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COLOIDES Las sustancias coloidales son las sustancias intermedias entre las soluciones(homogéneas) y las suspensiones(heterogéneas). Están constituidas por: -

fase dispersora:es el medio en el cual las partículas se encuentran disueltas (es decir en el solvente)

-

fase dispersa:es la fase que forman las partículas

Las partículas coloidales son tan pequeñas que pueden observarse a través de un microscopio ordinario. Son soluciones de macromoléculas o bien, dispersiones de moléculas pequeñas que forman agregados. El concepto de coloides se comenzó a aplicar a sustancias con apariencia viscosa, amorfa, como la gelatina, la espuma, las emulsiones, los geles y espesantes.

CLASIFICACIÓN: Dispersiones coloidales: sustancias insolubles agrupadas en masas que contienen muchas moléculas individuales. Soles de Au, AgI, AS2O3, aceite en agua. Son termodinámicamente inestables. Soluciones macromoleculares: como soluciones acuosas de proteínas, polisacáridos o altos polímeros en solventes orgánicos (gomas, resinas, nylon). Termodinámicamente estables. Coloides de asociación: sustancias solubles de bajo peso molecular que a una concentración dada se asocian dando agregados coloidales, jabones, sulfonatos, alquil sulfatos superiores, sales de aminas Atendiendo a la afinidad de la fase dispersa por la fase continua, los sistemas coloidales pueden clasificarse en: coloides liófobos y coloides liófilos. Los coloides liófobos son aquellos en los que la fase dispersa tiene muy baja afinidad por la fase continua. Si de una dispersión coloidal o “sol” se separa la fase dispersa en forma de “gel”, no es posible volver a dispersarse de nuevo; es decir, la transformación sol-gel es irreversible. Los coloides liófilos son aquellos en los que la fase dispersa tiene gran afinidad por la fase continua. Por esta causa, la transformación sol-gel es reversible; así ocurre por ejemplo, con las dispersiones coloidales de gelatina, almidón, gomas y jabón en agua. Flexibilidad: Es la capacidad de rotación alrededor del enlace que une los átomos.

● ●

Polímeros lineales: cambio constante de forma, flexibilidad perfecta. Polímeros ramificados: formas más rígidas, mínima flexibilidad.

La flexibilidad es función de dos tipos de interacciones: ● Polímero-polímero: ovillo más apretado tiende a precipitar. ● Polímero-disolvente ovillo más desplegado. Solvatación: Es la tendencia a mojarse que tiene una partícula coloidal o un grupo funcional de una macromolécula. ● ●

Coloides liófilos: solvatación completa. Precipitados floculentos Geles Coloides liófobos: solvatación mínima

Tipos de coloides:

Las espumas son dispersiones coloidales de un gas, o mezcla de gases, suspendidos en una fase dispersa formada por un líquido viscoso o semisólido. En la mayoría de las espumas alimenticias el gas es aire. El líquido rodea a las burbujas de aire y las separa una de otra. Esta barrera o pared líquida recibe el nombre de lamela. Como por ejemplo, las claras a punto de nieve, o la espuma de la cerveza. Las espumas y las emulsiones tienen en común una naturaleza termodinámica inestable, que las hace tender a una configuración de mínima energía. Además, para su formación suelen requerir un aporte de energía mecánica (como batir fuertemente en el caso de las claras a punto de nieve). Además, tienden a separarse en fases y existen moléculas de interfase.

Sol Los soles se utilizan comúnmente como parte del proceso sol-gel. Un sol generalmente tiene un líquido como medio de dispersión y un sólido como fase dispersa. Se dividen en: Liofobos (hidrófobos)

Liófilos (hidrófilos)

Son relativamente inestables en comparación con los liófilos.

Son más estables en comparación con los liófobos.

Con poca cantidad de electrolito coagulan y precipitan las partículas dispersas.

Con poca cantidad de electrolito no son afectados.

Si se evaporan o se enfrían, se obtienen sólidos que no pueden volver a ser soles.

