Que Son Los Coloides-mayo 23

Fundamentos qumicos para la preparacin de soluciones acuosas

Que son los coloides?y y Son sistemas heterogneos sin separacin de fases .Su dimetro es menor de 0,2micrometros Nota histrica .1981. Thomas Graham. utiliza la palabra coloide (cola o pegajoso)

El estudio de las propiedades de los coloides es de vital importancia en cualquier rea de las ciencias naturales bsicas. Su presencia en el mundo que nos rodea y en nuestro cuerpo hace que los coloides sean indispensables para la vida. Las propiedades termodinmicas que se aplican al estudio de los coloides han permitido el desarrollo de la bioqumica y de la qumica industrial. Tabla 1. Diferencias de las soluciones coloidales, soluciones regulares y suspensiones. Diferencias Solucin coloidal 0,2 m < d < 100 nm Visible con microscopio electrnico Si para membranas No para filtros Movimiento Browniano

Solucin Dimetro < 1 nm Invisible Filtros y membranas Movimiento molecular

suspensiones d> 100 nm A simple vista No para filtros Fuerza de gravedad

Thomas Graham en 1861 observ que ciertas soluciones presentaban ratas de difusin muy lentas, e igualmente, presentaban incapacidad para atravesar una membrana semipermeable. A este tipo de soluciones las denomin coloides, o pegajosas. Cuando estas sustancias eran obtenidas en estado slido se les clasific como cristaloides.Otros qumicos consideraron que se trataba de un estado de la materia o estado coloidal. Sin embargo, esta propuesta present serias inconsistencias, dado que cualquier sustancia en solucin podra agregarse hasta alcanzar dimensiones coloidales. De otra parte, muchas sustancias coloidales pasan a cristaloides mediante un proceso qumico y no fsico como esperara. Las diferencias de las soluciones coloidales (ver Tabla 1) con una solucin regular o con una suspensin se basan en que las partculas coloidales son solutos insolubles. Es decir, a diferencia de una solucin regular donde solo existe una sola fase, las soluciones coloidales presentan dos fases, las cuales no se pueden distinguir a simple vista. Las soluciones coloidales se clasifican de acuerdo con la caracterstica de la fase dispersa o discontinua y de la fase dispersante o contina. (Ver Tabla 2).Una solucin coloidal en que la


fase dispersa es un slido se llama suspensoide o gel y si la fase dispersa es un lquido se llama emulsoide o sol. (Ver Tabla 3) Tabla 2. Clasificacin de las soluciones coloidales. Fase dispersa Slido Slido Slido Liquido Liquido Liquido Gas Gas Tipos De Soluciones Coloidales Fase de dispersin Slido Liquido Gas Slido Liquido Gas Slido Liquido

Ejemplo Vidrio Plasma Humo Perlas Mayonesa Niebla Pmez Espumas

Tabla 3. Clasificacin de los coloides de acuerdo al estado de la fase dispersa. Segn su estado fsico de la fase dispersa a temperatura ambiente Fase dispersa Nombre Lquida Sol Slida Gel Gaseosa Aerosol Lquido-Lquido Emulsin

Un coloide lifilo o de afinidad con el solvente, y liofbico sin afinidad por el solvente. Si el solvente es agua, los trminos son hidrfilo e hidrofbico respectivamente. Los coloides lioflicos tienen caractersticas comnes con el solvente, tal como grupo OH capaces de formar puentes de hidrgeno. Un gel es una masa semirgida de sol lioflico en las cuales todo el medio dispersante ha penetrado las partculas del sol. (Ver tabla 4)


Tabla 4. Clasificacin de los coloides de acuerdo a la afinidad elctrica entre las dos fases. Segn su afinidad electrnica Fase dispersa /fase dispersante Alta Baja Alta (agua) Baja (agua) Tabla 5. Mtodo de formacin de coloides. Formacin de Coloides Mtodos de condensacin: y Agregacin de partculas. y nAs2O3+3nH2S (As2O3)n + 3nH20 Mtodos de dispersin: y Pulverizar finamente y Homogenizador. Suspensin Coloidal Existen bsicamente dos mtodos para preparar coloides por condensacin o precipitacin, y por dispersin o peptizacin. (Ver tabla 5). Por ejemplo, para conseguir la agregacin de partculas pequeas, en el caso de los soles de oro, se obtienen reduciendo disoluciones acuosas de sales de oro a metal libre. El mtodo ms simple de dispersin, es la disgregacin mecnica, para lo cual existen molinos coloidales. Otro tipo son los homogenizadores empleados en la homogenizacin de la leche y en la obtencin de tejidos homogenados. Nombre Liofilo Liofobo Hidrfilo Hidrfobo


