Tema: Dispersiones coloidales

DISPERSIONES COLOIDALES.

HISTORIA DE DISPERSIONES COLOIDALES.

Muchas personas estudiaron los coloides, el primero fue Selmi en (1843), preparo soluciones coloidales de azufre, azul de Prusia y caseína, realizando numerosos experimentos; llego a la conclusión de que estas no eran soluciones verdaderas, sino suspensiones en agua de pequeñas partículas.

En 1862, el químico ingles Thomas Graham, encontró que ciertas sustancias pueden difundirse a través de membranas animales o vegetales, mientras que otros no lo hacen. Los compuestos que atraviesan la membrana pudieron obtenerse en forma cristalina y se les llamo cristaloides. Las sustancias no cristalizables fueron la mismas que no pasaban a través de la membrana, y se les llamo coloides que significa “de apariencia gomosa”.

Wo. Ostwald y Von Weirman propusieron la primera clasificación racional de coloides, fue introducida la noción de sistema disperso y el tamaño de la partícula fue tomado como el principal factor en la clasificación y caracterización de los coloides.

• DEFINICIONES

COLOIDES.

Un coloide se puede definir como un sistema polifásico dispersado, en el cual la relación elevada entre la superficie o interfase y la masa de la fase dispersada.

Se dice que una sustancia esta en estado coloidal cuando se encuentra dividida en partículas muy pequeñas, y sin embargo mayores que las moléculas individuales, que están alejadas unas de otras (dispersas) dentro de un medio.

Las partículas coloidales varían en diámetro de millonésimos de milímetros hasta cien millonésimos de milímetros.

DISPERSIONES.

Las dispersiones coloidales han sido definidas tradicionalmente como una suspensión de pequeñas partículas en un medio continuo.

Las partículas coloidales tienen la capacidad de dispersar la luz visible. Un haz ruinoso delgado que pasa a través de un coloide en un gas o en un líquido,

Puede observarse a ángulos rectos debido a la dispersión.

Como resultado de las fuerzas superficiales cualquier gas, vapor o líquido tiende a adherirse a cualquier superficie de un cuerpo.

Las propiedades esenciales de las dispersiones coloidales pueden a atribuirse al hecho de que la relación entre la superficie y el volumen de las articulas es muy grande. En una solución verdadera, el sistema consiste en una sola face y no hay superficie real de separación entre las partículas moleculares del soluto y del solvente. Las dispersiones coloidales son sistemas de dos fases, y para cada partícula existe una superficie definida de separación.

Las dos fases de un sistema coloidal se pueden distinguir en:

Fase dispersa: componente del sistema coloidal que se encuentra dividido en partículas.

Fase medio dispersante: es el medio en el cual las articulas se hayan dispersa, este puede ser líquido, sólido o gaseoso. Al igual que la fase dispersa.

TIPOS DE SISTEMAS COLOIDALES.

En la actualidad se sabe que cualquier sustancia, puede alcanzar el estado coloidal, ya que la fase dispersante como la fase dispersiva, pueden ser un gas, un líquido o un sólido, excepto que ambos no pueden estar en estado gaseoso, son posibles ocho sistemas coloidales:

Fase Dispersa	Fase Dispersante	Nombre	Ejemplo
Sólido	Liquido	Gel o Sol	Gelatina
Sólido	Gas	Aerosol	Humo
Liquido	Liquido	Emulsión	Crema
Liquido	Gas	Aerosol liquido	Niebla
Liquido	Solido	Emulsión sólida	Manteca
Gas	Solido	Espuma sólida	Esponja
Gas	Liquido	Espuma liquida	Crema de afeitar
Gas	Gas	Mezcla	Aire

• SOLES.

En suspensión acuosa las fuerzas de atracción entre las partículas coloidales adquieren en ocasiones una potencia muy grande y se forman aglomeraciones.

Si el sistema se hace semisólido y casi se detiene el movimiento browniano, la suspensión se denomina gel siempre y cuando el sistema tenga un flujo libre el sistema será un sol.

PROPIEDADES OPTICAS DE LOS SOLES.

Muchas sustancias aparecen muy altamente coloreadas si sus partículas son de dimensiones coloidales, así como los iones de plata son en colores la plata precipitada es gris y los coloides de plata tienen intensos colores café rojizo, o café verdoso. Algo parecido ocurre con el oro, la soluciones diluidas de cloruro de oro o del acido clora úrico son ligeramente amarillas, mientras que en la reducción de estas sustancias se forma un sol rojo intenso o violeta.

Un importante efecto a tener n cuenta en la opalescencia, esta se da cuneado las ondas cortas de la luz son frecuentemente dispersadas por la partículas, mientas que las ondas largas pasan sin afectarse a través del sol. Este fenómeno depende principalmente del tamaño de las partículas.

