cuerpos cetonicos

Ingeniería bioquímica

Presenta:

Zamudio Palacios Betsy.Allan Jhoseph Vidaña Figueroa.

Reviso:

Ing. Teodoro.

Tema:Unidad 4.

Matéria:físico-química.

Semestre.5

.Fecha de entrega.

Instituto Tecnológico de Veracruz

6/diciembre/2012.

Introduccion.

Este siguiente trabajo nos esplicara como esta constituido los sistemas dispersos , la cinetica de la moleculas que constituyen tal sistemas sus propiedades fisicoquimicas de las mismas y sus aplicaciones y su modo de obtencion y mezclado

VIDAÑA FIGUEROA ALLAN JHOSEPH ING BIOQUIMICA


4.1 SISTEMAS COLOIDALES

En la naturaleza no abundan las sustancias puras. La mayor parte de las sustancias que manejamos son mezclas, algunas de las cuales denominamos disoluciones. Cuando hablamos de disoluciones nos referimos a sistemas de más de un componente en los que distinguimos un disolvente (normalmente el componente en mayor proporción) y uno o varios solutos. Las disoluciones son sistemas termodinámicamente estables, es decir, sistemas que se encuentran en un estado energético menor que el de los componentes por separado. Además, en la mayor parte de los casos el soluto está constituido por moléculas normales, cuyo tamaño suele ser inferior a 1 nm. Si bien los solutos macromoleculares, como proteínas, polisacáridos, polímeros sintéticos, etc., pueden formar también disoluciones verdaderas, estos sistemas, sin embargo, presentan comportamientos específicos que les confieren ciertas particularidades, lo que hace que más bien se los considere como un tipo especial de sistemas dispersos o sistemas coloidales. Los Sistemas Coloidales son sistemas de, al menos, dos fases, una de ellas finamente dividida en pequeñas partículas (fase dispersa, fase discontinua) a las que rodea completamente la otra sustancia (fase dispersante, medio de dispersión, fase continua). La cuestión fundamental en todo esto es: ¿que significa finamente dividida? Resulta, como se verá, que estos sistemas presentan propiedades claramente de carácter coloidal cuando las dimensiones de la fase dispersa se encuentran en el margen de 1 nm a 1000 nm (1 nm), es decir entre la millonésima y la mil millonésima parte de metro. Naturalmente estos límites no son estrictos, ya que en algunos caso el tamaño es mayor (emulsiones, lodos, etc), pero dan una medida bastante ajustada del tamaño. Lo que es importante es que no es necesario que el tamaño coloidal (menor de 1 nm) lo tengan las tres dimensiones de la partícula, ya que comportamiento coloidal puede observarse en sistemas con una sola de las dimensiones en este margen.

La palabra coloide fue acuñada por Graham (1805-1869) en 1861 y se deriva de la palabra griega cola (koλλα): untuoso, ya que se basa en la propiedad de que las dispersiones de este tipo de sustancias no pasan los filtros habituales. Una subdivisión de los coloides los clásica en liófobos y liófilos (del griego disolver, desatar), -que si el medio de dispersión es agua (como ocurre en la mayor parte de los casos) se les dice hidrófobos e hidrófilos- dependiendo de si la partícula interacciona repulsiva o atractivamente con el medio dispersante.Como ejemplos familiares de coloides podemos citar los siguientes:

nieblas, humos, smog, que son dispersiones de finas partículas en un medio de dispersión gaseoso, o aerosoles;

leche, una dispersión de finas gotas de grasa en agua, o emulsión; pinturas, lodos, dispersiones de finas partículas sólidas en un medio

líquido (aceite o agua), o soles o suspensiones coloidales; gelatinas, dispersiones de macromoléculas en líquido, o geles;



ópalo, rubí, vidrios coloreados (medievales, sobre todo), que son dispersiones de partículas de sílice en una matriz sólida, o dispersiones de oro en vidrio, son dispersiones sólidas;

las llamadas emulsiones fotográficas son dispersiones de haluros de plata en un gel, es decir, son coloides en un coloide.

Como coloides de asociación se conocen los agregados que se formar a partir de moléculas de jabón (sales de ácidos grasos de cadena larga) o de detergentes, llamadas, en general, sustancias tensioactivas. Los agregados reciben el nombre de micelas.

Las disoluciones de sustancias tensioactivas pueden, por agitación, incorporar aire (gas) atrapado en forma de burbujas, lo cual constituye otra forma de coloides, las espumas.

En este caso es una sola dimensión, el espesor de las películas que separan las burbujas, la que cae en el margen de tamaños coloidales. Algunas sustancias que tienen una estructura molecular rígida pueden formar estructuras muy organizadas que se conocen con el nombre de cristales líquidos.

Cuando la sustancia dispersa adopta formas fibrosas (hilos, cabellos, filamentos, flagelos, etc) el comportamiento es también de tipo coloidal. En este caso son dos de las tres dimensiones, las que entran en el margen de tamaños coloidales. Estos ejemplos ilustrativos pueden ser calificados de sistemas coloidales simples, en los que puede hacerse una clara distinción entre las fases dispersas y el medio de dispersión. Hay, sin embargo, otra familia de coloides más complejos, los Sistemas coloidales reticulares, en los que esta distinción es prácticamente imposible, ya que ambas fases están constituidas por redes entrelazadas. Sólidos porosos, vidrios compuestos, muchos geles y cremas, son de este tipo. Hay además otros coloides complejos, tal como los denominados Coloides múltiples, en los que pueden coexistir tres fases o más, en las que una suele ser el medio de dispersión y las otras son fases dispersas finamente divididas. Un ejemplo puede ser un sólido poroso impregnado de un vapor condensado en equilibrio con el líquido, estando ambos, líquido y vapor, finamente divididos (rocas bituminosas). De la misma manera puede hablarse de Emulsiones múltiples en las que hay gotas de agua dispersadas en gotas de aceite que a su vez están dispersadas en agua. Las dos fases de un sistema coloidal se pueden distinguir en fase dispersa, que es la fase que forman las partículas; y medio dispersante, que es el medio en el cual las partículas se hallan dispersas, este ultimo puede ser líquido, sólido o gaseoso, al igual que la fase dispersa que también puede ser líquida, sólida o gaseosa.



De acuerdo a las fases que componen el coloide, se pueden distinguir distintos tipos:

Fase Dispersa Fase Dispersante Nombre EjemploSólido Líquido Gel o sol GelatinaSólido Gas Aerosol HumoLíquido Líquido Emulsión CremaLíquido Gas Aerosol líquido NieblaLíquido Sólido Emulsión sólida MantecaGas Sólido Espuma sólida EsponjaGas Líquido Espuma líquida Crema de afeitarGas Gas Mezcla Aire

Característica en partículas y clasificación de los coloides

Una característica importante de un coloide es su estabilidad, es decir, que el coloide pueda mantener un estado en el que las partículas que lo forman no se peguen entre sí (en el caso de la leche, no es bueno que se corte, esto es, que la grasa forme un cuerpo independiente del agua, o que la sangre forme coágulos). En contra de la estabilidad de las suspensiones coloidales esta la gravedad, que tiende a depositar las partículas coloidales en el fondo del recipiente que contiene al coloide, y la tendencia que tengan las partículas a agregarse debido a interacciones atractivas entre ellas (esta es la razón por la que es tan importante entender las interacciones entre las partículas coloidales).

El estudio de los coloides es importante porque es necesario entender a nivel molecular su comportamiento físico y químico. 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 Waals.

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



1. Coloides estabilizados por carga

Este mecanismo de estabilización de coloides involucra la presencia de moléculas poliméricas (liofílicas), que se adsorben sobre la superficie de las partículas coloidales y que evitan que éstas floculen.

2. Coloides estabilizados entrópicamente (o estéricamente)

El efecto de la adsorción de polímero sobre las interacciones entre las partículas coloidales se puede entender como sigue. 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 interpenetran, 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.



A esta interacción repulsiva hay que añadir la interacción atractiva de tipo van der Waals entre las partículas coloidales.

3. Efectos entrópicos en mezclas de esferas duras

Las mezclas de esferas duras de diámetros diferentes, uno mayor que otro, han sido objeto de gran interés desde hace tiempo, motivado principalmente por la posibilidad de que muestren separación de fases. Parece hoy en día claro que, al menos para valores altos del cociente entre los diámetros, las mezclas de esferas duras no se separan para ningún valor de la presión. Sin embargo, la situación podría ser diferente para relaciones pequeñas entre los diámetros. Este caso se puede transformar formalmente en el de un sistema de esferas duras (en este caso, el sistema de esferas grandes) que interaccionan mediante un potencial efectivo que muestra una atracción a cortas distancias. El origen de esta atracción es entrópico y se puede entender como sigue:

Distancias grandes: las esferas grandes se encuentran a una distancia suficientemente grande como para que existan muchas esferas pequeñas entre las dos grandes. De manera que el momento que las esferas pequeñas comunican a las grandes en todas las direcciones se compensa y la fuerza total sobre las esferas grandes es cero.