Son generalmente reversibles y se comportan hasta cierto punto como soluciones verdaderas.

Ejemplos: Soles de: metales, azufre, sulfuro de plata, haluros de plata.

Ejemplos: Soles de: gomas, almidones, proteínas,

PROPIEDADES DE LOS SOLES ÓTICAS A pesar de ser pequeñas las partículas de los coloides, hay métodos ópticos que permiten poner en evidencia la existencia de las mismas. Si se hace pasar un haz de luz intenso a través de un medio claro (con partículas < a 1 nm) la trayectoria de la luz no puede ser revelada fácilmente, en cambio si el medio contiene partículas de tamaño coloidal las mismas producen dispersión de la luz y el haz se hace visible. Efecto Tyndall: se denomina así a la trayectoria de la luz a través de un sol, que se hace visible debido a la dispersión.

ELÉCTRICAS

1. SOLES LIÓFOBOS (hidrófobos) Cuando un sol hidrófobo se coloca en un campo eléctrico, las partículas se mueven en forma definida, en un sentido u otro, esto significa que las partículas están eléctricamente cargadas con respecto al medio dispersante. El movimiento de partículas cargadas en solución bajo la influencia de un campo eléctrico* constituye la definición de la técnica: ELECTROFORESIS. La velocidad que toman las partículas cuando se aplica un campo eléctrico se conoce como movilidad electroforética. Las movilidades electroforéticas de los soles se encuentran dentro del intervalo de 2/4 10-4 cm.s-1 /v cm-1 El signo de la carga de las partículas puede determinarse observando el sentido de desplazamiento. Por ejemplo los soles de metales, azufre, sulfuros metálicos, hidróxidos ácidos, y colorantes con cargas negativas, se desplazan electroforeticamente hacia el electrodo

positivo. ➔ Sin la carga eléctrica los liófobos serían inestables. Los sistemas coloidales contienen pequeñas cantidades de electrolitos, si estos se eliminan el sol se hace inestable, las partículas dispersas aumentan de tamaño y precipitan. La carga eléctrica de las partículas coloidales liófobas en un sol acuoso es el resultado de la absorción preferencial de un ión particular. La estabilidad del sol es debida a la repulsión electrostática de partículas cargadas del mismo signo.

Es por eso que si se neutralizan las cargas, se produce la precipitación del sol. El ión que produce la precipitación del sol tiene carga opuesta a las partículas coloidales y el efecto precipitante aumenta al aumentar el número de valencia de éste ión.

2. SOLES LIÓFILOS (hidrófilos) Las partículas de soles liófilos presentan el fenómeno de migración electroforética en un campo eléctrico. Los soles liófilos presentan partículas con una gran hidratación (solvatación) es por ello que los soles liófilos presentan mayor viscosidad que los soles liófobos. Los electrolitos en pequeñas cantidades no tienen efectos coagulantes en soles liófilos, se cree que esta estabilidad puede ser la solvatación de las partículas. Por ejemplo, si se agrega alcohol a un sol liófilo en agua, el sistema se vuelve sensible a los electrolitos, (es decir pudiendo precipitar con el agregado de electrolitos), comportándose como un sol liófobo, esto se debe a que el alcohol elimina la capa estabilizante de agua, entonces las partículas quedan como “desnudas” (es decir sin la capa de agua) y con las cargas expuestas. La estabilidad de un sol liófobo se debe a: 1. La capa de moléculas de agua. 2. La carga eléctrica.

El agregado de grandes cantidades de electrolitos a soles liófilos produce la precipitación, esto se debe a la deshidratación de las partículas por la elevada concentración de sales. Solamente los soles liófilos coagulados pueden volver a estado coloidal (mediante diálisis por ejemplo), esto no se observa en los soles liófobos.

