COLOIDES

Los coloides son mezclas intermedias entre las soluciones y las suspensiones.

Las partículas en los coloides son más grandes que las moléculas que forman las soluciones.

PARTES DE UN COLOIDE

1. La fase dispersa o partículas dispersas: esta fase corresponde al soluto en las soluciones, y está constituida por moléculas sencillas o moléculas gigantes como el almidón. Pueden actuar como partículas independientes o agruparse para formar estructuras mayores y bien organizadas.

2. La fase de la dispersión o medio dispersante: es la sustancia en la cual las partículas coloidales están distribuidas. Esta fase corresponde al solvente en las soluciones.

DISPERSIONES COLOIDALES

Las dispersiones coloidales consisten en una fase dispersante (un fluido) y una fase dispersa que normalmente son partículas sólidas muy pequeñas (de tamaño inferior a algunos micrómetros).

Dispersiones groseras: son aquellas cuyos componentes se observan a simple vista o al microscopio óptico Ej. Agua de rió, sangre.

Dispersiones coloidales: son visibles únicamente al microscopio electrónico Ej. Las proteínas plasmáticas.

Dispersiones verdaderas o soluciones: son aquellas que son totalmente invisibles Ej. Sal en agua, azúcar en agua.

SISTEMAS COLOIDALES

Son sistemas formados por partículas de tamaños entre 1 nanómetro y 1 micrómetro.

Para formar un coloide hay que estabilizarlo; esto se hace para que las partículas no se peguen unas con otras (coagulen o floculen) y el coloide se mantenga estable. La propensión de los coloides a coagular es debida a las fuerzas atractivas de Van Der Walls.

MECANISMO DE ESTABILIZACIÓN DE COLOIDES

La estabilización se puede realizar de dos maneras, que dan lugar a los dos tipos de coloides:

• Coloides estabilizados por carga

• Coloides estabilizados entrópicamente (o estéricamente)

MECANISMO DE ESTABILIZACIÓN DE COLOIDES

La molécula polimérica posee una extensión característica delta. Cuando la distancia entre las superficies de las partículas coloidales, H, es mayor que dos veces delta, no hay interacción o si la hay es muy pequeña. Sin embargo, si H es menor que dos veces delta, las capas de material polimérico adsorbidas se ínter penetran, lo que resulta en una interacción repulsiva, de origen entrópico: el reducido espacio limita el movimiento de las moléculas, lo que reduce la entropía y hace a esta configuración menos favorable.

MECANISMO DE ESTABILIZACIÓN DE COLOIDES

A esta interacción repulsiva hay que añadir la interacción atractiva de tipo Van Der Walls entre las partículas coloidales.

SE CLASIFICAN SEGÚN LA AFINIDAD AL MEDIO DISPERSANTE

a) Liofóbicos o liófobos: si las partículas dispersas tienen poca afinidad por el medio dispersante. Estos coloides son poco estables y muy difíciles de reconstituir Ejemplo: el aceite suspendido en el agua. Este tipo de coloides corresponden a una dispersión de una fase en otra de distinto tipo químico.

b) Liofílicos: si las partículas tienen fuerte afinidad al medio de suspensión. Estos coloides son fáciles de reconstituir si el sistema coloidal es roto. Ejemplo: el jabón disperso en agua, gelatina en agua, caucho en benceno.

DISPERSIONES COLOIDALES

Las dispersiones coloidales pueden presentarse en forma fluida (sol) o con aspecto gelatinoso (gel).

El paso de sol a gel siempre es posible, mientras que el paso inverso no lo es siempre.

Las dispersiones coloidales hidrófilas, presentan afinidad por el agua de una capa de ésta, lo que les confiere una gran estabilidad, dado que al estar sus radicales protegidos, no pueden reaccionar con otras moléculas.

Las dispersiones coloidales hidrófobas están formadas por partículas que repelen el agua, por lo que son inestables.

COAGULACIÓN

La coagulación, entendida como sistema de tratamiento (por ejemplo en el tratamiento de agua para la eliminación de las impurezas), consiste de tres etapas:

• Desestabilización del coloide. • Formación de flóculos. • Sedimentación de los flóculos y separación de los

mismos del agua.

COAGULACIÓN

La coagulación, del latín coagulare que significa solidificar lo líquido, es por definición, el fenómeno de desestabilización de las partículas coloidales, que se puede conseguir por medio de la neutralización de sus cargas eléctricas negativas.

Ese proceso, es producto de la adición de un reactivo químico llamado coagulante.

FLOCULACIÓN

En cambio, el término floculación del latín floculare, que significa formador de flóculos, es el siguiente estado de formación después de la desestabilización, y consiste en agrupar las partículas descargadas para aglomerarlas.

En contraste con la coagulación, donde la fuerza primaria es electrostática, o interiónica, la floculación ocurre por la formación de un puente químico o por la creación de una red física.

SEDIMENTACIÓN

Entre más grande sea la partícula, más rápidamente sedimentará.

Este comportamiento está explicado por la Ley de Stoke, en donde la velocidad de sedimentación está controlada por la densidad de la partícula, la viscosidad del agua, y el tamaño de la partícula. El tamaño de la partícula es el factor más importante para determinar qué tan rápido puede una partícula sedimentar.

Ley de Stoke

v = 2*R2 *g ( part - liq ) / 9

ISOMÓRFICAS

Los minerales arcillosos presentan un tamaño reducido de partícula, y presencia de carga en su superficie, lo cual le otorga propiedades físico - químicas muy particulares: retención y liberación de moléculas orgánicas e inorgánicas, capacidad paramantenerse dispersas o reunirse en agregados voluminosos, hinchamiento, etc.