Propiedades de los coloides

Las soluciones regulares se encuentran siempre en rpido movimiento molecular. Las soluciones coloidales formadas por agregados de varias partculas, presentan un lento movimiento, aparentemente debido principalmente al bombardeo que reciben de las molculas del medio de dispersin. Robert Brown fue el primero en observar en el microscopio este movimiento. (Ver figura 1) Otro fenmeno se produce cuando se hace pasar un rayo de luz intenso a travs de una solucin coloidal, que debido al fenmeno de reflexin permite ver las partculas coloidales en movimiento. Fenmeno conocido como efecto Tyndall.


Emulsiones

Agua/Aceite

Emulsin temporal Agente emulsificante

Agua/Mantequilla Casena

Emulsin Permanente

Cuando dos lquidos que no se mezclan, como el agua y el aceite, se agitan, se produce una mezcla de aspecto lechoso, que se llama emulsin. Al pasar unos minutos las gotas de aceite que se encontraban suspendidas en el agua, se separan. A este tipo de mezcla se le llama emulsin temporal. Sin embargo, existen sustancias que transforman las emulsiones temporales en permanentes, mediante un mecanismo que consiste en recubrir los glbulos de grasa o aceite, y as evitan que se produzca de nuevo la aglomeracin. A estas sustancias se les conoce como agentes emulsionantes. Emulsin de una grasa

Hidrfobo Figura 2. Caractersticas de un agente emulsionante.

Hidrfila


Fenmeno de absorcin en Coloides

Partcula coloidal

Adsorber

Iones,Gases;liquidos

Grupos hidrofilitos en una molculaFigura 3. Superficie de una partcula coloidal mostrando los distintos tipos de grupos hidrofilitos usualmente presentes.


Razn superficie volumen de una esfera coloidal

Tensin superficial

Fase alfa E

Fase beta F

Figura 4. Interfase lquido-vapor. El trabajo hecho para ampliar la interfase requiere una fuerza F que se oponga a la tensin superficial g.


Las molculas de la superficie experimentan una fuerza de atraccin hacia el interior, para ampliar la interfase, las molculas deben realizar trabajo sobre el sistema contra las fuerzas de cohesin del lquido. Por tanto, el potencial qumico es ms elevado en la interfase.

Ecuacin de Young-Laplace

Figura 5. En el equilibrio existe una diferencia de presin a travs del lmite de fase curva. La localizacin de un plano divisorio entre las dos fases se denomina superficie de tensin. El concepto de tensin superficial surge de la hiptesis de T. Young, 1805, quien demostr que las propiedades mecnicas de una superficie podan relacionarse con las de una membrana hipottica bajo tensin que se estirase sobre la superficie. En una superficie plana, la tensin superficial es la fuerza que acta sobre ella y perpendicular a una lnea de longitud unitaria en cualquier parte de la superficie. Desde la perspectiva de las fuerzas intermoleculares la tensin superficial, se define como el trabajo (energa) por cm2 necesario para aumentar el rea de superficie.

Aplicacin Cual ser la tensin superficial de la interfas de mercurio-aire para una gota de mercurio de radio 1x10-4m. SI (P=9.52x103Nm-2 Datos adicionales K!476x10-3Nm-2 a 293K


Solucin Solucin

El ascenso so descenso de lquidos en tubos capilares se debe a las fuerzas de adhesin entre el lquido y las paredes del tubo y de cohesin entre las molculas del lquido.

CapilaridadFuerzas de Adhesin

Fuerzas de Cohesin

Figura 6. Fuerzas de adhesin entre distintas molculas y fuerzas de cohesin entre molculas de igual naturaleza.


Figura 7- ngulos de contacto lquido-slido. A) el lquido moja la superficie < 90, B) el lquido no moja la superficie >90.

Figura 8. Cuando el ngulo de contacto < 90, menisco cncavo para el caso de un capilar con agua. La aparicin de un menisco cncavo da origen a un ascenso capilar, mientras que un menisco convexo produce un descenso capilar.