Cuando un brillante intenso rayo de luz atraviesa los soles claros el trayecto parece turbio. La mejor iluminación para dichos experimentos, es un iluminador de proyección que produce un rayo cónico.

• CLASIFICACION DE COLOIDES.

COLOIDES ORGANICOS.

Son coloides moleculares producidos naturalmente en reacciones bioquímicas, menos sencillas, que en su mayoría son liofobicos, debido a que las sustancias son insolubles en agua. Algunas de estas sustancias se disuelven en ácidos pero en tales soluciones cambian químicamente por completo dando lugar a la formación de soluciones verdaderas en lugar de soluciones coloidales y estas ultimas pueden ser obtenidas por métodos de condensación o dispersión.

COLOIDES ESFERICOS Y LAMINARES.

Los colides esféricos tienen partículas globulares mas o menos compacta, mientras que los colides lineales poseen unidades largas y fibrosas.

La forma de las partículas coloidales influyen su comportamiento aunque solo pueden 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.

COLOIDES MOLECULARES Y MISELARES.

Las partículas de los coloides moleculares son macromoléculas sencillas y su estructura es esencialmente la misma que la de estructuras de pequeñas moléculas, los átomos serán unidos por ligaduras químicas verdaderas, a estos coloides moleculares se los llama 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 se 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.

COLOIDES LIOFOBICOS.

Significa “no gustar de o temer a un líquido”; en los soles liofobicos 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 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.

COLOIDES LIOFILICOS.

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 liofobicos. Para el caso de los soles en agua se utilizara el termino hidrofilito,

Este tipo de coloides se caracteriza por presentar: alta estabilidad hacia la floculación por electrolitos, se visibilidad en el microscopio es mala y presenta una considerable presión osmótica. Algunos ejemplos de estos coloides son: albúmina, glicógeno, hule y acido silito.

La mayoría de los coloides inorgánicos son hidrofobitos, mientras que la mayoría de los coloides orgánicos so liofilicos.

COLOIDES INTRINSECOS.

Son sustancias sólidas que formas dispersiones coloidales al ser puestas en contacto, o calentadas en un medio de dispersión adecuado, y son compuestos de macromoléculas, este tipo de coloides por lo general tiene un carácter liofilo.

COLOIDES EXTRINSECOS.

Se le llama a las dispersiones de pequeñas partículas de materiales insolubles de bajo peso molecular. Este tipo de dispersiones son casi invariablemente soles liofobos y deben ser reparados mediante métodos especiales que produzcan partículas de tamaño adecuado.

• PROPIEDADES OPTICAS Y SINETICAS DE LOS COLIDES.

Perrin fue capaz de contar partículas coloidales por métodos ópticos, a pesar del hecho de que comúnmente las partículas coloidales son demasiado pequeñas para detectarse con microscopio ordinario con observación directa. Su éxito fue debido al efecto de tyndall que es la dispersión de la luz por partículas coloidales. Cuando estas se iluminas a unos 90 grados de la línea de visión a través de un microscopio la luz que ellas dispersan aparece como puntos de luz y se observa fácilmente en un microscopio con una aplicación regular.

Por la noche se observa el efecto de la dispersión en grande, cuando la luz de un faro es dispersada por las partículas de polvo coloidal en el aire. La luz dispersada esta polarizada porque en realidad se reflejan en la superficie de la partícula coloidal.

La luz dispersada por sistema coloidales también esta dispersada selectivamente respecto al color; el conjunto de colores en un ocaso el color del cielo y el color de los humanos, son el resultado de una dispersión selecta de la luz.

La observación microscópica de los pequeños puntos de luz dispersada por una solución coloidal revela que las partículas no están de ninguna manera en reposo.

La estabilidad de una dispersión coloidal se atribuye en parte, al movimiento browniano que tiende a mantener una distribución biforme de las partículas a través de todo el coloide.

• EFECTO TYNDALL.

Cuando un rayo de luz pasa a través de una solución no se puede observar su camino, mientras que si pasa a través de un sistema coloidal si se puede observar esto se debe a que el coloide consta de un disolvente que tiene partículas de soluto que son suficientemente grande para dispersar la luz visible de donde se puede distinguir de una verdadera solución haciendo pasar sobre el mismo un rayo de luz. Al igual que un líquido puro la solución difracta haz de luz pero el coloide lo dispersa de tal manera que, desde el lado del rayo se puede ver la trayectoria brillante de la luz. El efecto de dispersión se conoce como efecto tyndall.

• MOVIMIENTO BROWNIANO.

