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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS “FRANCISCO GARCÍA SALINAS” Unidad Académica de Ciencias Químicas Programa de Ingeniería Bioquímica

Laboratorio de Fisicoquímica III Práctica 8: “Propiedades del estado coloidal”

Profesor José Alfonso Pinedo Escobar

Equipo: María Guadalupe Flores Romo Ricardo de Jesús Jasso Reyes Andrea Guadalupe Gamboa Valdez Jecsan Esaú Estrada Fuentes Grado y grupo: 5B

PRE LABORATORIO 1. Explique el concepto de movimiento Browniano. Es el movimiento aleatorio que se observa en las partículas que se hallan en un medio fluido ya sea líquido o gas como resultado de choques contra las moléculas de dicho fluido. 2. ¿Cuáles son los parámetros fisicoquímicos que tienen mayor influencia en el movimiento Browniano? Los choques de las moléculas de una solución producidos por la energía cinética

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3. Describa el efecto Tyndall de los sistemas coloidales. Es el fenómeno en el que las partículas de un coloide dispersan los haces de luz que se dirigen hacia ellos este efecto es exhibido por todas las soluciones coloidales y algunas suspensiones muy finas. Por lo tanto, se usa para distinguir una solución coloide de algunas otras. 4. Describa el fenómeno conocido como diálisis y sus parámetros de influencia. Es una forma de filtración molecular que separa moléculas de a cuerdo con su tamaño, mediante el empleo de membranas semipermeables que contienen poros de dimensiones inferiores a las macromoléculas. Se emplea rutinariamente para cambiar el disolvente en el que se encuentran disueltas las macromoléculas. Se aplica para la separación de agentes reductores colorantes, sales, macromoléculas más grandes como proteínas, ADN o polisacáridos. 5. Describa el fenómeno de electroforesis y sus parámetros de influencia. Técnica utilizada para separar el ADN, ARN o moléculas o proteínas en base a su tamaño y carga eléctrica se usa una corriente eléctrica para mover las moléculas y que se separen a través de un gel, los poros del gel actúan como un colador, permitiendo que las moléculas más pequeñas se muevan más rápido que las grandes. Se usa principalmente en pruebas de ADN. 6. Explique la importancia de la medición de la conductividad eléctrica de los sistemas coloidales. Se mide la conductividad para poder estabilizarlos ya que la propensión de los coloides es debida a las fuerzas de van der Waals, pueden ser estabilizados de dos maneras: por carga y entrópicamente. 7. Explique la diferencia entre una jalea y un gel. Un gel el un sistema coloidal donde la fase continua es sólida y la fase discontinua es líquida, presentan una densidad similar a la de los líquidos, pero se asemejan más a un sólido elástico y una jalea es mucho más líquida que un gel. 8. ¿Qué entiende por emulsión? Es una mezcla heterogénea de dos líquidos inmiscibles se componen de una fase dispersa y un dispersante. 9. Explique el conceto y la función de agentes emulsificantes. Es una sustancia que ayuda en la mezcla de otras dos que normalmente son poco miscibles. Disminuyen la tensión superficial y forman una película en la interfase. 10. Explique los tipos de emulsiones que se pueden preparar para el caso del sistema agua- aceite. de ferrocianuro dela Tipo de aceite en agua (O/W) donde el aceite forma la2mL fase dispersa y el agua potasio + 0.2mL FeCl3 al fase continua y el tipo de agua en aceite (W/O) donde 2%. el agua forma la fase dispersa y el aceite la fase continua. Cubrir el tubo con una 11. Diagrama de flujo. membrana de celofán. Preparar 25mL de coloide de hidróxido férrico. +10mL del sistema coloidal preparado.

Invertir y colocarlo en otro con agua destilada. Luego de 20min colocar las emulsiones y añadir FeCl3

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Dialisis

Añadir a una bureta solución de ácido clorhídrico a 15mL la solución de silicato de sodio +3 gotas de amoniaco concentrado

Usar fenolftaleína como indicador Electroforesis

Desarrollo experimental

Propiedades de la silice gel

1. 2.

Utilizar un tubo en forma de U añadiendo agua destilada en cada rama del tubo. Agregar voltaje y hacer observaciones.

Líquido disperso en un sólido.

3. Emulsión de aceite de oliva

3 tubos d ensaye. Añadir 0.5mL de aceite, mezclar y agitar con las sustancias indicadas.

AGITAR Medir el tiempo que tarda en separarse el aceite del resto de la solución

Calentar y enfriar Diluir en agua destilada Verificar si hay dispersión de la luz como es la luz transmitida a su tráves.