Distancias intermedias: en el espacio dejado por las esferas grandes no caben demasiadas esferas pequeñas. Comienza a existir una descompensación en el momento total transferido a lo largo de la distancia que une las dos esferas grandes.

Distancias pequeñas: no existe espacio suficiente entre las esferas grandes, de manera que las esferas pequeñas no pueden penetrar entre las grandes y aquéllas comunican un momento neto a éstas que produce una atracción efectiva entre las esferas grandes.



Clasificación de los ColoidesColoides orgánicos e inorgánicos: de acuerdo a su composición química, los coloides se pueden clasificar en orgánicos e inorgánicos; a su vez estos se subdividen en: metales, no-metales, soles de óxidos y sales coloidales, para los inorgánicos; y en soles homopolares, hidroxisoles y soles heteropolares.Coloides esféricos y laminares: de acuerdo a la forma de la partícula que los formas, los coloides se clasifican principalmente en coloides esféricos y coloides lineales. Los coloides esféricos tienen partículas globulares más o menos compactas, mientras que los coloides lineales poseen unidades largas y fibrosas.La forma de las partículas coloidales influye en su comportamiento aunque sólo puede determinarse de manera aproximada, en la mayoría de los casos puede ser muy compleja. Como primera aproximación se puede reducir a formas relativamente sencillas, como la esfera que además representa muchos casos reales. Es la forma que adquieren las partículas esencialmente fluidas, como las gotitas de un líquido dispersas en otro para formar una emulsión. Las dispersiones de plásticos y caucho en agua (látex), así como en muchos negros de carbono son casi esféricas, al igual que en ciertos virus. Si la forma se desvía de la esférica, podemos considerar como modelos los elipsoides de revolución, como en muchas proteínas. Los elipsoides pueden ser oblatos (discos) o prolatos (forma de cigarro puro). Si la partícula se aplana mucho, se asemejará a un disco caracterizado por su radio y espesor. Si se alarga mucho, tomará la forma de una barra de longitud y radio dados. Si las partículas se aplanan y alargan, su forma será de tablillas o cintas. Cuando se alargan mucho en comparación con las otras dos dimensiones, se forma un filamento (polietileno y caucho).Coloides moleculares y micelares: también se pueden estudiar los coloides de acuerdo al tamaño de sus partículas como coloides moleculares y coloides micelares, a su vez estos coloides pueden ser orgánicos o inorgánicos, o fibrosos o laminares.

Las partículas de los coloides moleculares son macromoléculas sencillas y su estructura es esencialmente la misma que la de estructura de pequeñas moléculas, los átomos están unidos por ligaduras químicas verdaderas, a estos coloides moleculares se los llama coloides verdaderos. A este grupo de coloides moleculares pertenece la mayoría de los coloides orgánicos de nitrocelulosa, almidón, cloruro de polivinilo, caucho. Los esferocoloides también pueden ser moleculares.La estructura de los coloides micelares es distinta, las partículas de estos no son moléculas, sino conglomerados de muchas moléculas pequeñas o grupos de átomos que son mantenidos juntos por valencias secundarias o por fuerzas de cohesión o de van der. Walls. Muchos coloides inorgánicos, emulsiones, jabones y detergentes, forman coloides micelares.



Estas sustancias pueden formar soluciones verdaderas o de tipo coloidal, dependiendo de las condiciones. En general una micela es menos estable que una macromolécula.Coloides liofóbicos y liofílicos: las partículas de muchos coloides contienen grupos de átomos los cuales se disocian en iones, estos grupos ionizantes hacen que la partícula esta eléctricamente cargada. Las partículas pueden también cargarse por adsorción de iones de la solución; esta carga eléctrica es uno de los factores de estabilidad, ya que las partículas cargadas positivamente se repelen entre sí, al igual que, por ejemplo, en un sol negativamente cargado, su estabilidad se debe a la repulsión electrostática.Otro importante factor de estabilidad es la solvatación (la adsorción de un líquido sobre la superficie de las partículas), debido a esta, las partículas están más o menos completamente rodeadas por una capa de moléculas del líquido y se supone que esta capa puede prevenir la aglomeración de partículas. La solvatación depende de la afinidad del solvente por los átomos y grupos de átomos que forman la superficie de las partículas.De acuerdo a Perrin y Feundlich, los coloides pueden ser separados en liofóbicos y liofílicosLiofóbico significa “no gustar de o temer a un líquido”; en los soles liofóbicos no hay afinidad entre las partículas y el solvente, la estabilidad de estos depende principalmente de la carga de las partículas. Si el agua es el solvente, se utiliza el nombre hidrófobo.Este tipo de coloides se caracteriza por presentar: baja estabilidad hacia la floculación por electrolitos, su visibilidad en el microscopio es buena y presentan una muy pequeña presión osmótica. Algunos ejemplos de estos coloides son: Au, Ag, AgCl, y algunas emulsiones.Liofílico significa “gustar de un líquido”, en este tipo de coloides hay interacción entre las partículas y el solvente. Este tipo de soles es mucho más estable que los soles liofóbicos. Para el caso de los soles en agua se utilizara el término hidrofílico. Este tipo de coloides se caracteriza por presentar: alta estabilidad hacia la floculación por electrolitos, su visibilidad en el microscopio es mala y presentan una considerable presión osmótica. Algunos ejemplos de estos coloides son: albúmina, glicógeno, hule y ácido silícico. La mayoría de los coloides inorgánicos son hidrofóbicos, mientras que la mayoría de los coloides orgánicos son liofílicos.

Propiedades ópticas: el efecto Tyndall

Cuando la luz viaja en un medio en el cual están presentes partículas discretas, sean del tamaño que sean, éstas interactúan con la luz y la desvían, o dispersan. Las interacciones que dan origen a la dispersión son las que se conocen como fuerzas de dispersión o fuerzas de London (fuerzas debidas a dipolos inducidos; en este caso, los dipolos son inducidos por el campo eléctrico fluctuante de la luz).



Cuando las partículas son de tamaño molecular, la dispersión producida es muy pequeña. No así para partículas coloidales, las cuales presentan un efecto de dispersión fácilmente medible. A este efecto se le llama efecto Tyndall. El efecto Tyndall constituye un modo de discriminar fácilmente entre una solución verdadera y una dispersión coloidal: la dispersión coloidal permite observar la trayectoria de la luz a su paso debido a la dispersión, mientras que la trayectoria de un rayo de luz que atraviesa una solución verdadera será prácticamente invisible.

Los tratamientos teóricos de la dispersión debida a partículas pueden clasificarse en cuatro tipos:*Dispersión de Rayleigh*Dispersión de Rayleigh-Gans-Debye (RGD)*Dispersión de Mie*Difracción de FraunhoferLa dispersión de Rayleigh se aplica a partículas mucho menores que la longitud de onda incidente, por lo cual pueden considerarse como dispersores puntuales. No nos ocuparemos de la difracción de Fraunhofer, debido a que dicha dispersión se aplica mejor a partículas mayores que el intervalo coloidal.El efecto Tyndall da origen a dos tipos de mediciones basadas en la luz dispersada:

TurbidimetríaDispersión de luz ya sea que se basen en la intensidad de luz transmitida a lo largo o a diversos ángulos de la trayectoria del rayo incidente. Dichas técnicas son muy usadas para determinar tamaños de partícula y se explican a continuación.Turbidimetría

En este caso se mide la intensidad transmitida a lo largo de la trayectoria del haz de luz incidente y se interpreta de acuerdo a una ecuación del tipo Lambert-Beer. En lugar de calcular la absorbancia, se calcula la turbidez, también llamada turbiedad, de la dispersión. Este tipo de medición se ubica dentro del tratamiento de dispersión de Rayleigh. La medición de turbidez constituye una prueba de rutina en el aseguramiento de la calidad del agua, y también puede usarse para estimar pesos moleculares.LEY DE RAYLEIGHCuando el sol está muy bajo en el cielo sus rayos pasan a través de un gran espesor de aire y los rayos de luz interactuarán más veces con las partículas de la atmósfera. Los azules y los violetas son esparcidos hacia los lados con mayor fuerza que lo son los amarillos y los rojos, que continúan propagándose en la línea de visión del sol, formando esas magníficas puestas de sol en la Tierra.Dispersión de Rayleigh:Si profundizamos un poco más en los fenómenos subyacentes a la naturaleza del color azul del cielo, hay que estudiar la interacción entre la luz y las partículas de pequeño tamaño, denominada dispersión de Rayleigh.



