Suspensiones coloidales

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Suspensiones coloidales

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Suspensiones coloidales

Términos básicos

1 Coloides. Propiedades. Tipos

2 Formación de Precipitados

3 Importancia de los coloides

4

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A. González, 2009

Términos básicos



Mezcla: combinación de dos o más sustancias en la cual las

sustancias conservan sus propiedades características.



Mezcla homogénea: su composición es la misma en toda la

disolución.



Mezcla heterogénea: su composición no es uniforme.



Fase dispersa: componente de la mezcla que se disgrega

en otro.



Fase dispersante: componente de la mezcla que sirve de

medio para que otro se aloge en el.

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A. González, 2009 Macromoléculas a pequeñas partículas COLOIDES Átomos, iones y moléculas. SOLUCIONES Precipitado MEZCLAS HETEROG.

Tamaño de Partículas

< 2 nm

>2 nm

< 2000 nm

> 2000 nm

4

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Diferencias entre soluciones y coloides

5 A. González, 2009

Solución

Suspensión coloidal

Átomos, iones o moléculas

Partículas coloidales

No visibles al microscopio

electrónico

Visibles al microscopio

electrónico

Estables a la fuerza de

gravedad

Pueden sedimentarse con el

tiempo

No filtrable

Filtrable

Intenso movimiento cinético Movimiento browniano

No dispersan la radiación

visible

Dispersan la radiación

visible (Efecto Tyndall)

Efecto

sobre

las

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Coloides

6 A. González, 2009

Los coloides son sistemas en los cuales uno o más de sus

constituyentes tiene dimensiones en el rango de los

nanómetros (10

-9

_{m) a los micrometros (10}

-6

_{m), es decir,}

sistemas que contienen desde macromoléculas a pequeñas

partículas. El adjetivo de microheterogéneo provee una

apropiada descripción de muchos sistemas coloidales.

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Coloides

7 A. González, 2009

Clasificación

1.- Tamaño de Partícula

2.- Naturaleza de los componentes

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Clasificación de los sistemas coloidales

8 A. González, 2009

1. Sistemas coloidales: suspensiones de sustancias insolubles en

forma de partículas. Son inestables debido a la alta energía libre interfacial y son sistemas irreversibles, en el sentido de que una ves separadas las fases, no son fácilmente reconstituidas.

2. Soluciones de macromoléculas: son soluciones verdaderas de

moléculas, tan grandes o complejas, que quedan dentro del intervalo coloidal. Son termodinámicamente estables y reversibles.

3. Coloides de asociación: consisten en soluciones de sustancias

solubles, de relativo bajo peso molecular, las cuales para una concentración particular, según sea el caso, se asocian formando agregados de tamaño coloidal.

Shaw, 1992, Introduction to Colloid and Surface Chemistry

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Clasificación de los sistemas coloidales

9 A. González, 2009 Nombre Medio de suspensión (fase dispersante) Partícula coloidal

(fase dispersa) Ejemplos

Aerosol líquido,

espuma Gas Líquido

Pintura en aerosol, nubes, spray, crema

batida.

Aerosol sólido,

espuma sólida Gas Sólido

Húmo, piedra pómez

Emulsión Líquido Líquido Leche, mayonesa,

crema para las manos

Sol, Gel Líquido Sólido Gelatinas, pinturas,

aceite de ballena

Espuma líquida,

aerosol líquido Líquido Gas

Ponche, espuma para rasurar, nubes de

lluvia,

Emulsión sólida Sólido Líquido Queso, mantequilla,

crema para la cara

Sol-sólido Sólido Sólido Perlas, esmaltes,

cristal rubí

Aerosol sólido,

espuma sólida Sólido Gas

Piedra pómez, cristales de hielo en una nube

fría.

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Clasificación de los sistemas coloidales

10 A. González, 2009

Sistemas Liofilílicos y Liofóbicos

El termino liofílico (afín al solvente) y liofóbico (poca afinidad con el solvente) son frecuentemente usados para describir la tendencia de una superficie o grupo funcional a ser humedecido o solvatado. Si el solvente es agua, se emplean los términos hidrofílico e hidrofóbico.

Bristol Colloid Centre, 2005, Colloid Science Las suspensiones hidrofílicas se forman espontáneamente y son estables. Por ejemplo los ácidos húmicos y fúlvicos en medio acuoso.

Las suspensiones hidrofóbicas, en general son inestables. Por ejemplo dispersión de pequeñas partículas óxidos metálicos en agua.

Domènech et al, 2006, Química ambiental de sistemas terrestres

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Suspensiones coloidales

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Definición

Es un sistema bifásico consituido por un medio de dispersión líquido, que

contiene en su seno partículas muy finas, de diámetro comprendido entre 10-9_y

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Suspensiones coloidales. Propiedades

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Movimiento browniano

Este comportamiento fue observado en 1827 por el botánico inglés Robert Brown en partículas de polén suspendidas en un líquido, que al microscopio, presentaba un movimiento aleatorio en zig-zag.