Cuando el efecto tyndall se observa por medio de un ultramicroscopio de nota que las partículas de la fase dispersa recorra una trayectoria aleatoria en forma de zigzag a través del medio dispersante a esto se le llama movimiento browniano, porque fue Robert Brown (1773- 1858) quien descubriere este tipo de movimiento en el estudio que realizara de los granos de polen suspendidos es agua; las partículas coloidales se mantienen en suspensión gracias a este movimiento.

La teoría cinética nos indica que el movimiento aleatorio de los gases puede producir un bombardeo similar en un gas de donde debe esperarse encontrar el movimiento browniano de las suspensiones de aire.

• DIALISIS DE COLOIDES.

La diálisis es promovida por medio de una corriente eléctrica la cual arrastra a los iones macromoleculares fuera del sol en esta denominada electro diálisis se facilita la separación de los electrolitos por medio de un campo eléctrico.

Una de las funciones de las células consiste en separar suspensiones mediante un proceso denominado diálisis que se define como la separación de los cristaloides y los coloides de una mezcla por medio de una membrana semipermeable denominada membrana de diálisis, y el principio en que se basa es muy simple. Si la membrana tiene perforaciones o espacios del tamaño adecuado hay moléculas especificas que pasan a través de ellas; pero las partículas coloidales no la pueden atravesar. La diálisis es de gran utilidad para separar muchos materiales suspendidos. Con membranas del tipo adecuado es factible separar entre si dos materiales suspendidos, aprovechando la difencia de sus tamaños de partículas.

• ADSORCION COLOIDAL.

Como resultado de las fuerzas superficiales cualquier gas, vapor o liquido tiende a adherirse a cualquier superficie de un cuerpo a este fenómeno se le llama absorción y a los cuerpos sólidos cuyas áreas superficiales son muy grandes en comparación con su volumen aparente se le denominan absorbentes.

Los coloides, debido a su pequeño tamaño de partículas, son excelentes absorbentes. Sin embargo, incluso los cuerpos grandes pueden tener relaciones superficie- volumen adecuado si en su interior cuentan con redes de poros que provean una gran área superficial.

• CONDENSACION DE COLOIDES.

El principio esencial de este método es que las sustancias con las cuales se preparan los soles están originalmente en solución verdadera, en estado de iones o moléculas, como resultado de la reacción química que se efectúa entre ellas. Se obtienen partículas insolubles de tamaño coloidal. Las condiciones experimentales deben ser estrictamente controladas.

En la preparación de soluciones coloidales por el método de condensación se han empleado reacciones químicas de aros tipos; también se ha empleado la oxidación, por ejemplo, una solución acuosa de hidrógeno sulfurado se puede oxidar por oxigeno o por anhídrido sulfuroso para obtener un sol de azufre.

• FILTRACION Y ULTRAFILTRACION DE COLOIDES.

Con experimentos simples de filtración que muchos coloides pasan a través de papeles filtros comunes, las partículas no son retenidas ni aun por las clases más finas del papel filtro. Los filtros finos tienen un diámetro de poros de 0.0009-0.0016mm; puesto que las partículas del sol de sulfuro arsenioso, al igual que las del hidróxido ferrico plata, gelatina, albúmina y otros coloides pasan a través de estos filtros y se notan que dichas partículas son mas pequeñas que los poros del filtro.

Si as partículas corren atrás de un filtro, son mas pequeñas que los poros y si son retenidas no se pueden concluir en que son mas grandes que los poros, ya que algunas veces pueden ser absorbidas en la superficies del filtro, y así ocluir los poros; en ese caso, se estudiara las partículas de las sustancias filtradas y si difiera de la solución original, se dirá que son mas gruesas que los poros del filtro.

Las partículas coloidales, son más o menos retenidas por iltrafiltros, es decir, filtros extremadamente finos cuyas membranas son genes sólidos. La estructura de la membrana es la misma que la del papel pero el tamaño de los poros es mucho más pequeño. Uno de los mejores materiales “ultra filtros” es el papel celofán a través de este la filtración es muy lenta, pero luego de cierto tiempo, el liquido penetra una membrana y una gota de liquido es formada debajo del celofán, finalmente el examen de esas gotas dirá si las partículas penetran en la membrana o no.

Otro buen material para ser ultra filtros es el colodión, que es una solución 4 por ciento de nitrocelulosa en una mezcla de alcohol y éter; los filtros de vidrio poroso o los crisoles de porcelana no esmaltada son los mejores soportes para las membranas de colodión. Esas son formadas en la evaporación parcial de la mezcla alcohol-éter; el colodión es prácticamente vertido en un filtro de vidrio poroso o filtro crisol a un espesor de varios Mm. y aguardado hasta que se solidifica. Otro método es el de impregnar papel filtro con colodión, el tamaño de los poros de este ultra filtro depende el grado de secado de la capa de colodión, mientras se seca mas pequeña son los capilares.