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INTRODUCCIÓN En la naturaleza no abundan sustancias puras. La mayor parte de las sustancias que se utilizan son mezclas y gran parte de ellas denominadas disoluciones, cuando hablamos de disoluciones nos referimos a sistemas de mas de un componente en los que distinguimos los disolventes. Los coloides son soluciones de macromoléculas o bien dispersiones de moléculas pequeñas que forman agregados. Como las proteínas, hidratos de carbono, polímeros sintéticos o naturales, como las dispersiones de azufre, KI, Au u oxido férrico y su comportamiento esta determinado por sus propiedades cinéticas, eléctricas, ópticas y superficiales. Estos están compuestos de dos fases una dispersa y una continua los cuales se clasifican en simples y reticulares en los que la distinción es prácticamente imposible, ya que ambas fases están constituidas por redes entrelazadas. Los fenómenos que se presentan en este tipo de sistemas son la tensión superficial, la adhesión, cohesión, extensión y absorción.

OBJETIVO: Determinar experimentalmente algunas propiedades de sistemas coloidales.

Materiales

Reactivos

Probeta 50mL

FeCl3 2%

Termómetro

K4FE(CN)6 saturada

Probeta 100mL

Agua destilada

Pipeta graduada de 5 y 2 de 10mL

Aceite

3 vasos de precipitados de 50mL

Grenetina al 1%

8 tubos de ensaye

Jabón al 1%

Agitador

Amoniaco concentrado

Embudo

Silicato de sodio al 6%

Membrana de celofán

HCl 1M

Perilla Papel filtro

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DEFINICIONES Y APLICACIONES 1. Electroforesis. La electroforesis es una técnica que emplean los científicos en el laboratorio utilizada para separar el ADN, el ARN, o moléculas o proteínas en base a su tamaño y carga eléctrica. Se utiliza una corriente eléctrica para mover las moléculas y que se separen a través de un gel. Los poros del gel actúan como un colador, permitiendo que las moléculas más pequeñas se muevan más rápido que las grandes. Las condiciones utilizadas durante la electroforesis se pueden ajustar para separar moléculas en el rango de tamaño que se desee. La electroforesis en geles de agarosa o poliacrilamida es una de las metodologías más utilizadas en el laboratorio en todo lo relacionado con el trabajo con ácidos nucleicos. Mediante la electroforesis podemos separar fragmentos de ADN y ARN en función de su tamaño, visualizarlos mediante una sencilla tinción, y de esta forma determinar el contenido de ácidos nucleicos de una muestra, teniendo una estimación de su concentración y grado de entereza. Podemos además extraer del gel los fragmentos de ADN que sean de interés, para posteriormente utilizarlos en diferentes aplicaciones. La electroforesis de ADN puede realizarse en geles de agarosa o de poliacrilamida. Ambos tienen características diferentes en cuanto a sus propiedades y modo de preparación, por lo que se utilizará uno u otro en función de la aplicación y objetivos que persigamos. La electroforesis en geles de agarosa es el método estándar para separar y purificar fragmentos de ADN cuando no requerimos un alto poder de resolución. Por su parte, la electroforesis en geles de poliacrilamida, aunque tiene una mayor limitación en cuanto al tamaño de los fragmentos que podemos separar (5-600 pb), posee un poder de resolución mucho mayor, permitiendo la separación de moléculas que difieren en un sólo par de bases. Los geles de poliacrilamida se corren de forma vertical y tienen la desventaja de ser más complicados en su elaboración y manipulación. Se utiliza en una gran variedad de aplicaciones como en medicina forense para determinar la identidad de las personas que puedan haber participado en un delito, mediante la vinculación de su patrón de ADN (su patrón de electroforesis) a uno que esté en una base de datos. El proyecto genoma humano se llevó a cabo con algo que se llama electroforesis capilar, mediante la separación de ADN en piezas más cortas y su separación en geles de electroforesis que permite a los patrones de A, C, T y G ser caracterizados. También son muy importantes en la investigación de proteínas, y en la investigación de mutaciones genéticas, porque cuando las proteínas o el ADN están mutados, son con frecuencia más o menos largos, y, por lo tanto, aparecen en un gel de electroforesis de manera diferente de lo normal. Las pruebas de diagnóstico para muchos casos todavía se realizan mediante electroforesis. Es una técnica muy utilizada en la investigación básica, muy importante

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para la comprensión de la función de genes y proteínas, pero ahora ha irrumpido en el área de diagnóstico clínico y forense.

