Guantes

Los guantes pueden ser de muchos tipos, y se elegirán unos u otros en función de las necesidades:

1 Nitrilo: son guantes con buena resistencia frente a los químicos en general. Son resistentes a la gasolina, al queroseno y a otros derivados del petróleo. Sin embargo, no se recomienda su uso frente a cetonas, ácidos oxidantes fuertes y productos químicos orgánicos que contengan nitrógeno.

2 Vinilo: son muy usados en la industria química porque son baratos y desechables, además de duraderos y con buena resistencia al corte. Ofrecen una mejor resistencia química que otros polímeros frente a agentes oxidantes inorgánicos diluidos. No se recomienda usarlos frente a cetonas, éter y disolventes aromáticos o clorados. Algunos ácidos concentrados endurecen y plastifican los guantes de PVC. No ofrecen una buena protección frente a material infeccioso y, además, no ofrecen la sensibilidad táctil del látex.

3 Látex: proporcionan una protección ligera frente a sustancias irritantes. Nota: los de caucho natural protegen frente a sustancias corrosivas suaves y descargas eléctricas.

4 Neopreno: son excelentes frente a productos químicos, incluidos alcoholes, aceites y tintes. Presentan una protección superior frente a ácidos y bases y muchos productos químicos orgánicos. Otra característica es su flexibilidad. No se recomienda su uso para agentes oxidantes.

Guantes

Actividades

25. Añadir a la lista de tipos de guantes al menos dos nuevos de uso industrial o en laboratorios.

Dosificadores, pulverizadores y cañones de espuma

El uso de estos dispositivos permite una mejor distribución del producto, así como su uso económicamente responsable.

Cañón de espuma

Aplicación práctica

Al llegar al laboratorio, un trabajador encuentra una botella de vidrio vacía en la que podía leerse ácido sulfúrico y otra de plástico, también vacía, que había contenido una disolución de mercurio. El trabajador las recoge y coloca la botella de vidrio en el contenedor verde y la de plástico en el contenedor amarillo. Al poco tiempo, su jefe le llama la atención y le informa de que la acción no ha sido correcta. Indique qué ha ocurrido y cuál sería la solución.

SOLUCIÓN

Hay que tener mucho cuidado con lo que se recicla; en este caso, ambas botellas, la de vidrio y la de plástico, habían contenido productos contaminantes, por lo que no se pueden reciclar de la manera habitual. Deben ser gestionados por un gestor autorizado de residuos tóxicos.