Emulsiones Constituidos por dos líquidos inmiscibles en los que la fase dispersa se encuentra en forma de pequeñas gotas distribuidas en la fase continua o dispersante. ● Son inestables. ● Si reposan se precipita o se va a la superficie una de las capas. ● Para ser estable requiere de emulsificantes. Una emulsión se define como un proceso de tipo coloidal de la materia, el cual se encuentra separado en dos fases la cual incluye a dos elementos líquidos que presentan propiedades relativamente miscibles, con el fin de que uno de los dos acabe disipado o unido al otro en forma de glóbulos. Ejemplo: Emulsiones del tipo (aceite-agua) el agua está en forma de gotas dispersadas en medio continuo de aceite. 1. Emulsión aceite en agua (o/w), como mayonesa, leche, aderezos y cremas. 2. Emulsión agua en aceite (w/o), margarina, mantequilla.

Los agentes emulsionantes más frecuentes son: 1. Jabones y Detergentes: La acción de estas sustancias se debe a sus propiedades emulsionantes, al dividir la grasa y el aceite en pequeñas gotas facilita la separación junto con las partículas de polvo que las acompañan. MICELAS estas se denominan a las: ➔ Moléculas de jabón o detergente, estas son muy pequeñas comparadas con las dimensiones coloidales. ➔ Partículas que producen turbidez

2. Sustancias liófilas: son sustancias como proteínas, gomas, ágar, son buenos agentes estabilizantes de emulsiones. Por ejemplo en la leche el agente estabilizante es la proteína llamada caseína y en la mayonesa el agente estabilizante es el huevo. 3. Polvos insolubles: son polvos como los de sulfatos básicos de hierro, cobre y níquel, sulfato de plomo, óxido férrico, arcilla, carbonato de calcio. Por ejemplo el vidrio en polvo estabiliza al aceite en emulsiones acuosas. Motivo por el cual los agentes emulsionantes estabilizan las emulsiones: Debido a las fuerzas de tensión superficial en una interfase, ésta tiende a ser tan chica como sea posible. No obstante en una emulsión la superficie de separación entre las gotas de la fase dispersa y el medio dispersante, es muy grande. Lo cual significa que la tensión de la interfase es pequeña y la función del agente emulsionante es disminuir la tensión superficial en la interfase aceite-agua. Las emulsiones estabilizadas se parecen más a los soles liófilos que a los liófobos, las mismas adquieren propiedades de un sol. Un exceso de electrolito puede precipitar el agente emulsionante produciendo la inestabilidad de la emulsión. Es posible romper las emulsiones, es decir transformarlas en dos capas líquidas separadas demulsificación. Se puede realizar en forma química o por métodos físicos. Por ejemplo, la conversión de la crema de leche en manteca mediante batido es un ejemplo de cómo se rompe una emulsión. La destrucción química del agente emulsionante es un modo efectivo, por ejemplo, el agregado de un ácido convierte un jabón en el correspondiente ácido graso que no es un emulsionante. Para romper las emulsiones se emplean los métodos con calentamiento, solidificación y centrifugación.

Geles Los coloides hidrofílicos forman mejor los geles por su afinidad con el agua. A medida que se reduce la temperatura se acelera el establecimiento del gel, temperaturas altas inducen la licuefacción. ● Presentan sinéresis: exudación de la fase acuosa, por una contracción del gel.

En ciertas condiciones es posible coagular un sol, especialmente un sol liófilo, de modo que se obtiene una masa semi rígida gelatinosa que incluye todo el líquido del sol, este producto se llama: GEL.

Los geles se clasifican en: 1. GELES ELÁSTICOS La gelatina es un gel elástico, se obtiene por enfriamiento de un sol liófilo que resulta cuando se caliente esta sustancia con agua. Otros ejemplos son los soles de almidón, jaleas de frutas, féculas de cereales. Características: ➔ La deshidratación de un gel elástico da un sólido elástico del cual es fácil regenerar el sol original por adición de agua. ➔ Cuando un gel elástico ha tomado tanto líquido como le sea posible de la fase de vapor, todavía puede absorber más cuando se lo coloca en un líquido, este fenómeno se llama imbibición o hinchamiento, debido al aumento de tamaño del gel. ➔ La absorción es selectiva, es decir, la gelatina toma agua pero no alcohol.