En general, cuando una onda electromagnética (como es la luz del sol) incide sobre un átomo aislado o una molécula pequeña, interacciona con una nube de electrones enlazados, comunicando energía al átomo. Esto hace que el nivel más bajo de energía del átomo (su estado base o natural) se ponga en vibración.Estos electrones oscilantes no permanecen en este estado mucho tiempo, sino que regresan a su estado base re irradiando una cierta parte de la energía que absorbieron inicialmente.Lord Rayleigh estudió la dependencia de la cantidad de luz reemitida con la longitud de onda de la luz incidente, determinando que la cantidad de luz reemitida es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda de la luz incidente.Esto significa que si la luz incidente es blanca, compuesta por ondas de diferente longitud de onda (diferente color), la luz reemitida contendrá mayor cantidad de colores con longitud de onda pequeña (azules y violetas) que con longitud de onda grande (amarillos y rojos). Llegamos por tanto a la misma conclusión. Dispersión de Mie:La dispersión de Mie se aplica a la interacción entre la luz y las partículas de gran tamaño. Para ser llamadas partículas "grandes", deben tener tamaño mayor que la longitud de onda de la luz. El comportamiento de las partículas grandes de la atmósfera en este caso es como si fuera un espejo, sin preferencia por ninguna componente de color de la luz blanca incidente.Este tipo de interacción ocurre con las nubes del cielo, que están compuestas por gotas de agua incoloras de gran tamaño. Estas gotas reflejan como un espejo la luz blanca poli cromática que incide sobre ellas sin alterar su color. Por eso las nubes aparecen tan blancas en el cielo.Cuando las partículas en suspensión de la atmósfera son aproximadamente del tamaño de la longitud de onda de algún color, entonces esparcen la luz de forma muy distintiva, dando lugar a un gran rango de colores transmitidos. Este es el origen del resto de colores que aparecen en el cielo.La expresión de la ley de Rayleigh es la siguiente:

en dondeI es la intensidad de la luz dispersada por una pequeña partícula en un haz de luz de longitud de onda λ e intensidad IoR es la distancia a la partículaθ es el ángulo de dispersiónλ es la luz de longitud de ondan es el índice de refracción de la partículad es el diámetro de la partículaPara el caso partícular de la luz polarizada se tiene lo siguiente:



en dondeσ es el coeficiente de dispersión de Rayleighθ y Φ son los ángulos en coordenadas esféricasy el coeficiente de dispersión de Rayleigh viene dado por por la siguiente expresión matemática:

El coeficiente de dispersión de Rayleigh para un grupo de partículas es el número de partículas por unidad de volumen N veces la sección transversal. Como en todos los efectos de onda, en la dispersión incoherente las potencias son sumadas aritméticamente, mientras que en la dispersión coherente (como sucede cuando las partículas están muy cerca unas de otras) los campos son sumados aritméticamente y la suma debe ser elevada al cuadrado, para obtener la potencia final.

ABSORCIÓN DE LA LUZLa luz absorbida: Es cuando la luz que incide sobre una superficie oscura (negra), es absorbida totalmente. Los elementos oscuros transforman la energía luminosa en calor. Un ejemplo de ello, sería el color oscuro a la hora de fabricar o diseñar la ropa de invierno, para captar más calor a través de la luz solar.



La absorción es una operación unitaria de transferencia de materia que consiste en poner un gas en contacto con un líquido para que este disuelva determinados componentes del gas, que queda libre de los mismos.La absorción puede ser física o química, según el gas que se disuelva en el líquido absorbente o reaccione con él dando un nuevo compuesto químico.En una columna en la cual estén en contacto un gas y un líquido que no están en equilibrio se realizará una transferencia de materia. La fuerza impulsora actuante es la diferencia entre las presiones parciales del líquido y el gas.El sentido de la transferencia estará en función del signo de las fuerzas impulsoras.Los aparatos que pueden para realizar una absorción pueden ser los mismos que en una destilación ya que la fase de contacto es también entre un líquido y un gas.Las columnas no necesitarán ni condensador ni caldera. Se usan normalmente columnas de platos o de relleno.Algunos dispositivos para facilitar el contacto entre las fases emplean medios mecánicos.Las torres de pulverización son columnas vacías en las que el líquido entra a presión por un sistema de ducha, circulando el gas en sentido contrario.Los absorbedores centrífugos se basan en forzar el contacto gas-líquido dando energía cinética de rotación al líquido y haciendo circular gas a través suyo.

Algunas aplicaciones de la absorción:• Eliminación de gases ácidos como H2S, CO2, SO2.• Preparación del agua de Seltz.

En la práctica para poder determinar la cantidad absorbida por cada material necesitaremos un espectrofotómetro UV-VIS por eso a continuación se describe brevemente el fundamento del aparato y como hacer una determinación con él.Cuando hacemos pasar una luz policromática a través de un objeto, este absorbe algunas longitudes de onda y transmite las que no absorbe como colores.La longitud de onda absorbida y la eficacia de la absorción van a depender tanto de la estructura de la molécula como del medio en que ésta se halle.En la espectroscopia de absorción la muestra absorbe radiación electromagnética de una fuente adecuada y la cantidad absorbida puede relacionarse con la concentración de la sustancia que se desea analizar en la disolución.La luz desde el punto de vista ondulatorio se considera una onda constituida por la interacción de un campo eléctrico y magnético que vibra perpendicularmente entre sí con respecto a la dirección de propagación originando un movimiento ondulatorio que se propaga a través del espacio.Le energía de esta radiación se puede relacionar con la frecuencia de vibración con esta expresión:De esta ecuación podremos deducir que cuanto mayor sea la longitud de onda mayor será la energía.La luz blanca de una radiación policromática formada por varias longitudes de onda correspondientes a una radiación monocromática cada una de ellas. Según



el valor de las longitudes de onda el espectro electromagnético de la luz blanca se divide en varias regiones:• Región ultravioleta: 10-380 nm• Región visible: 380-780 nm• Región del infrarrojo: 780-30000 nm• Microondas, rayos X.Cuando la luz blanca, que contiene todo el espectro de longitudes de onda interacciona con una molécula ésta eleva su nivel de energía interna, pasando a un estado energético superior, en ese momento decimos que la molécula está excitada.

Propiedades cinéticasLas propiedades que estudiaremos en esta sección, se refieren al movimiento de las partículas que componen un coloide. Las llamadas “propiedades cinéticas” de los coloides tienen su origen en los movimientos de las partículas que forman un coloide. Aun y cuando puede parecer muy complejo, o imposible, describir los movimientos de miles de partículas de tamaño coloidal, es posible obtener una teoría que produce fórmulas sencillas basada en argumentos estadísticos. Las propiedades cinéticas son:

Movimiento browniano

Difusión

Sedimentación

Osmosis

Una característica de las propiedades cinéticas es que, a excepción del movimiento browniano, se pueden usar para determinar pesos moleculares de macromoléculas tales como polímeros sintéticos, proteínas y bandas de ADN.

Movimiento brownianoAlrededor de 1828, el botánico Robert Brown hacía observaciones de granos de polen suspendidos en agua bajo un microscopio. Observó que los granos se movían continuamente y cambiaban la dirección de su movimiento al azar. En un principio se creyó que este movimiento (que se denominó “browniano”) era una propiedad exclusiva de partículas provenientes de seres vivos (tal vez un resabio de la teoría vitalista). Cuando se demostró que lo que importaba era sólo el tamaño de la partícula y no su origen, se tomó como evidencia de la teoría cinética molecular, la cual explicaba el movimiento de las partículas como resultado de colisiones con las moléculas del medio líquido. El movimiento browniano se puede describir matemáticamente como un “paseo aleatorio”.Supongamos que tenemos una masa sólida dentro de un líquido y que esa masa es de dimensiones macroscópicas. Las moléculas de líquido chocan



continuamente con el sólido. Como el sólido es muy grande comparado con el tamaño de las moléculas, se presentan dos efectos: (a) el golpe de una sola molécula sobre el sólido tiene un efecto insignificante sobre el movimiento del sólido y, (b) un número muy grande de moléculas golpea simultáneamente al sólido de modo que, si se considera que las moléculas se mueven aleatoriamente, la fuerza resultante sobre la masa sólida es cero, dado que todas las direcciones de colisión son igualmente probables. A medida que reducimos el tamaño de la masa sólida, el efecto de cada molécula es cada vez mayor y el número de moléculas que chocan con la partícula es menor. Cuando la partícula alcanza tamaño coloidal es lo suficientemente pequeña como para que, en un momento determinado, la fuerza resultante sea diferente de cero, lo cual impulsa a la partícula en la dirección impartida por la fuerza resultante.Difusión

La difusión es una de las llamadas “propiedades de transporte”. Algunas otras propiedades de transporte son: efusión, conductividad térmica y viscosidad. Estas propiedades se describen como flujos y dado, que las propiedades de transporte son proporcionales al gradiente de alguna propiedad del sistema, hablamos de cómo se transmite una propiedad a través de nuestro sistema termodinámico. En el caso de la difusión, ésta es proporcional a un gradiente de concentración, por lo cual hablamos de un flujo de masa a lo largo de un gradiente de concentración.