Existen sustancias como la dextrina que penetran los ultra filtros muy lentamente se les conoce como semicoloide.

APLICACIONES

Las suspensiones coloidales alcanzan su mayor importancia dentro de la biología. Todos los sistemas biológicos son coloidales en cierta forma; el protoplasma es una suspensión coloidal como lo es también la sangre y otros fluidos del organismo. Los coloides son también muy importantes en la industria dado que prácticamente todas se relacionan de alguna manera con coloides.

El comportamiento de los plásticos es un efecto coloidal y lo mismo puede decirse del hule, las pinturas el cemento la cerámica y los detergentes. Incluso la purificación del agua y el tratamiento de las aguas negras, se encuentran sistemas coloidales que desempeñan un papel vital. Las investigaciones se la era espacial les han abierto a los científicos horizontes mucho mas amplios respecto a la naturaleza de los sistemas coloidales.

APLICACIONES DE LOS COLOIDES EN EL SALVADOR

En El Salvador existen muchos usos para los productos cuyo origen son los coloides, o ellos en si son coloides. Las personas utilizan a diario los coloides sin saber que son o las propiedades que tienen, por ejemplo existen muchas golosinas que son coloides: las gelatinas, los malvaviscos, las jaleas; la mayonesa, la leche son otro ejemplo de productos de uso diario que también son coloides.

Fig.1 Ejemplo de coloides que encontramos en nuestros hogares.

La diálisis tiene muchas aplicaciones una de ellas es la hemodiálisis extracorporal, riñón artificial. Aquí, las células de la sangre y los coloides, principalmente las macromoléculas de proteínas son “detenidas” por el celofán, mientras que algunos cristaloides que corresponden a productos de desechos, como la urea, el acido úrico, la creatinina y el potasio de difunden al baño de diálisis. Sin embargo, muchos cristaloides de la sangre (por ejemplo, glucosa, sodio y calcio) son vitales y por ello el baño de diálisis se carga con estos constituyentes a las concentraciones apropiadas.

Fig.2. hemodiálisis aplicación del proceso de diálisis

Ya a nivel industrial en el país también, los coloides, son de mucha utilidad, una de estas es el caucho o goma natural, pero con más exactitud ¿que es una goma? Las gomas son secreciones normales o accidentales de ciertos vegetales (árboles, bejucos); son coloides plastificados por auto polimerización; pueden solubilizar por medio de agua caliente y pectirizar por medio de azufre o de un compuesto soluble se azufre.

Fig3. Productos derivados del caucho

El caucho se ajusta las superficies sobre la cual es extendido o comprimido, borra el trazo de lápiz sobre el papel, posee extraordinaria elasticidad, absorbe las vibraciones y choques; es mal conductor del calor y la electricidad; es completamente impermeable y no lo afectan los ácidos ni las sales. El alcohol no lo disuelve, pero es soluble en trementina, aceites vegetales, bencina, sulfato de carbono y otros líquidos volátiles que, al evaporarse, lo devuelven a su estado primitivo. En estado plástico puede ser moldeado en cualquier forma y luego endurecido.

Puede alcanzar gran dureza, como el caso de la vulcanita o ebonita, con perdida de su elasticidad y permite ser pulido como el marfil o el asta. No pierde su elasticidad, sino a temperaturas extremas; protegido de intemperie, tiene larga duración.

Estas y otras propiedades hicieron de la goma un auxiliar muy eficaz en diversos en diversos terrenos. Las industrias de fabricación de calzado y de la electricidad son las que mayor cantidad de caucho consumen.

fig.4. goma elástica ejemplo de coloide

La industria textil también la utiliza en la impermeabilización de tejidos. Igualmente la del mueble y las de artículos para el hogar.

Los colorantes insolubles en forma de dispersión acuosa son empleados en varios procesos de teñido y estampado, por lo tanto son necesarios los dispersantes en la preparación de colorantes, ya que estabilizan el estado disperso con precisión durante su aplicación y pueden también prevenir que se precipite el colorante.

Fig.5. colorantes

CONCLUCIONES

Con el trabajo anterior se contestaron muchas interrogantes como las de ¿en que consiste las dispersiones coloidales?, que es un sistema polifásico dispersado, ¿Qué es el proceso de la diálisis?, lo cual es la separación de electrolitos por medio de un campo eléctrico, entre otras; también da a conocer muchas de las aplicaciones que tienen en la vida diaria, así como las utilidades que tienen los coloides a nivel industrial, así como también las utilidad que pueden o tienen: la diálisis, el efecto Tyndall y muchos otros conceptos que fueron explicados con mas detenimiento en este trabajo.

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