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Suspensiones coloidales Prof. Arnoldo González
Suspensiones coloidales
Términos básicos 1
Coloides. Propiedades. Tipos 2
Formación de Precipitados 3
Importancia de los coloides 4
2 A. González, 2009
A. González, 2009
Términos básicos
Mezcla: combinación de dos o más sustancias en la cual las sustancias conservan sus propiedades características.
Mezcla homogénea: su composición es la misma en toda la disolución.
Mezcla heterogénea: su composición no es uniforme.
Fase dispersa: componente de la mezcla que se disgrega en otro.
Fase dispersante: componente de la mezcla que sirve de medio para que otro se aloge en el.
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A. González, 2009
Macromoléculas a pequeñas partículas
COLOIDES
Átomos, iones y moléculas. SOLUCIONES
Precipitado MEZCLAS HETEROG.
Tamaño de Partículas
< 2 nm >2 nm
< 2000 nm > 2000 nm
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Diferencias entre soluciones y coloides
5 A. González, 2009
Solución Suspensión coloidal
Átomos, iones o moléculas Partículas coloidales
No visibles al microscopio electrónico
Visibles al microscopio electrónico
Estables a la fuerza de gravedad
Pueden sedimentarse con el tiempo
No filtrable Filtrable
Intenso movimiento cinético Movimiento browniano
No dispersan la radiación visible
Dispersan la radiación visible (Efecto Tyndall)
Efecto sobre las propiedades coligativas
Afecta solo la presión osmótica.
Coloides
6 A. González, 2009
Los coloides son sistemas en los cuales uno o más de sus
constituyentes tiene dimensiones en el rango de los
nanómetros (10-9 m) a los micrometros (10-6 m), es decir,
sistemas que contienen desde macromoléculas a pequeñas
partículas. El adjetivo de microheterogéneo provee una
apropiada descripción de muchos sistemas coloidales.
Shaw, 1992, Introduction to Colloid and Surface Chemistry
Coloides
7 A. González, 2009
Clasificación
1.- Tamaño de Partícula
2.- Naturaleza de los componentes
3.- Afinidad por el solvente
Clasificación de los sistemas coloidales
8 A. González, 2009
1. Sistemas coloidales: suspensiones de sustancias insolubles en
forma de partículas. Son inestables debido a la alta energía libre
interfacial y son sistemas irreversibles, en el sentido de que una
ves separadas las fases, no son fácilmente reconstituidas.
2. Soluciones de macromoléculas: son soluciones verdaderas de
moléculas, tan grandes o complejas, que quedan dentro del
intervalo coloidal. Son termodinámicamente estables y
reversibles.
3. Coloides de asociación: consisten en soluciones de sustancias
solubles, de relativo bajo peso molecular, las cuales para una
concentración particular, según sea el caso, se asocian formando
agregados de tamaño coloidal.
Shaw, 1992, Introduction to Colloid and Surface Chemistry
Tamaño de partícula
Clasificación de los sistemas coloidales
9 A. González, 2009
Nombre Medio de suspensión (fase dispersante)
Partícula coloidal (fase dispersa)
Ejemplos
Aerosol líquido, espuma
Gas Líquido Pintura en aerosol, nubes, spray, crema
batida.
Aerosol sólido, espuma sólida
Gas Sólido Húmo, piedra pómez
Emulsión Líquido Líquido Leche, mayonesa, crema para las manos
Sol, Gel Líquido Sólido Gelatinas, pinturas, aceite de ballena
Espuma líquida, aerosol líquido
Líquido Gas Ponche, espuma para rasurar, nubes de
lluvia,
Emulsión sólida Sólido Líquido Queso, mantequilla, crema para la cara
Sol-sólido Sólido Sólido Perlas, esmaltes, cristal rubí
Aerosol sólido, espuma sólida
Sólido Gas Piedra pómez, cristales de hielo en una nube
fría.
Naturaleza de los componentes
Clasificación de los sistemas coloidales
10 A. González, 2009
Sistemas Liofilílicos y Liofóbicos
El termino liofílico (afín al solvente) y liofóbico (poca afinidad con el solvente) son
frecuentemente usados para describir la tendencia de una superficie o grupo
funcional a ser humedecido o solvatado. Si el solvente es agua, se emplean los
términos hidrofílico e hidrofóbico.
Bristol Colloid Centre, 2005, Colloid Science
Las suspensiones hidrofílicas se forman espontáneamente y son estables. Por
ejemplo los ácidos húmicos y fúlvicos en medio acuoso.
Las suspensiones hidrofóbicas, en general son inestables. Por ejemplo dispersión
de pequeñas partículas óxidos metálicos en agua.
Domènech et al, 2006, Química ambiental de sistemas terrestres
Afinidad por el solvente
A. González, 2009
Suspensiones coloidales
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Definición
Es un sistema bifásico consituido por un medio de dispersión líquido, que
contiene en su seno partículas muy finas, de diámetro comprendido entre 10-9 y
10-5 m, que constituyen la fase dispersa.
A. González, 2009
Suspensiones coloidales. Propiedades
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Movimiento browniano
Este comportamiento fue observado en 1827 por el botánico inglés Robert Brown
en partículas de polén suspendidas en un líquido, que al microscopio, presentaba
un movimiento aleatorio en zig-zag.
Este movimiento es debido al hecho de que los impactos aunados de las
moléculas que se encuentran a los lados de una partícula pequeña no siempre se
anulan con exactitud.
El movimiento browniano es una confirmación visual del movimiento cinético
casual de las moléculas.
Daniels y Alberty, 1963, Fisicoquímica
A. González, 2009
Suspensiones coloidales. Propiedades
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Efecto Tyndall
Es una propiedad óptica de los coloides y consiste en la difracción de los rayos de
luz que pasan a través de un coloide. Fue investigado por J. Tyndall en 1896.