Primera ley de Fick de la difusión

Si existe un gradiente de potencial químico para una misma sustancia a lo largo de una cierta distancia dx, entonces se requiere efectuar un trabajo para mover una partícula. Si definimos al flujo, Jo, como al número de partículas que atraviesan un plano de área A, perpendicular a la dirección del movimiento, en un tiempo (delta)t, tenemos que:Jo = (1/A)[(No(x)/2) - (No(x+(delta)x)/2)]/[(delta)t]Jo = (1/A)[(No(x)) - (No(x+(delta)x))]/[2(delta)t]

ahora, para establecer una base que determine el número de partículas que estamos manejando, es conveniente tomar un elemento de volumen de forma cúbica con lados de longitud (delta)x (la distancia recorrida por la partícula). Podemos lograr esto si multiplicamos y dividimos por (delta)x2

Jo = ((delta)x2/2(delta)t)[(No(x)) - (No(x+(delta)x))]/[(delta)x A (delta)x ]

como el número de partículas contenido en el volumen definido por V = A(delta)x, es igual a la concentración de partículas en ese volumen, podemos sustituir C = N/V:

Jo = ((delta)x2/2(delta)t)[(Co(x)) - (Co(x+(delta)x))]/[(delta)x ]Jo = [(delta)x2/2(delta)t][(delta)C]/[(delta)x ]



en el caso límite, cuando la distancia (delta)x se vuelve infinitesimal, dx; el cambio de concentración se vuelve también infinitesimal, dC; y tomando (delta)x2/2(delta)t como una constante, -D; obtenemos:Jo = -D(dC/dx)la cual constituye el enunciado de la primera ley de Fick. Comúnmente se añade el signo negativo, porque el flujo espontáneo ocurre en la dirección que reduce el potencial químico.Segunda ley de Fick de la difusiónConsideremos el caso en el cual la concentración de partículas varía no sólo con la distancia sino también a medida que el tiempo transcurre; p. ej., el caso de una reacción sobre la superficie de un catalizador heterogéneo o de un electrodo, que no ha alcanzado el equilibrio y continúa generando productos. Esto causará que el flujo de sustancia cambie con el tiempo transcurrido. Podemos expresar esto con la siguiente ecuación:

dC(x,t)/dt = [J(x,t) - J(x+dx,t)]/dxtambién:J(x+dx,t) = J(x,t) + [dJ(x,t)/dx]dxdJ(x,t)/dx = d{-D[dC(x,t)/dx]}/dxpor lo cual,dC(x,t)/dt = [J(x,t) - J(x,t)/dx]dx[dJ(x,t)/dx]dC(x,t)/dt = -{d[D dC(x,t)/dx]/dx}{dx/dx}dC(x,t)/dt = -D d2C(x,t)/dx2

Las soluciones a la segunda ley de Fick nos permiten calcular el número de partículas que encontraremos a una distancia x del origen de la difusión después de transcurrido un tiempo, t. Para un caso como el de cristales de azúcar en el fondo de un vaso con agua, la especificación de las condiciones de frontera apropiadas resulta en la siguiente solución:

N = {No/A((pi)Dt)1/2}exp[-x2/4Dt]

en el caso de una partícula suspendida, la difusión presenta simetría esférica, por lo cual la solución presenta la siguiente forma:

N = {No/8((pi)Dt)3/2}exp[-r2/4Dt]

Concepto de difusión como producto de una “fuerza fantasma”En ocasiones, es útil pensar acerca de un gradiente de concentración como una

“fuerza”:fd = -dµ/dxsi µi = µo

i + RTlnCi y consideramos una sola partícula (de modo que R pasa a ser k, la constante de Boltzmann):fd = -(kTdCi)/(Cidx)



Al ser impulsada por la fuerza fd, la partícula adquiere una velocidad v, pero la partícula se ve frenada por una fuerza de fricción viscosa fv

fv = Bv

donde B es el coeficiente de fricción viscosa.Cuando ambas fuerzas se igualan, la partícula alcanza su velocidad terminal, por lo cual:

fd = Bvd

Ahora, después de un análisis dimensional, se puede deducir que el flujo y la velocidad terminal están relacionados por medio de la siguiente ecuación:Ji = vdCi

pero si recordamos la primera ley de Fick:

Jo = -D(dC/dx)

Podemos despejar el coeficiente de difusión, sustituir el flujo como función de la velocidad terminal y simplificar, con lo cual nos queda:D = kT/B

por último, la teoría de Stokes para calcular coeficientes de fricción viscosa nos dice que, en el caso de una partícula esférica, el coeficiente de fricción está expresado por B = 6(pi)(eta)r (donde (eta) es la viscosidad del medio). Sustituyendo esta última expresión en la ecuación de la constante de difusión obtenemos:

D = kT/(6(pi)(eta)r)

Hay que hacer notar que, en general, se observa que el producto D(eta) (el coeficiente de difusión multiplicado por la viscosidad del solvente) se aproxima mucho a ser una constante. A esta observación se le llama regla de Walden

Métodos de medición de coeficientes de difusiónAquí sólo se mencionarán brevemente algunos métodos para medir coeficientes de difusión. Esto porque la mayoría de ellos no son adecuados para mediciones sobre partículas coloidales. En general, la velocidad de difusión depende mucho del tamaño de partícula, por lo cual las velocidades de difusión de iones y de moléculas individuales son grandes y por lo tanto fácilmente medibles. Las partículas coloidales requieren técnicas especiales, dado que su difusión es tan lenta que la medición se hace muy difícil.Existen varios métodos para medir coeficientes de difusión, entre ellos:

Técnica capilar

Método del frente libre



Se puede encontrar una breve descripción de la técnica capilar en el libro de Atkins. El método del frente libre se basa en medir el avance de el frente de una solución de diferente concentración. Para medir el avance comúnmente se usa un sistema óptico Schlieren, el cual se basa en medir diferencias en índices de refracción.

Uno de los métodos más usados para determinar coeficientes de difusión de coloides es la espectroscopía de correlación de fotones. Esta técnica será cubierta más adecuadamente en el tema de propiedades ópticas de los coloides.

Sedimentación

La sedimentación es debida al efecto de un campo, ya sea gravitacional o centrífugo, sobre partículas suspendidas en un medio con cierta densidad que puede o no ser igual a la densidad de las partículas suspendidas. La sedimentación; se usa muy frecuentemente para medir tamaños de partícula.Si tenemos un sistema formado por partículas suspendidas en un medio líquido menos denso que las partículas, y todo el sistema está sometido a la acción de un campo gravitacional, encontraremos que la velocidad con la que las partículas se dirigen hacia el fondo del recipiente --la velocidad de sedimentación-- depende de la fuerza del campo, de las masas de las partículas y de la forma que tengan. En general, las partículas de formas compactas (más esféricas) tienden a sedimentar más rápidamente que moléculas más extendidas (con forma cilíndrica o plana).

Velocidad de sedimentación

Una partícula de masa m experimenta un jalón de magnitud mg, cuando está bajo la influencia de un campo gravitacional. A este jalón se opone la flotación debida a la masa de solvente que la partícula desplaza, expresada por m(ro)solv/(ro)part. Por lo tanto, la fuerza neta experimentada por la partícula es:mg(1-((ro)solv/(ro)part)).

si definimos al volumen parcial Vpart como 1/(ro)part podemos expresar la ecuación así:

mg(1-Vpart(ro)solv)

Si la densidad de la partícula es mayor que la del solvente, la partícula caerá a través del medio. Del mismo modo que en el caso de la difusión a medida que la velocidad de la partícula aumenta, se desarrolla una fuerza de fricción viscosa que se opone al movimiento. Suponiendo (de nuevo!) que la partícula es esférica para poder usar la ecuación de Stokes la velocidad de caída, vs, es:

vs = mg(1-Vpart(ro)solv)/(6(pi)(eta)r)



La ecuación anterior sirve muy bien para determinar velocidades de sedimentación de partículas. El problema es que si la velocidad es demasiado baja, como en el caso de partículas coloidales, la sedimentación se ve obstaculizada por difusión. Esto es: la influencia del campo gravitacional tiende a crear un gradiente de concentración a lo largo de la altura de un recipiente, pero ese mismo gradiente produce difusión para tratar de restablecer un potencial químico uniforme en toda la masa.Por esto es que rara vez se hacen mediciones de velocidad de sedimentación por efectos gravitacionales. Más frecuentemente, se acelera la sedimentación de las partículas por medio de una ultracentrífuga. Las ultracentr&iacutelfugas pueden producir fuerzas muy grandes, tanto como 300,000g. Esto ayuda a que las velocidades de sedimentación sean fácilmente medibles. En el caso de sedimentación por centrifugación, la aceleración g de la gravedad se sustituye por (omega)²x, donde (omega) es la velocidad angular, en radianes, del brazo de la cetnrífuga; y x es la longitud del brazo. De este modo la ecuación queda como:

vs = m(omega)²x(1-Vpart(ro)solv)/(6(pi)(eta)r)o también:

dx/dt = m(omega)²x(1-Vpart(ro)solv)/(6(pi)(eta)r)lo cual nos permite definir al coeficiente de sedimentación, s, de las siguientes

formas:

s = m(1-Vpart(ro)solv)/(6(pi)(eta)r) = (dx/dt)/(omega)²x.el coeficiente de sedimentación es una propiedad de una sustancia en un medio dado.

