Características de los sistemas coloidales PDF

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Características de los sistemas coloidales Dentro de los sistemas coloidales hay distintas características que determinaran el comportamiento de estos, como lo son; la morfología de las partículas, las propiedades superficiales, además de las cinéticas, eléctricas y ópticas, así como las interacciones partículasolvente y partícula-partícula. En cuanto a morfología, las partículas se clasificarán según su tamaño y forma, si hablamos de tamaño, los coloides se sitúan en medio de las soluciones y mezclas, en un rango de un nanómetro hasta un micrómetro. Por otro lado, para determinar la forma de la partícula, se establecieron modelos para las partículas primarias, que, aunque no sean totalmente apegados a la realidad, facilita su estudio teórico. Es importante mencionar que, en agregaciones de partículas, la forma va a variar. Corpusculares: se presentan en moléculas globulares. a) Esféricas. Emulsiones, aerosoles liquidos, látex, e incluso proteínas. b) Elipsoides. Son aquellas partículas corpusculares que se desviaron de la forma esférica y, por lo tanto, tienden a ser un tanto irregulares. Por ejemplo, algunas proteínas y el látex tipo “Core Shell”. Laminares: también llamada plato o disco, tanto las suspensiones de óxido férrico como las arcillas presentan esta forma. Lineares: son cadenas que sufren cambios constantes de su forma dentro de la solución, por lo que también son llamados “random coils”, entre ellas están la celulosa, la queratina de las uñas y pelo, polímeros lineares, el colágeno, tendones, huesos y miosina. Estabilidad En vista de la gran utilidad que aportan los coloides a la industria, es de vital importancia entender tanto su estructura como su mecanismo para lograr adaptarlos según las necesidades. De acuerdo con la literatura, cualquier sistema coloidal es considerado un sistema metaestable. En contraste con un sistema genérico, donde desde la perspectiva termodinámica, el sistema tenderá a un estado donde la energía libre de Gibbs sea mínima, una dispersión coloidal suele requerir una energía de Gibbs mayor debido a su naturaleza multifásica, como resultado, puede que las partículas terminen uniéndose entre ellas, aumentando así el área superficial, lo que les permitirá mantenerse en suspensión, o bien, pueden sedimentar debido a que la energía de activación para que la dispersión se mantenga es simplemente mucho mayor a la que se tiene. El estado de estabilidad de un coloide puede describirse como “estable”, “metaestable” e “inestable”. Sin embargo, estos términos son un poco confusos, ya que el hecho de que un coloide sea metaestable, puede sonar un poco ambiguo, pero si ha permanecido en este estado por un tiempo, entonces se considera estable. Y únicamente se dice que es inestable cuando hay perdida de las propiedades coloidales, no obstante, según la literatura, se ha establecido que todo sistema coloidal es considerado metaestable (Mayers, 2002). Forma: 1. Corpusculares: Macromoléculas globulares (biopolímeros con interacciones entre cadenas laterales)

a) esferas: a / b = 1 , emulsiones, latex (dispersiones de polímeros como gomas y plásticos en agua), aerosoles líquidos, casi esféricas proteínas globulares, soles de oro. b) Elipsoides: a / b ≠ 1 estas formas son irregulares y se manejan modelos. Prolatos (cigarro) a / b > 1 es más importante longitud que diámetro polinucleótidos y polipéptidos y Oblatos (esfera achatada) a / b < 1 suspensiones de óxido férrico y arcillas

Flexibilidad: Es la capacidad de rotación alrededor del enlace que une los átomos. 1. Polímeros lineales: cambio constante de forma, flexibilidad perfecta. 2. Polímeros ramificados: formas más rígidas, mínima flexibilidad. La flexibilidad es función de dos tipos de interacciones: 1. Polímero-polímero: ovillo más apretado tiende a precipitar. 2. Polímero-disolvente ovillo más desplegado. Solvatación: Es la tendencia a mojarse que tiene una partícula coloidal o un grupo funcional de una macromolécula. 1. Coloides liófilos: solvatación completa. Precipitados floculentos Geles 2. Coloides liófobos: solvatación mínima Forma de las Partículas Esas formas simples de las partículas primarias, pueden variar totalmente cuando se produce la agregación de las mismas. Las partículas coloidales se suelen solvatar con una “capa” molecular y la misma debe tratarse como “parte” de dicha partícula (cuando se encuentra dispersa en el solvente). Surfaces, Interfaces, and Colloids: Principles and Applications, Second Edition, pp.214-252

Una característica importante de los sistemas coloidales es la superficie que ofrecen. El área específica de las “partículas” se define como: ↓ partículas esféricas

Otras características de los sistemas coloidales son: forma y tamaño de las partículas (que definen su morfología), propiedades superficiales (incluyendo a las eléctricas), e interacciones partículapartícula y partícula-solvente. Los efectos de adsorción y de doble capa eléctrica, que determinan una buena parte de las propiedades físicas de los sistemas coloidales, tienen lugar en la interfase entre la fase dispersa y el medio de dispersión. Sistemas Estables e Inestables Coalescencia: es el proceso por el cual dos (o más) partículas pequeñas se unen para dar una partícula de mayor tamaño. La coalescencia produce una reducción del área total de partículas. Floculación: es el proceso por el cual las partículas pequeñas se juntan, como en un “racimo de uvas”, en un flóculo, pero no se unen en una sóla partícula, sino que mantienen su identidad. En la floculación no hay reducción sensible de la superficie, a pesar de que ciertos sitios pueden quedar bloqueados en los puntos en los que se tocan las partículas. En la COALESCENCIA, desaparecen las evidencias de las partículas pequeñas. En la FLOCULACIÓN, las partículas pequeñas mantienen su identidad pero pierden su independencia cinética (el flóculo se mueve como una unidad). Las partículas que dan lugar a los flóculos se denominan “partículas primarias”. Un sistema puede ser relativamente estable (en el sentido cinético) con respecto a la coalescencia, y ser inestable con respecto a la floculación. También se suele hablar de la estabilidad para describir el comportamiento de los sistemas coloidales ante fuerzas de sedimentación. Puede suceder que un sistema sea inestable con respecto a la sedimentación, pero en cambio sea relativamente estable (cinéticamente) con respecto a la floculación o a la coalescencia. Los términos AGREGACIÓN, COAGULACIÓN y FLOCULACIÓN se suelen utilizar para describir pérdida de estabilidad. Mientras que en general la floculación se considera un proceso reversible, la coagulación es irreversible.

Surfaces, Interfaces, and Colloids: Principles and Applications, Second Edition, pp.214-252

10.5 Ground Rules for Colloidal Stability  From the thermodynamic point of view, any system tends to approach the condition of minimum total free energy. However, nothing was said about “how fast such a transformation will occur”, and “whether the system will approach another metastable configuration”. Without sufficient energy to overcome the barrier (activation energy), the system will remain in the metastable state.  In terms of colloids: the energy considerations indicate that colloids should be unstable and will revert to a state of complete phase separation. However, Nature has designed things in such a way that we can impose barriers of various types between metastable and stable states so that useful colloidal systems can exist for enough time....