2. Diálisis. La diálisis es una técnica basada en un principio físico-químico denominado ósmosis. Éste consiste en un intercambio de sustancias, a través de una membrana. Dicho trasvase dependerá del grado de concentración de las sustancias y de las características de la membrana, fundamentalmente de su superficie y de su permeabilidad. Es un proceso que separa moléculas de acuerdo con su tamaño, mediante el empleo de membranas semipermeables que contienen poros de dimensiones inferiores a las macromoleculares. Estos poros permiten que moléculas pequeñas, tales como las de los disolventes, sales y metabolitos pequeños, se difundan a través de la membrana, pero bloqueen el tránsito de moléculas mayores. 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. Una disolución macromolecular se introduce en el saco de diálisis, que se sumerge en un volumen relativamente grande de disolvente nuevo. Las moléculas pequeñas pasan a través de la membrana al fluido externo hasta que se alcanza el equilibrio, las macromoléculas permanecerán en el interior de saco de diálisis. El proceso puede repetirse varias veces a fin de sustituir completamente un sistema disolvente por otro. Factores que afectan la velocidad de la diálisis. •

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Solvente: 1) Solución acuosa: en general, la velocidad de diálisis es mayor en agua destilada, sin embargo, en muchos casos para estabilizar moléculas objeto de investigación es necesario utilizar soluciones de fuerza iónica y pH definidos. 2) Solución de una macromolécula: durante la diálisis penetra agua en el saco por ósmosis, por lo tanto, el tubo debe llenarse completamente con el fin de evitar la dilución del contenido. Condiciones Físicas:

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1) Temperatura: entre más alta sea la temperatura, mayor será la velocidad de diálisis. A temperaturas elevadas, la viscosidad del solvente es menor y la velocidad de difusión aumenta. En el ámbito medico es un proceso mediante el cual se extraen las toxinas y el exceso de agua de la sangre y que se utiliza como terapia renal sustitutiva tras la pérdida de la función renal en personas con fallo renal. En la industria sus principales aplicaciones se encuentran en la clarificación de jugos de fruta, recuperación de proteína del suero lácteo y en el fraccionamiento y purificación de polisacáridos.

3. Estabilidad coloidal. El estudio de las condiciones que dan estabilidad a los sistemas coloidales es muy importante porque de estas depende su existencia. La estabilidad de estos sistemas depende de varios factores, tales como, características de la fase dispersa, medio dispersor, doble capa eléctrica, moléculas de sustancias tensioactivas, pH del medio dispersor, etc. Es necesario mencionar, que la estabilidad de estos sistemas es consecuencia directa de la existencia de la superficie de división de fases y del exceso de la energía libre superficial de las partículas coloidales. la estabilidad de un Sistema coloidal está dominada por el balance entre las fuerzas repulsivas y atractivas entre las partículas que lo componen. La estabilización de un sistema coloidal se puede lograr por diferentes mecanismos entre los cuales se pueden mencionarla estabilización por carga o por impedimento estérico; el primero busca maximizar las fuerzas repulsivas mientras que el segundo se trata de minimizar las atractivas por bloqueo de las interacciones inter partícula. Cambiando la estabilidad de un sistema coloidal se puede por ejemplo cambiar las propiedades ópticas del sistema, lo cual permite aplicaciones en el área de los dispositivos ópticos.

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La aplicación de esto propiedad es muy amplia ya que va desde la industria de alimentos para dar consistencia y mejor sabor a los alimentos hasta la farmacéutica que ayudan desde tratamientos de limpieza en la piel hasta medicamentos y tratamientos en diferentes enfermedades y padecimientos.

4. Emulsiones de aceite Una emulsión consiste en dos líquidos inmiscibles, que están finamente dispersos entre sí. En el caso de las emulsiones de aceite en agua, la fase aceitosa (fase dispersa) se mezcla uniformemente con la fase acuosa (fase continua). Los emulsionantes ultrasónicos están bien establecidos para preparar emulsiones de aceite en agua y nano emulsiones. Las emulsiones ultrasónicas se destacan por la dispersión uniforme de las gotas y la estabilidad a largo plazo. Las emulsiones de aceite en agua (O/W) se utilizan ampliamente en muchos productos de consumo como alimentos, bebidas, cosméticos, productos farmacéuticos, etc., así como en la industria (por ejemplo, ciencia de los materiales, polímeros, pinturas, revestimientos, química fina, etc.). Una emulsión aceite en agua es una mezcla en la que una fase aceitosa se dispersa en agua u otro líquido acuoso. Pequeñas gotas de aceite se dispersan finamente en la fase acuosa (fase continua) para crear esta emulsión de aceite en agua. Si el aceite (fase dispersa) se dispersa en agua (fase continua), es una emulsión aceite en agua; si se añaden gotas de agua en una fase continua aceitosa, se denomina emulsión agua en aceite. El análisis de los aspectos físico-químicos (formulación-composición) asociados con la caracterización de una emulsión de aceite en agua (O/W), manufacturada por la industria alimentaria, es de gran importancia porque aporta una base de conocimiento para su elaboración. Este tipo de sistemas debe poseer gran estabilidad porque se somete a altos tiempos de almacenamiento, muchas veces bajo estrés térmico.