Equilibrio de sedimentaciónCon los conocimientos previos acerca de velocidad de sedimentación y de difusión podemos dedicarnos al problema de equilibrio de sedimentación. Combinando la primera ley de Fick, con la expressión del coeficiente de difusión para una sola partícula haciendo la fuerza resultante igual a la fuerza que promueve la sedimentación tenemos:

mg(1-Vpart(ro)solv) = kT d(lnC)/dx

los coeficientes de fricción se cancelan.Después de una poca de álgebra:d(lnC)/dx = (mg/kT)(1-Vpart(ro)solv)

OsmosisLa ósmosis es una de las llamadas “propiedades coligativas”, que ya han sido estudiadas en cursos anteriores, por lo cual nos limitaremos a recordar los conceptos y las ecuaciones más importantes.



La ósmosis fue observada por Abbé Nollet en 1748. Supongamos que tenemos una solución contenida en una bolsa de una membrana semipermeable y que ponemos esa bolsa dentro de un recipiente que contiene solvente puro. Si dejamos al sistema algún tiempo, que puede ser de varias horas o de varios días, encontraremos que el solvente puro ha pasado a través de la membrana y la solución resultante es más diluida que la original.

El flujo de solvente ejerce una presión medible y a ésta se le llama presión osmótica, simbolizada por (PI) (pi mayúscula). Este flujo de solvente puro es explicable en términos de una diferencia de potencial químico entre la solución y el solvente puro. La ecuación que gobierna el caso de comportamiento ideal se conoce como la ecuación de van't Hoff, puede emplearse para calcular el peso molecular de un coloide, en una disolucióndiluida, reemplazando en la ecuación c por C/M, siendo C la concentración en gramosde soluto por litro de disolución y M el peso molecular, y su forma es:(π) = CRT

Donde C es la concentración molar de la solución R es la constante de los gases T es la temperatura en Kelvin

La ecuación de van't Hoff puede utilizarse para medir masas moleculares de solutos en soluciones ideales. Desafortunadamente, en el mundo real no encontramos muchas soluciones ideales, por lo cual es necesario adaptar la ecuación de van't Hoff para que pueda manejar soluciones reales. Dicha adapatación es sencilla si pensamos en términos de una ecuación virial. Escribiendo la ecuación de van't Hoff en forma virial obtenemos:(π) = RT{C + bC² + cC³ + ...}

Podemos tomar tantos términos como creamos conveniente (si los coeficientes ya están reportados). En la mayoría de las ocasiones, nos limitaremos al segundo término virial, lo cual nos permite poner la ecuación en forma “lineal”:(π)/C = RT(1 + bC)

en la que B es una constante; esta ecuación se reduce a la penúltima cuando la concentración C se aproxima a cero. La representación gráfica de π/C en función de los correspondientes valores de C da lugar a una línea recta, a partir de cuya ordenada en el origen, RT/M, se obtiene con facilidad el peso molecular M de un polímetro lineal o de una proteína como, por ejemplo, la hemoglobina, puesto que R y T son constantes conocidas. Algunas veces puede que sea necesario introducir una corrección a este método, aconsecuencia del efecto Donnan, que dice que si se coloca una disolución de clorurosódico a un lado de una membrana semipermeable, y en el otro lado un coloide cargado negativamente (un electrolito coloidal), junto con sus iones de signo contrario R- NA+ , los iones cloruro y sodio pasan libremente a través de la membrana, pero no lo hacen los delas partículas aniónicas coloidales, llegándose a establecer en el sistema un equilibrio


http://lqi.tripod.com/FQAv/glosario.htm#memsemip


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4.2 POTENCIAL ELECTROCINÉTICO EN SISTEMAS DE DISPERSIÓN

Partículas coloidalesLos coloides tienen un tamaño intermedio entre las partículas en solución verdadera y las partículas en suspensión. Los límites enumerados en la figura 1, son aproximados, ya que el tamaño y la naturaleza del material son los que determinan si la partícula es coloidal (Richter, et al. 1992).Existen varios términos para distinguir los tipos de sistemas coloidales. Para el tratamiento de agua, los más importantes son hidrofílico e hidrofóbico. Los coloides hidrofílicos (del griego philos, querido) muestran gran atracción por el agua, mientras que los hidrofóbicos (del griego phobe, fobia) muestran menos atracción (Richter, et al. 1992).

Los coloides están en todas partes y la medición del potencial zeta puede ser utilizado para su conocimiento y control. Entre ellos pueden incluirse sistemas biológicos complejos como la sangre o sistemas funcionales como las pinturas. Los sistemas coloidales pueden ser tan espesos como una pasta, tipo cemento, o tan diluidos como las que enturbian las aguas de los lagos. El agua, la leche, el vino, el barro, la tinta, el papel y algunos productos farmacéuticos son buenos ejemplos de sistemas coloidales. Las suspensiones coloidales son comúnmente acuosas, aunque también pueden ser no acuosas (Coagulation & Flocculation, Zeta-Meter).En cada caso las propiedades físicas y cualidades de las suspensiones están fuertemente afectadas por las propiedades de los coloides. Podremos cambiar las características de una suspensión al comprender las interacciones de un coloide individual con otro. En ocasiones buscamos maximizar las fuerzas repulsivas entre ellos, para así producir suspensiones estables. Las repulsiones mutuas entre partículas adyacentes impiden la unión de grandes y rápidas sedimentaciones de aglomerados. En los tratamientos de agua se debe, por el contrario, minimizar las



fuerzas de repulsión entre las partículas que las enturbian, para que se formen grandes aglomerados que sedimenten y filtren fácilmente.

Por su tamaño microscópico, las fuerzas de unión en la superficie del coloide y el líquido son las que determinan su comportamiento. Uno de los mayores efectos de la superficie son los fenómenos electrocinéticos. Cada coloide tiene una carga eléctrica que suele ser de naturaleza negativa, aunque también puede ser positiva. Estas cargas producen fuerzas de repulsión electrostática entre los coloides vecinos. Si la carga es suficientemente elevada los coloides permanecen discretos, dispersos y en suspensión. Reduciendo o eliminando estas cargas se obtiene el efecto opuesto y los coloides se aglomeran y sedimentan (Coagulation & Flocculation, Zeta-Meter).

POTENCIAL ZETA

El estudio del desplazamiento relativo de un fluido y de una interfase involucra un análisis detenido de las condiciones de borde, tanto para el fenómeno eléctrico como para la ecuación de movimiento. El potencial electrocinético implicado es aquel que corresponde a la superficie de cizallamiento incipiente, es decir donde la velocidad es cero, pero donde su gradiente no es nulo. Es el límite de la zona móvil del fluido. Todas las moléculas que están más cerca de la superficie no se mueven, bien sea porque están adsorbidas, bien sea porque son moléculas de soluto que solvatan iones adsorbidos.El potencial electrocinético o potencial zeta (ζ) no es por lo tanto igual al potencial de la superficie (ΨO) ni al potencial de la capa de Stern (Ψ1) (Véase Fig. 2). Es el potencial Ψ2 a distancia x2 de la superficie en el punto de cizallamiento incipiente. Si hay poca adsorción y si la doble capa es bastante extendida (λ >> x2) el potencial zeta es aproximadamente igual al potencial de la superficie. Sin embargo en otros casos el potencial zeta puede ser considerablemente diferente del potencial de superficie (Véase Sección 7).

Es una medida de la estabilidad de una partícula e indica el potencial que se requiere para penetrar la capa de iones circundante en la partícula para



desestabilizarla. Por lo tanto, el potencial zeta es la potencia electrostática que existe entre la separación de las capas que rodean a la partícula.

Modelo de la doble capa

Se usa el modelo de la doble capa para visualizar la atmósfera iónica en la proximidad del coloide cargado y para explicar como actúan las fuerzas eléctricas de repulsión. Es posible entender este modelo como una secuencia de etapas que ocurren alrededor de un coloide negativo, si los iones que neutralizan sus cargas son repentinamente separados (figura 2) (Coagulation & Flocculation, Zeta-Meter).

La vista izquierda muestra el cambio en la densidad de carga alrededor del coloide. La derecha muestra la distribución de iones positivos y negativos alrededor del coloide cargado.

Efecto del coloide sobre el ion positivo (llamado contraion) en la solución. Inicialmente, la atracción del coloide negativo hace que algunos iones positivos formen una rígida capa adyacente alrededor de la superficie del coloide; esta capa de contraiones es conocida como la capa de Stern.Otros iones positivos adicionales son todavía atraídos por el coloide negativo, pero estos son ahora rechazados por la capa de Stern, así como otros iones positivos que intentan acercarse al coloide.

Este equilibrio dinámico resulta en la formación de una capa difusa de contraiones, éstos tienen una alta concentración cerca de la superficie, la cual disminuye gradualmente con la distancia, hasta que se logra un equilibrio con la concentración de los contraiones en el seno de la disolución.