La luz transmitida era rojiza aunque la radiación incidente fuese blanca.
Rayleigh, demostró en 1899, que la intensidad de la luz dispersada por partículas
isotrópicas pequeñas, es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la
longitud de onda de la luz utilizada.
Daniels y Alberty, 1963, Fisicoquímica
A. González, 2009
Suspensiones coloidales. Propiedades
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Efecto Tyndall
A. González, 2009
Suspensiones coloidales. Propiedades
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Adsorción de iones
La superficie sólida expuesta a la solución de un electrolito, se carga, ya sea
positivamente o negativamente, con respecto al seno de la solución. Para los
sólidos, de magnitud ordinaria, este efecto pasa desapercibido.
Pero en el caso de los sólidos de tamaño coloidal, cuyas áreas específicas (esto
es cm2 g-1) son elevadas (típicamente entre 2x104 y 2x106 cm2 g-1), este fenómeno
en muchos casos determina el comportamiento de las partículas.
Skoog y West, 2002, Introducción a la química analítica
A. González, 2009
Suspensiones coloidales. Propiedades
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Coagulación-Peptización
Exceso
NO3-
Ag+
Ag+
Ag+
Ag+
Ag+
Ag+ Ag+ Ag+ Ag+
Ag+
Cl-
Cl- Cl-
Cl-
Ag+
Ag+
Ag+
Ag+
Ag+
Cl-
Cl- Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Fase
Sólida
NO3- Iones adsorbidos
Fase
líquida
NO3-
NO3- NO3
- H+
Na+ Capa de contraiones
Solución homogénea H+ NO3-
Na+ NO3
-
NO3-
Ag+
A. González, 2009
Suspensiones coloidales. Propiedades
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Coagulación-Peptización
+ +
+ +
+ +
+ - -
- -
- -
-
+ +
+ +
+ +
+ - -
- -
- -
-
+ +
+ +
+ +
+ - -
- -
- -
-
+ +
+ +
+ +
+ - -
- -
- -
-
Coagulación
Peptización
• Aumentar la temperatura
• Aumentar la fuerza iónica
• Lavado con agua
A. González, 2009
Suspensiones coloidales. Estabilidad
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Para alcanzar estabilidad en el tiempo de la dispersión, como en
productos farmaceúticos, cosmeticos y alimenciios. La solución podrá
ser termodinámicamente estable cuando la energía libre de
floculación (ΔFfloc.) es positiva. ΔFfloc. Esta dada por:
ΔFfloc. = ΔUfloc. –TΔSfloc.
Donde ΔUfloc. y ΔSfloc. son la energía y entropía de floculación
respectivamente y ambas cantidades son negativas.
En la práctica, sin embargo, estabilidad cinética es suficiente.
Bristol Colloid Centre, 2005, Colloid Science
A. González, 2009
Suspensiones coloidales. Estabilidad
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Sedimentación
Si las partículas de una dispersión son lo suficientemente grandes y densas, se
van asentando bajo la acción del campo gravitacional de la tierra. La velocidad
a la que se sedimentan, es la velocidad a la cual la fuerza de gravedad esta
exactamente balanceada por la fuerza de fricción de la partícula que se está
moviendo a través del medio de suspensión. (Daniels y Alberty, 1963,
Fisicoquímica)
Equilibrio de sedimentación en la gravedad terrestre
Nelson et al, 2005, Física biológica: Energía, Información, Vida
A. González, 2009
Suspensiones coloidales. Estabilidad
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Sedimentación
La mioglobina es una proteína globular, de masa molar m ≈ 17000 g mol-1. La corrección del
empuje reduce típicamente m a mneta a 0,25m. Así, en un tubo de ensayo de 4 cm, en
equilibrio, la concentración en la parte superior es igual al 99,9% la de la parte inferior, en otras
palabras, la suspensión nunca llega a sedimentarse.
Las macromoléculas como el ADN y las proteínas solubles en agua, forman suspensiones
coloidales; otro ejemplo, son los granos de polen observados por Robert Brown.
Si mneta es grande (como lo es para los granos de arena) la densidad en la parte superior sería
esencialmente nula: la suspensión se sedimenta.
Para que haya sedimentación, la diferencia de energía potencial gravitatoria mnetagh entre la
parte superior y la inferior debe ser mayor que la energía térmica.
A. González, 2009
Importancia de los coloides
Medicina
Suelos
Farmacia
Petróleo
Alimentos
Coloides
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A. González, 2009
Importancia de los coloides
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Sistemas alimentarios donde se desea su estabilidad
• Jugos y Néctares
• Mermeladas y jaleas
• Emulsiones: mayonesa, leche, mantequilla, helados
A. González, 2009
Importancia de los coloides
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Sistemas alimentarios donde no se desea su estabilidad
• Jugos clarificados
• Derivados lácteos
• Eliminación de espumas
A. González, 2009
Importancia de los coloides
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Coloides del suelo
• Material arcilloso (silicatos laminares y óxidos metálicos)
• Materia orgánica (ácidos húmicos y fúlvicos)
Le dan estructura y estabilidad frente a excesos de agua.
Actúa como resinas de intercambio iónico, evitando que los iones se
pierdan por lavado y permanezcan biodisponibles a las plantas.
Retiene humedad.
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Presión osmótica
26 A. González, 2009
Por ejemplo, una solución acuosa que contiene 10 g L-1 de
una sustancia de M = 20000 mostrará un abatimiento en el
punto de congelación de 0,001 ºC, una elevación del punto
de ebullición de 0,00025 ºC, pero una presión osmótica de
128 mm de agua.
Daniels y Alberty, 1963, Fisicoquímica