Este movimiento es debido al hecho de que los impactos aunados de las moléculas que se encuentran a los lados de una partícula pequeña no siempre se anulan con exactitud.

El movimiento browniano es una confirmación visual del movimiento cinético casual de las moléculas.

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Suspensiones coloidales. Propiedades

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Efecto Tyndall

Es una propiedad óptica de los coloides y consiste en la difracción de los rayos de luz que pasan a través de un coloide. Fue investigado por J. Tyndall en 1896.

La luz transmitida era rojiza aunque la radiación incidente fuese blanca.

Rayleigh, demostró en 1899, que la intensidad de la luz dispersada por partículas isotrópicas pequeñas, es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda de la luz utilizada.

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Suspensiones coloidales. Propiedades

14

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Suspensiones coloidales. Propiedades

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Adsorción de iones

La superficie sólida expuesta a la solución de un electrolito, se carga, ya sea positivamente o negativamente, con respecto al seno de la solución. Para los sólidos, de magnitud ordinaria, este efecto pasa desapercibido.

Pero en el caso de los sólidos de tamaño coloidal, cuyas áreas específicas (esto

es cm2_g-1_{) son elevadas (típicamente entre 2x10}4_{y 2x10}6_cm2_g-1_{), este fenómeno}

en muchos casos determina el comportamiento de las partículas.

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Suspensiones coloidales. Propiedades

16 Coagulación-Peptización

Exceso

NO₃- Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ _Ag+ Ag+ Cl- Cl- Cl- Cl- Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Cl- Cl- _Cl_- Cl- Cl- Cl- Fase Sólida NO₃- Iones adsorbidos Fase líquida NO₃- NO₃- NO₃- H+ Na+ Capa de contraiones Solución homogénea H+ _NO 3- Na+ NO₃- NO₃- Ag+

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Suspensiones coloidales. Propiedades

17 Coagulación-Peptización

+

-

+

₊

+

-

+

₊

+

-

+

-

Coagulación

Peptización

• Aumentar la temperatura • Aumentar la fuerza iónica

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Suspensiones coloidales. Estabilidad

18

Para alcanzar estabilidad en el tiempo de la dispersión, como en productos farmaceúticos, cosmeticos y alimenciios. La solución podrá ser termodinámicamente estable cuando la energía libre de

floculación (ΔF_floc.) es positiva. ΔF_floc. Esta dada por:

ΔF_floc. = ΔU_floc. –TΔS_floc.

Donde ΔUfloc. y ΔSfloc. son la energía y entropía de floculación respectivamente y ambas cantidades son negativas.

En la práctica, sin embargo, estabilidad cinética es suficiente.

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Suspensiones coloidales. Estabilidad

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Sedimentación

Si las partículas de una dispersión son lo suficientemente grandes y densas, se van asentando bajo la acción del campo gravitacional de la tierra. La velocidad a la que se sedimentan, es la velocidad a la cual la fuerza de gravedad esta exactamente balanceada por la fuerza de fricción de la partícula que se está moviendo a través del medio de suspensión. (Daniels y Alberty, 1963, Fisicoquímica)

Equilibrio de sedimentación en la gravedad terrestre

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Suspensiones coloidales. Estabilidad

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Sedimentación

La mioglobina es una proteína globular, de masa molar m ≈ 17000 g mol-1_{. La corrección del}

empuje reduce típicamente m a m_neta a 0,25m. Así, en un tubo de ensayo de 4 cm, en equilibrio, la concentración en la parte superior es igual al 99,9% la de la parte inferior, en otras palabras, la suspensión nunca llega a sedimentarse.

Las macromoléculas como el ADN y las proteínas solubles en agua, forman suspensiones coloidales; otro ejemplo, son los granos de polen observados por Robert Brown.

Si m_neta es grande (como lo es para los granos de arena) la densidad en la parte superior sería esencialmente nula: la suspensión se sedimenta.

Para que haya sedimentación, la diferencia de energía potencial gravitatoria m_netagh entre la

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Importancia de los coloides

Medicina Suelos Farmacia Petróleo Alimentos

Coloides

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Importancia de los coloides

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Sistemas alimentarios donde se desea su estabilidad

• Jugos y Néctares

• Mermeladas y jaleas

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Importancia de los coloides

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Sistemas alimentarios donde no se desea su estabilidad

• Jugos clarificados

• Derivados lácteos

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Importancia de los coloides

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Coloides del suelo

• Material arcilloso (silicatos laminares y óxidos metálicos)

• Materia orgánica (ácidos húmicos y fúlvicos)

Le dan estructura y estabilidad frente a excesos de agua.

Actúa como resinas de intercambio iónico, evitando que los iones se pierdan por lavado y permanezcan biodisponibles a las plantas.