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5. Propiedades de sílice en gel. Es un producto absorbente, catalogado como el de mayor capacidad de absorción de los que se conocen actualmente. Es una sustancia química de aspecto cristalino, porosa, inerte, no tóxica e inodora, de fórmula química molecular SiO2 nH2 O, insoluble en agua ni en cualquier otro solvente, químicamente estable, sólo reacciona con el ácido fluorhídrico y el álcali. Gracias a su composición química única y a su estructura física, el gel de sílice/silicagel posee unas características incomparables con otros materiales similares, por ejemplo, la alta absorción, funcionamiento termal estable, característica física estable, fuerza mecánica relativamente alta. Según el diámetro del poro se categoriza el gel de sílice/silicagel como de poro fino o macro poroso, cada uno de ellos con una capacidad diferente de absorción en función de la humedad relativa, por lo que la elección del tipo debe ajustarse según las condiciones de utilización. Es un producto que se puede regenerar, una vez saturado si se somete a una temperatura de entre 120-180 Cº (el gel de sílice/silicagel con indicador no debe pasar de 120 Cº) desprenderá la humedad que haya absorbido por lo que puede reutilizarse una y otra vez sin que ello afecte a la capacidad de absorción, ésta solo se verá afectada por los contaminantes que posea el fluido absorbido. No es tóxica, No es inflamable, No es reactiva, Es estable.

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En la industria farmacéutica en jeringas, kits para prueba de drogas y tiras de diagnóstico Soplado de envases de alta calidad Control de aire Secado de flores Equipo de análisis, reducción de índices de humedad Secado industrial Sistemas de secado de aire industrial Transformadores eléctricos Calzado Adsorción de humedad en sistemas de radio y satelitales Cromatografía Arena para gato

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6. Efecto Tyndall Fenómeno a través del cual se verifica la existencia de partículas de tipo coloidal en sistemas materiales, debido a que éstas son capaces de dispersar la luz (observándose la trayectoria del haz de luz en el recorrido del sistema). En cambio, los gases o las soluciones, que no tiene partículas de este tipo, son transparentes, pues no hay nada que disperse la luz que entra, no pudiendo distinguirse ni macroscópica ni microscópicamente las partículas que se encuentran disueltas en ella (no se observa la trayectoria de la luz). La razón de que se observe un color azul, es que las longitudes de onda de mayor energía tienden a dispersarse, mientras que las de menor energía tienden a transmitirse. Se observa claramente cuando se usan los faros de un automóvil en la niebla o cuando entra luz solar en una habitación con polvo, y también es el responsable de la turbidez que presenta una emulsión de dos líquidos transparentes como son el agua y el aceite de oliva.

7. Movimiento Browniano Las partículas se mueven desordenadamente en el medio por el choque de las moléculas entre sí y con el medio, lo que puede impedir que se asienten y sedimenten.

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RESULTADOS Y OBSERVACIONES EXPERIMENTALES a) Diálisis Se observa la separación de los compuestos después de 20 minutos usando un pedazo de celofán como membrana logrando separar las moléculas de FeCl3 ya que son más pequeñas. Se obtuvo una solución de color verde intenso por la parte de abajo. Esto como ya se mencionó fue gracias a la membrana de celofán.

b) Estabilidad coloidal Se añadió amoniaco gota a gota, obteniendo una capa blanquecina que se formó alrededor de donde estuvo en contacto. Luego de filtrar la solución se queda un cumulo color rojizo debido al hierro, dejando un líquido translucido dando a entender que la separación se logró.

c) Electroforesis de coloide de Hidróxido Férrico (III) En un tubo en forma de “U” se coloca una cierta cantidad de coloide de manera que cada brazo tenga solución, igualmente se le agrega un poco de agua; se conectan las terminales tierra y corriente, una en cada brazo. Al aplicar el campo eléctrico se empiezan a separar las partículas coloidales, las cuáles se acumulan en el extremo en el que está conectada la terminal de corriente.

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d) Emulsión de aceite de oliva Se utilizaron tres tubos de ensaye para agregar distintos emulsionantes al...