Sus pequeñas dimensiones hacen que se comporte como un sistema coloidal cuando entra en contacto con agua, mientras que la presencia de cargas le permiten atraer sustancias ubicadas en la solución en contacto con ellas.

ISOMÓRFICAS

Estos minerales presentan cargas con dos orígenes diferentes: permanentes y dependientes de pH.

Las cargas permanentes, constantes o estructurales se han generado, a través de los procesos geológicos, debido a sustituciones isomórficas en las estructuras cristalinas, generalmente negativas debido al reemplazo de átomos de la estructura por otros de menor valencia (magnesio por aluminio, aluminio por silicio). Estas cargas resultan independientes del entorno del mineral.

LEY DE STOKE

v = 2*R2 *g ( part - liq ) / 9

En donde:v = velocidad de sedimentaciónR = radio de la partículag = atracción gravitacional part = densidad de la partícula liq = densidad del liquido = viscosidad del líquido

Podemos ver, que al duplicar el tamaño de la partícula se cuadruplicará la velocidad de sedimentación. De la misma manera, al multiplicar el tamaño de partícula por 10, se multiplicará la velocidad de sedimentación por 100.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Las propiedades eléctricas de las partículas coloidales se basan en dos tipos de fuerzas de efectos contrarios:

• Una fuerza atractiva de Van der Waals, tendiente a unir a las partículas y,

• Una fuerza electrostática repulsiva, tendiente a separarlas.

FACTORES DE ESTABILIDAD

Es necesario considerar los factores que causan que las partículas queden en suspensión, estos términos son descritos como estabilidad o inestabilidad.

La estabilidad, se refiere a la propiedad inherente de la partícula coloidal a quedar dispersa y suspendida en solución después de algún tiempo, mientras que la inestabilidad describe la tendencia de la partícula a unirse con otras.

FACTORES DE ESTABILIDAD

Al respecto, dos teorías explican los mecanismos involucrados: la primera es la teoría química, que supone que los coloides adquieren cargas eléctricas en su superficie por ionización de grupos químicos, por lo que la coagulación, o desestabilización, es realizada por interacciones químicas entre las partículas de los coloides y los coagulantes.

La teoría física, se basa en la doble capa eléctrica, en donde la desestabilización ocurre por la reducción de fuerzas, tal como la del potencial Zeta.

FUERZAS DE ESTABILIDAD

Para los sistemas de coloides hidrofílicos, la estabilidad es mantenida por el fenómeno de hidratación, en el que las moléculas del agua son atraídas a la superficie de las partículas y actúan como una barrera de contacto entre ellas.

IONIZACIÓN

La carga superficial se acumula en tres formas, y depende de la naturaleza química de las sustancias involucradas:

• Establecimiento de una pequeña carga superficial, por adsorción preferencial de un cierto tipo de ión,

• Sustituciones isomórficas dentro de la red estructural, o de imperfecciones en ésta, ocurrida en el límite de la superficie sólida,

• La ionización de los grupos ionogénicos complejos, situados sobre la superficie de las partículas suspendidas. Muchos sólidos coloidales contienen los siguientes grupos funcionales

ionizables: hidroxilo, carboxilo, fosfato y sulfato, cuya carga depende del pH del medio.

IONOGÉNICOS

Los intercambiadores iónicos son matrices sólidas que contienen sitios activos (también llamados grupos ionogénicos) con carga electrostática (positiva o negativa). De esta forma, la muestra queda retenida sobre el soporte sólido por afinidad electrostática.

MOVIMIENTO BROWNIANO

Uno de los factores importantes para la inestabilidad del coloide es el movimiento Browniano.

En los coloides normalmente la energía es suministrada, por colisiones al azar entre las partículas coloidales y las moléculas del medio disperso, mediante el movimiento Browniano. La energía para este movimiento es obtenida de las colisiones, las cuales son función de la temperatura.

MOVIMIENTO BROWNIANO

El físico francés Jean Perrin (1870-1942) dio una descripción adecuada de este fenómeno.

Se mueven, se detienen, empiezan de nuevo, suben, bajan, suben otra vez, sin que se vea que tiendan a la inmovilidad.“

En el año de 1905 el famoso físico Albert Einstein (1879-1955) publicó un célebre trabajo en el que propuso la explicación del movimiento browniano.

MOVIMIENTO BROWNIANO

Las partículas del fluido chocan por todos lados con la partícula suspendida, el resultado neto es que la partícula suspendida experimenta un cambio finito de velocidad y que su dirección también se altera. Estos cambios son impredecibles tanto en magnitud como en dirección ya que dada la cantidad de colisiones, no es posible seguir el efecto individual de cada una de ellas.

Pero lo importante es que éstas ocurren continuamente, por lo que la partícula suspendida cambiará su velocidad también en forma continua, tanto en magnitud como en dirección. De este modo, la partícula browniana realiza un movimiento fluctuante, azaroso, en zigzag.

PROCESO IRREVERSIBLE, MOV.

BROWNIANO

Los factores importantes para la descripción del proceso irreversible son la diferencia de temperaturas entre los cuerpos, sus conductividades térmicas y sus capacidades caloríficas. En general, dados dos cuerpos que se van a poner en contacto, es necesario hacer experimentos para medir el valor de cada una de estas propiedades.