En forma similar, aunque opuesta, en la capa difusa hay un déficit de iones negativos, llamados coiones pues tienen la misma carga que el coloide. Su concentración se incrementa gradualmente al alejarse del coloide, mientras que las fuerzas repulsivas del coloide son compensadas por los iones positivos, hasta alcanzar nuevamente el equilibrio.La capa difusa puede ser visualizada como una atmósfera cargada rodeando al coloide. A cualquier distancia de la superficie, la densidad de carga es igual a la diferencia de concentración entre iones positivos y negativos. La densidad de carga es mucho mayor cerca del coloide y gradualmente disminuye a cero cuando las concentraciones de iones positivos y negativos se asemejan.

Los contraiones de la capa de Stern y de la capa difusa son los que juntos llamaremos la doble capa. El espesor de esta doble capa depende del tipo y concentración de los iones de la solución.

La variación de la densidad de iones en la capa difusa se muestra en las figuras 3 y4. La primera muestra la variación en la concentración de iones positivos y negativos con la distancia de un coloide negativo, la segunda el efecto neto, esto es, la diferencia en la densidad de carga positiva y negativa.El coloide negativo y su atmósfera cargada positivamente producen un potencial eléctrico relativo a la solución. Este tiene su valor máximo en la superficie y disminuye gradualmente con la distancia, aproximándose a cero fuera de la capa difusa. La caída del potencial y la distancia desde el coloide es un indicador de la fuerza repulsiva entre los coloides en función de la distancia a las cuales estas fuerzas entran en juego.

Un punto de particular interés es el potencial donde se unen la capa difusa y la de Stern. Este potencial es conocido como el potencial zeta, el cual es importante por que puede ser medido de una manera muy simple, mientras que la carga de la superficie y su potencial no pueden medirse. El potencial zeta puede ser una



manera efectiva de controlar el comportamiento del coloide puesto que indica cambios en el potencial de la superficie y en las fuerzas de repulsión entre los coloides. La relación entre el potencial zeta y el potencial de superficie depende del nivel de iones en la solución. Así, en el agua, la doble capa hace que el potencial zeta sea una buena aproximación del potencial de superficie (figura 5) (Coagulation & Flocculation; Zeta- Meter).



4.3 sistemas dispersos , propiedades fisicoquímicas y método de preparación.

Los sistemas dispersos son mezclas de dos o mas sustancias simples o compuestas en donde hay una fase dispersa o discontinua, que en la mayoría de casos esta en menor cantidad, y una fase dispersante o continua, que generalmente interviene en mayor proporción. Estas fases interactúan en menor o mayor grado según el tipo de sistema disperso que conformen.

En el caso de soluciones, la fase dispersante se llama solvente y la fase dispersa se llama soluto. Las dispersiones se clasifican en tres tipos, en función del tamaño de las partículas dispersas y de ciertas características particulares.

1.Agua azucarada a solución acuosa de sacarosa.

2. La neblina o niebla es un coloide formado por partículas de agua liquida dispersadas en el aire.



3. El agua turbia es una suspensión.

En una solución, las partículas dispersas (átomos, iones o moléculas) no se distinguen con el microscopio; por lo tanto es un sistema homogéneo a nivel microscópico y a simple vista.

En un coloide, las partículas dispersas, debido a ser de mayor tamaño que los átomos y las moléculas, se distinguen con el microscopio, pero no a simple vista; por lo tanto, es un sistema heterogéneo (es difásico) a nivel microscópico.

En una suspensión las partículas ordinarias se distinguen a simple vista, por lo tanto, es un sistema heterogéneo (es difásico) a nivel microscópico y a simple vista.

Suspensiones

Mayores de 10000 A. Partículas de soluto es visible a simple vista. Sistema de 2 fases. No son transparentes, tienen aspecto nebuloso. Presentan movimiento solo por gravedad. Sedimentan al dejar en reposo. No pasan a través del papel de filtro. Al paso de la luz, tienen aspecto nebuloso a opacas, y a menudo son translúcidas. Constituye sistemas heterogéneos – macroheterogéneos.



Coloides

Tamaños de entre 10 A á 10000 A. Partículas de soluto son visibles en microscopio electrónico. Sistema de 2 fases. Por lo general no son transparentes, son translúcidos y opacos. Presentan movimiento Browniano. No sedimentan al dejar en reposo. Pasan a través de papel de filtro y no por membranas como el papel pergamino. Reflejan y dispersan la luz, presenta efecto Tyndall. Constituye sistemas heterogéneos – microheterogéneos.

El spray es un coloide

Soluciones

Tamaños de entre 0.3 A á 10 A. Partículas de soluto son invisibles al microscopio. Sistema de una sola fase. Son transparentes. Poseen movimiento molecular. No sedimentan al dejar en reposo. Pasan a través del papel de filtro y membranas como el papel pergamino. No reflejan ni dispersan la luz, no presenta efecto Tyndall. Constituye un sistema homogéneo.



el agua azucarada es una solución

Las partículas en un sistema coloidal pueden estar constituidas por unos cientos o miles de moléculas sencillas, o pueden ser incluso una sola molécula gigante (macromolécula) como por ejemplo almidón, hemoglobina, virus, etc

Partes de una dispersión coloidal

Un sistema coloidal esta compuesto de dos partes: la fase dispersa o discontinua, que esta formada por partículas coloides, y la fase dispersante o dispersora que esta constituida por una sustancia continúa en la que se han dispersado las partículas coloidales.

Tipos de sistemas coloidales

Por su estado físico existen ocho tipos de dispersiones coloidales debido a que la fase dispersa, así como la dispersante, puede ser un gas, un líquido o un solido. Las dos fases no pueden ser gaseosas, puesto que en este caso se trataría de una solución gaseosa.

Cualquier sistema en el cual las partículas dispersas son mas grandes que las moléculas pero a la vez son tan pequeñas que no se pueden observar al microscopio, adquiriendo sistemas intermedios entre disoluciones homogéneas y las suspensiones heterogéneas, es lo que se conoce como coloide.


http://www.fullquimica.com/2012/03/el-microscopio-de-laboratorio.html


Ejemplo: Solución incolora y límpida de almidón usado en pequeñas cantidades para detectar presencia de yodo.

Características de los coloides

1. El término sol, se aplica cuando la dispersión coloidal de un sólido se da en un medio dispersante líquido, sólido o gaseoso.

2. Las partículas dispersas son tan pequeñas, que no forman una fase que se puede distinguir claramente , pero a la vez no son suficientemente pequeñas como para constituir una solución.

3. En un sistema coloidal, el soluto se presenta en agregados de algunos cientos o miles de moléculas, que a simple vista no se puede distinguir entre una solución coloidal y una solución molecular o iónica.

4. La heterogeneidad de un sistema coloidal se pone de manifiesto por métodos físicos.

5. La distinción entre solución y disolución coloidal y entre ésta y suspensión, se basa fundamentalmente en el tamaño de las partículas dispersas, no así de su naturaleza, ni constitución.

6. Se puede establecer que el diámetro medio de las partículas coloidales, llamadas micelas, oscila entre 10-9 nm = 10 A y unos 10-6 nm = 10000 A.

7. Las micelas pueden estar constituidas por la agrupación de un elevado número de átomos o de moléculas, o por una sola molécula gigante.

8. Los coloides pueden poseer cargas eléctricas, bien porque ya están cargados ellos mismos o porque han absorbido electrolitos.



Propiedades de los coloides

Las propiedades de los coloides son:

Adsorción

Por su tamaño, las partículas coloidales tienen una relación área/masa extremadamente grande, por ello son excelentes materiales adsorbentes.

En la superficie de las partículas existen fuerzas de Van der Waals e incluso enlaces interatómicos que el estar insatisfechos pueden atraer y retener átomos, iones o moléculas de sustancias extrañas. A esta adherencia de sustancias ajenas en la superficie de una partícula se le llama adsorción. Las sustancias adsorbidas se mantienen firmemente unidas en capas que suelen tener no más de una o dos moléculas (o iones) de espesor. Aunque la adsorción es un fenómeno general de los sólidos, resulta especialmente eficiente en dispersiones coloidales, debido a la enorme cantidad de área superficie.

Efecto Tyndall

Consiste en que un haz luminoso se hace visible cuando atraviesa un sistema coloidal. Este fenómeno se debe a que las partículas coloidales dispersan la luz en todas las direcciones haciéndola visible. Los rayos de luz pueden ser vistos al pasar a través de un bosque, por ejemplo, como resultado de la dispersión de la luz por las partículas coloidales suspendidas en el aire del bosque.

Aunque todos los gases y líquidos dispersan la luz, la dispersión por una sustancia pura o por una solución es muy pequeña, que generalmente no es detectable.


http://www.fullquimica.com/2012/10/propiedades-de-los-coloides.html


Electroforesis

Consiste en la migración de partículas coloidales cargadas dentro de un campo eléctrico. Como señalamos oportunamente, las partículas coloidales adsorben iones en su superficie cargándose positiva o negativamente, aunque todo el sistema coloidal es eléctricamente neutro, estas partículas viajan hacia los electrodos (cátodo y ánodo) mediante fuerzas eléctricas de atracción.

Diálisis

Se define como el movimiento de iones y moléculas pequeñas a través de una membrana porosa, llamada membrana dialítica o dializante, pero no de moléculas grandes o partículas coloidales. La diálisis no es una propiedad exclusiva de los coloides, puesto que ciertas soluciones también se pueden dializar, por ejemplo, los bioquímicos utilizan con frecuencia la diálisis para separar moléculas proteínicas de iones acuosos.