En esta ecuacin se igualan la fuerza atractiva del vidrio y el peso del lquido empujado hacia arriba.

Aplicacin La tensin superficial del agua a 293 k es 72,8; calcula el acenso capilar del agua en una planta cuyos capilares tienen un dimetro de 1,0 mm.

Solucin


Formacin de Micelas

Surfactantes

Disminuye la

Apolar/polar: jabones Anfipticas

Las sustancias que disminuyen la tensin superficial del agua, incluso a bajas concentraciones, se llaman surfactantes. Debido a la presencia de grupo apolar y cabeza polar en los surfactantes, tambin se les considera dentro del grupo de las molculas antipticas. Estos se absorben fuertemente por la parte positiva de la interfase aire-agua. Los primeros surfactantes son los jabones, como las sales sdicas de los cidos grasos de cadena larga.

A concentraciones menores de 10-3 M, la mayora de los surfactantes inicos en solucin acuosa se comportan como los electrlitos fuertes, por ejemplo en la figura 9, se observa como la pendiente de la curva presenta un cambio de direccin que recibe el nombre de


concentracin micelar crtica (cmc). A esta concentracin, las molculas individuales se agregan para formar micelas La formacin de las micelas es un caso especfico de la interaccin hidrofbica. Por ejemplo, en el caso del n-butano cuando se transfiere a un solvente como el heptano o a un solvente como el agua, se encuentra que cuando se transfiere n-butano a agua, la transferencia es exotrmica. Por tanto, la entropa disminuye y el potencial qumico es positivo para la reaccin de transferencia. Dado que el comportamiento de las molculas de n-butano es relativamente igual en cualquiera de los solventes, la explicacin se encontrara en la estructura del agua es muy sensible a la modificacin local por la disolucin de las molculas de soluto. Los enlaces de hidrgeno entre las molculas contiguas de agua pueden tomar muchas y diferentes orientaciones. En la proximidad del n-butano se produce una menor entropa, por tanto, el nmero de configuraciones de los puentes de hidrgeno disminuye. Estos efectos de la entropa son extremadamente importantes en bioqumica, donde las caractersticas de las protenas estn termodinmicamente determinadas.

Propiedades fsicas

SurfactanteFig. 9 Curvas de tensin superficial (--) presin osmtica en funcin de la concentracin de de surfactante


Fig. Estructura Micelar

Interaccin Hidrofibica Interpretacin termodinmica

La presin osmtica debida a una solucin coloidal recibe el nombre de presin onctica y resulta de tres factores: 1. La presin osmtica debida a las partculas coloidales. Debido al tamao elevado de estas partculas. Sin embargo, esta presin no es excesivamente grande. 2. la presin osmtica debida a la existencia de partculas permeables junto con las coloidales, debido al efecto Gibbs-Donnan. 3. la atraccin que ejercen los coloides sobre el agua, que tienden a ligar numerosas molculas de disolvente en su superficie.


Izquierda

Derecha

y

Presin osmtica ( ) Depende : La diferencia en el nmero de partculas de soluto a cada lado de la membrana.


Por ejemplo, la dilisis es un proceso en el que se produce la separacin de molculas de una solucin, en funcin de su tamao, al encontrarse en contacto con una membrana de poro selectivo. En el organismo humano, la tonicidad del plasma, del lquido intersticial e intracelular es prcticamente uniforme, con pequeas diferencias debidas al contenido de protenas en el plasma y lquido intracelular, lo cual origina una diferencia en la distribucin inica controlada por el efecto Gibas-Donnan. BIBLIOGRAFIA 1. P.W.Atkins. Physical Chemistry. Oxford University Press. Roma. (2001). Captulo 23. 2. J.A.Lozano. et.al. Bioqumica y Biologa Molecular. 2ed. McGraw-Hill. Interamericana. Madrid (2000). Captulo 1. 3. W.M. Moore. Fisicoqumica Bsica. Prentice Hall. Mexico (1986) captulo 18. 4. V.R.Williams. Basic Physical Chemistry for the Life Sciences. 2ed. Freeman co. San Francisco. (1967). Captulo 7. Documento tomado de: http://chimera.javeriana.edu.co/bo301pdf2002/bo30112_p44d.pdf Bajo autora de: Eliseo Amado Gonzlez profesor Pontificia Universidad Javeriana

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