En los coloides, la diálisis permite purificar el sistema coloidal, puesto que se eliminan iones y otras moléculas pequeñas consideradas impurezas. Se utilizan como membranas dialíticas, el celofán y las membranas de origen animal.



Soluciones o disoluciones

Las soluciones pueden ser también solidas, como por ejemplo el acero (C en Fe) y soluciones gaseosas, como por ejemplo el aire seco (O2, N2, CO2, H2, Ar, etc.) o el gas domestico (CH3HS en C3H3).

SOLUCION.

Una solución es un sistema químico homogéneo (sistema monofásico), en donde cualquier parte elemental de su volumen (su parte mínima) posee una composición química y propiedades idénticas. Resulta de mezclar dos o más sustancias en proporciones variables.

Los componentes de una solución son:

1. soluto (sto), sustancia que se dispersa homogéneamente a nivel atómico, iónico o molecular y que generalmente interviene en menor proporción.

2. disolvente o solvente (ste), medio dispersante, que interviene en mayor cantidad, generalmente. Si el disolvente es agua, se llama solución acuosa.

3. Una solución binaria contiene un soluto y un solvente.


http://www.fullquimica.com/2012/10/soluciones-o-disoluciones.html


Tipos de soluciones según su estado físico

el estado físico de una solución lo determina el disolvente o solvente.

Características de las soluciones

Entre las características mas importantes de las soluciones están:

1. Al hacer pasar un haz de luz a través de la disolución o de un líquido puro, se hace invisible al observar desde cualquier posición, esto se debe a que el diámetro medio de las partículas es menor que la longitud de onda de los rayos.

2. Los diámetros de casi todos los iones, los átomos y las moléculas en solución van desde aproximadamente 0.5 A a alrededor de 3 A (1 A = 10-8 cm)

3. Todas las soluciones líquidas son claras o transparentes. 4. Una solución es transparente cuando es atravesado por un rayo de luz, dirigido a

ella.


http://www.fullquimica.com/2012/10/caracteristicas-de-las-soluciones.html

http://www.fullquimica.com/2012/10/tipos-de-soluciones-segun-su-estado.html


Propiedades fisicoquímicas.

Las interfases pueden definirse según el tipo de estado de agregación de las fases que separa:



Tensión interfacial.

Es la fuerza o tensión existente en la interfase entre dos líquidos inmiscibles y se expresa en dinas por centímetro. La propiedad más relevante de la interfase es su área, la cual es en general grande en la mayoría de las aplicaciones de interés. Al dispersar una fase en otra, se obtienen varios sistemas, llamados dispersiones en forma genérica.

humo = dispersión de sólido en gasniebla = dispersión de líquido en gasespuma = dispersión de gas en líquido o sólidoemulsión = dispersión de líquido en líquidosuspensión = dispersión de sólido en líquido

Surfactantes

Los surfactantes son sustancias cuyas moléculas poseen a la vez un grupo polar y un grupo apolar. El grupo polar es en general un grupo funcional que contiene heteroátomos como O, S, N o P; los grupos polares más comunes son los grupos: carboxilato, sulfonato, sulfato, amonio y fosfato. Aquellos que se disocian en un ion surfactante cargado negativamente (anion) y un cation metálico se llaman surfactantes aniónicos. Después de los surfactantes aniónicos, los más importantes son los surfactantes noiónicos que representan un 40% de la producción total.

Los surfactantes noiónicos son mucho menos sensibles a los electrólitos que lossurfactantes aniónicos y por tanto pueden usarse en medio salino, particularmente en aguadura que contiene iones bivalentes calcio y magnesio. Los demás surfactantes son los catiónicos que poseen una carga positiva y los anfóteros que tienen a la vez una carga positiva y una carga negativa. Se usan, exclusivamente en aplicaciones especiales que justifican su costo.

Adsorción.

Cuando una molécula de surfactante se ubica en forma orientada en una interfase ouna superficie, se dice que se adsorbe. La adsorción es un fenómeno espontáneo impulsado por la disminución de energía libre del surfactante al ubicarse en la interfase y satisfacer parcial o totalmente su doble afinidad. Tal adsorción ocurre también cuando una sola afinidad está satisfecha como en el caso de la adsorción en la superficie aire-agua o líquido-sólido. En tal caso el llamado efecto hidrófobo es la principal fuerza motriz, ya que remueve el grupo apolar del agua. En presencia de una interfase entre un sólido y un líquido, la polaridad relativa del sólido y del líquido puede inducir al surfactante a adsorberse por la parte polar (cabeza) o por la parte apolar (cola) (Véase figura 4). En presencia de un sólido, la adsorción puede también deberse a atracciones de tipo electrostático, y por tanto no está limitada a las sustancias surfactantes.



El agua contiene iones H+ y OH- susceptibles de adsorberse en una superficie sólida, dependiendo del pH; en consecuencia una superficie sólida mojada por agua posee en general una carga supercial no nula.

Asociación

La segunda propiedad fundamental de los surfactantes en solución acuosa es su capacidad de auto-asociación. Se acaba de ver que las primeras moléculas de surfactante presentes en una solución tienen una fuerte tendencia a migrar hacia una interfase y adsorberse en ella, y que la fuerza motriz de tal adsorción es el efecto hidrófobo, a saber la sustracción de la cola apolar (hidrocarbonada) del medio acuoso. La formación de una monocapa más o menos densa de surfactante en una interfase es la primera manifestación de la tendencia a asociarse. Cuando la concentración de surfactante aumenta en la fase acuosa, se produce rápidamente la saturación del área interfacial, y como consecuencia el numero de moléculas disueltas tiende a aumentar. A partir de cierta concentración, llamada concentración micelar crítica, el surfactante produce estructuras poliméricas de asociación llamadas micelas. Las micelas son a menudo esféricas y contienen varias decenas de moléculas orientadas de tal forma que la parte apolar del surfactante se sustraiga al ambiente acuoso.

La concentración micelar crítica o CMC es la concentración a partir de la cual las fuerzas que favorecen la formación de las micelas (efecto hidrófobo), dominan a las fuerzas que se oponen a esta (repulsión entre partes polares).

Las soluciones micelares poseen una propiedad muy importante, llamada capacidad de solubilización. Pueden solubilizar sustancias apolares (aceites) o anfífilas en cantidades considerables dentro o en la superficie de las micelas. En casos extremos se pueden producir soluciones micelares que contienen más aceite que agua. Tales sistemas de alta solubilización se llaman microemulsiones o cristales líquidos según su estado de fluidez.

Teoría DLVO.

Hace medio siglo Derjaguin y Landau en Rusia, y Verwey y Overbeek en Holanda propusieron independientemente una interpretación de la estabilidad de los coloidesliofóbicos, que fue una de las primeras cuantificaciones en el campo. En su honor se llamódicha teoría DLVO. La teoría DLVO se aplica a los coloides,pero puede extrapolarse cualitativamente al campo de la dispersiones microscópicas. Esta teoría considera que cuando se acercan dos interfases, la fuerza resultante es la combinación de las fuerzas atractivas de Van der Waals y de la fuerza de repulsión eléctrica.

Además existe por supuesto la fuerza repulsiva de contacto, es decir aquella que se producecuando la distancia es esencialmente cero, y que corresponde al concepto usual de compresibilidad. Esas tres fuerzas tienen una expresión matemática diferente, en particularen las que se refiere a su variación con la distancia de las dos interfases que se acercan.La fuerza de repulsión de contacto varia como el inverso de una potencia muyelevada de la distancia, típicamente la potencia 6 ó 12.



La fuerza de repulsión eléctrica no es más que lo indicado por la ley de Coulomb, asaber una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entra las cargas.En cuanto a las fuerzas atractivas de Van der Waals tienen en general una expresióninversamente proporcional a la potencia seis de la distancia intermolecular.

Cabe hacer notar que estas son las expresiones de las fuerzas de interacción entreuna molécula y su vecina, no entre dos interfases que se acercan. En efecto el calculo de talinteracción requiere una integral de las fuerzas elementales para todas las moléculas situadas de parte y otra de las dos interfases. Por supuesto que este cálculo depende de la geometría y del espesor de materia que hay detrás de la interfase.

Mojabilidad y ángulo de contacto

En el caso de un sistema que contiene tres fases distintas se deben considerar lasinteracciones binarias (dos a dos). A tales fines se usan las energías interfaciales por unidadde área (ó tensión interfacial) para comparar las fuerzas relativas de adhesión. Según sefavorece o no la adhesión de una de las fases sobre las otras se dice que existe una mayor omenor mojabilidad (con una fase sólida) o una mayor tendencia a expanderse (tres fasesfluidas). La mojabilidad es una propiedad que define la afinidad entre un líquido y unsólido, y el ángulo de contacto es la traducción cuantitativa de este concepto.

Potencial de Flujo

Cuando el fluido cercano a una interfase se desplaza paralelamente a esta interfase,va arrastrando los iones de la capa difusa de la doble capa eléctrica, mientras que los ionesde signo opuesto que están adsorbidos en la interfase no se desplazan. Como consecuenciase produce una deslocalización de cargas eléctricas que resulta en un campo E, cuyo efectoes oponerse al desplazamiento de los iones y el fluido que los solvata.

Este fenómeno se llama potencial de flujo, y se estudia en general junto con los tresotros fenómenos electrocinéticos: potencial de sedimentación, electroforesis, y electroosmósis



Viscosidad interfacial

La viscosidad interfacial es el equivalente bidimensional de la viscosidad común ycorriente. En ciertas situaciones las moléculas adsorbidas en la interfase presentaninteracciones laterales entre si. Cuando se desplaza una de estas moléculas, se produce un esfuerzo que tiende a desplazar sus vecinas por "arrastre". Al desplazar el fluido cercano a la interfase, se someten las moléculas adsorbidas a un esfuerzo cuyo resultado final puede ser el movimiento de la interfase (fluido-fluido). Si la interfase presenta una alta viscosidad interfacial, por ejemplo una película casi rígida, entonces se resiste al desplazamiento.



Método de preparación.

El mezclado y/o agitación de líquidos miscibles o de sólidos en líquidos se efectúa con el objeto de lograr una distribución uniforme de los componentes entre sí por medio del flujo. Dicho flujo es producido por medios mecánicos generalmente cuando se mezclan líquidos miscibles o sólidos en líquidos se puede lograr un mezclado íntimo, pero con líquidos inmiscibles y materiales muy viscosos o pastosos el grado de mezclado logrado es menor. La eficiencia del proceso de mezclado depende de una efectiva utilización de la energía que se emplea para generar el flujo de componentes. Para lograr proporcionar un suministro de energía adecuado hay que considerar las propiedades físicas de los componentes, el diseño del agitador que transmite la energía y la configuración del tanque de mezclado .Mezclado implica partir de dos fases individuales, tales como un fluido y un sólido pulverizado o dos fluidos, y lograr que ambas fases se distribuyan al azar entre sí.

Tipos de Mezclas

Mezclas positivas:

están formadas por materiales, como gases o líquidos inmiscibles, que se mezclan de forma espontánea e irreversible por difusión, y que tienden a aproximarse a la mezcla perfecta . Cuando el tiempo de mezclado es ilimitado, no es necesario aplicar energía para conseguir mezclas positivas, aunque si se puede aplicar la energía si se desea acortar el intervalo preciso para obtener el grado de mezcla deseado. En general, los materiales que forman las mezclas positivas no plantean problemas durante la fabricación del producto.

Mezclas Negativas

los componentes tienden a separarse. Si ello ocurre con rapidez, será necesario un aporte continuo de energía para mantener la dispersión adecuada de los componentes como sucede en una suspensión del tipo de la loción de calamina, consistente en una dispersión de sólidos en un líquido de escasa viscosidad. En otras mezclas negativas, los componentes tienden a separarse con gran lentitud, por ejemplo las emulsiones, cremas, y suspensiones viscosas. Las mezclas negativas son más difíciles de producir y mantener, y requieren un grado mayor de eficiencia de mezclado que las mezclas positivas.

Mezclas neutras:son las que tienen un comportamiento estático, de forma que sus componentes no tienden a mezclarse de forma espontánea, ni a segregarse una vez lograda la mezcla. Ejemplos de este tipo de mezclas son los polvos mezclados, las pastas, y las pomadas. El tipo de mezcla puede cambiar durante el procesamiento. Por ejemplo, si la viscosidad aumentara, la mezcla podría cambiar de negativa a neutra. De la misma forma, si el tamaño de las partículas, el grado de humadas o la tensión superficial del liquido varían, también podrá hacerlo el tipo de mezcla. La situación ideal o muestra perfecta sería el estado en que cada partícula se encontrara junto a una partícula del otro componente (cada partícula



estaen la vecindad más intima posible con una partícula del otro componente).Esta situación, los

se han distribuido de la forma más homogénea posible. En la práctica, es probable que los componentes del mejor tipo de mezcla factible apareciera distribuidos de una forma aleatoria. Este tipo de mezclas se llama mezcla aleatoria y se define como una mezcla en la que la probabilidad de seleccionar un tipo concreto de partícula es la misma en todas las posiciones de la mezcla e igual a la porción de dichas partículas es la mezcla total.

MEZCLA POR TURBULENCIA

Son consecuencia del movimiento aleatorio de las moléculas cuando se ven forzadas a desplazarse de manera turbulenta. Los cambios constantes de velocidad y dirección del movimiento hacen que la turbulencia inducida sea un mecanismo de mezclado muy efectivo. Sin embargo, dentro de un líquido turbulento se forman pequeños conjuntos de moléculas que se mueven al unisonó, formando unidades llamadas remolinas. Estos remolinos tienden a disminuir de tamaño y acaban por desintegrarse para ser sustituidos por otros nuevos. Por tanto, la mezcla por turbulencia sola puede contener pequeñas áreas no mezcladas en el interior de los remolinos y en las áreas próximas a la superficie del envase, en las que se produce una corriente de flujo lineal.

DIFUSION MOLECULAR

Esta ocurre en los líquidos miscibles siempre que existe un gradiente de concentración y acaba por dar lugar a un producto bien mezclado, aunque para ello se precisara un tiempo considerable, si esta es el único mecanismo de mezcla. En la mayoría de los mezcladores suceden los tres mecanismo; el transporte de volumen y la turbulencia se deben al movimiento de un agitadoro de una pala mezcladora programados a una velocidad adecuada.

MEZCLA DE LIQUIDOS Y SUSPENSIONES MISCIBLES

Los líquidos móviles de escasa viscosidad se mezclan fácilmente entre si. De igual forma, las partículas sólidas se suspenden con facilidad en los líquidos móviles, aunque es probable que también sedimente con rapidez cuando se interrumpe el mezclado. Los líquidos viscosos son más difíciles de agitar y mezclar, pero la velocidad de sedimentación de las partículas suspendidas en ellos es menor.

MEZCLADORES DE PROPULSION.

Un equipo de uso frecuente para mezclar líquidos a escala media es el agitador propulsor, que puede adaptarse al borde de un vaso. El propulsor tiene hojas anguladas que obligan al liquido a circulan en dirección tanto AXIAL como RADIAL. Un dispositivo descentrado dificulta la formación de remolinos, que pueden aparecer cuando el agitador se monta en el centro del recipiente. Los remolinos aparecen cuando la fuerza centrifuga aplicada al liquido por las hojas del propulsor hace que aquel se aplique a la pared del vaso y cree una



depresión central. Cuando la velocidad de rotación aumenta, el líquido puede aspirar aire al formar el remolino, dando lugar a la formación de espuma y a una posible oxidación. Otros métodos para evitar la formación de remolinos consiste en colocar deflectores verticales en el vaso para que deriven al liquido en rotación y lo separen de su camino circular, dirigiéndolo hacia el centro del vaso, donde, de otras formas, se formaría el remolino. La relación entre el diámetro de un agitador de propulsión y el del vaso suele ser 1:10- 1:20 y la velocidad típica es de 1-20rps. La acción del agitador de propulsión depende de que el patrón de flujo axial y radial sea adecuado, lo que no sucederá si el liquido es lo baste viscoso. Debe producirse un flujo rápido de líquido hacia el propulsor y ello solo podrá suceder si el líquido es móvil.

MEZCLADORES DE TURBINAS

Los mezcladores de turbinas pueden usarse para líquidos más viscosos. El impulsor tiene cuatro hojas planas rodeadas por un anillo difusor interno y otro externo. El impulsor rotatorio dirige al liquido hacia la cabeza del mezclador y lo fuerza a pasar a través de las perforaciones con una velocidad radial considerable, suficiente para suspender la inercia viscosa de la masa del liquido. Un inconveniente es la ausencia de componente axial, pero si se desea puede adaptarse una cabeza diferente con las perforaciones apuntadas hacia arriba. Los mezcladores de este tipo suelen adaptarse a los vasos utilizados para la producción a gran escala de emulsiones y cremas.

MEZCLADORES EN LINEA

Como alternativa a la mezcla de liquidos en vasos lote tras lote, los componentes miscibles móviles pueden añadirse a traves de un mezclador “en línea” diseñado para crear turbulencia en la corriente de un líquido que fluye. De este modo es posible lograr un proceso de mezclado continuo.



Conclusión.

Es importante saber y conocer que es lo que ocurre internamente al nivel intermolecular en los sistemas dispersos , como lo son los coloides, las soluciones , etc. Saber cómo interactúan las moléculas de las mismas como es su cinética en comparación con otras moléculas.

También darnos cuenta que otras ramas interactúan en la misma como es la electricidad, en general la física y la química es estos tipos de sistemas, el método de obtención , el método de mezclado de las mismas como se lleva a cabo.

También saber distinguir las diferencias entre las soluciones , las coloides y sus fundamento .


cuerpos cetonicos

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