2. GELES NO ELÁSTICOS El ácido silícico o gel de sílice. Los precipitados gelatinosos de óxidos metálicos hidratados como óxidos de hierro, aluminio, cobre, estaño y plomo se relacionan con los geles no elásticos, pero no son geles verdaderos porque no incluyen toda el agua presente. Características: ➔ Se hace vítreo o se pulveriza por secado, solo se observa por rehidratación, reversibilidad para el gel casi seco. ➔ El gel no elástico no posee el fenómeno de imbibición o hinchamiento, cuando están secos pueden absorber líquidos pero sin aumentar su volumen, el líquido entra en el gel pero como las paredes son rígidas el volumen no se altera. ➔ La absorción no es selectiva, es decir toma cualquier líquido que lo moja.

Suspensión Se forma cuando las partículas son de mayor tamaño y tienden a sedimentarse.

sistema disperso heterogéneo.

PREPARACIÓN DE DISPERSIONES COLOIDALES: Muchas sustancias sólidas forman dispersiones coloidales cuando se las pone en contacto o se las calienta con un medio de dispersión adecuado, por ej: la gelatina y el almidón en agua, o el caucho en benceno. Sustancias de ese tipo forman coloides intrínsecos, los cuales tienen carácter liófilo. Los coloides extrínsecos son dispersiones de pequeñas partículas insolubles de bajo peso molecular, son soles liófobos. Deben ser preparados mediante métodos especiales que produzcan partículas de tamaño adecuado, como por ejemplo: ➔ PRINCIPIO DE PEPTIZACIÓN: consiste en la desintegración o dispersión directa de una sustancia en partículas de dimensiones coloidales mediante el agregado de un agente peptizante. En la preparación de soles de celulosa, la celulosa es peptizada por varios solventes orgánicos, por ejemplo mezclas de alcohol y de éter. ➔ DESINTEGRACIÓN ELÉCTRICA, o de condensación.

PURIFICACIÓN DE DISPERSIONES COLOIDALES: Los procedimientos que se emplean para separar los soles que se encuentran en soluciones verdaderas, dependen del tamaño de las partículas coloidales dispersas. 1. DIÁLISIS Se basa en el hecho de que la mayoría de las sustancias en solución verdadera pueden pasar a través de una membrana y las sustancias coloidales quedan retenidas. También se basa en la diferencia de velocidades de difusión de las partículas, las coloides difunden con lentitud debido al gran tamaño que poseen mientras que las moléculas y los iones difunden con mayor velocidad. Las membranas que se suelen usar son de: celofán, nitrato de celulosa, acetato de celulosa.

2. ULTRAFILTRACIÓN Los poros de los filtros permiten el paso de partículas coloidales, también se pueden usar membranas con poros pequeños como para retener las partículas. Se pueden preparar membranas de celofán con poros de diferentes tamaños, de esta forma se pueden separar en fracciones que contengan partículas de diferente tamaño.

Precipitación de coloides es la POTABILIZACIÓN DEL AGUA La potabilización es un proceso que consiste en la eliminación de los sólidos suspendidos, aglomeración, decantación de los coloides y desinfección de organismos patógenos mediante la: · coagulación · sedimentación, · filtración, · desinfección, Todo ello realizado en las estaciones de tratamiento de agua potable (ETAP). La potabilización tiene por objetivo hacer el agua apta para el consumo humano. Básicamente en el proceso de coagulación se agrega al agua coagulante (compuestos de aluminio como policloruros de aluminio, sulfato de aluminio) los cuales se aglomeran con el material en suspensión presentes en el agua, precipitan dejando el agua cristalina. COAGULACIÓN

Proceso que consiste en la transformación de partículas coloidales y suspendidas en el agua (0,001 a 0,1 mm) en partículas pequeñas coaguladas y visibles (0,1 a 1 mm) mediante la adición de un coagulante que comprime la doble capa eléctrica y envuelve a cada partícula en suspensión, disminuye la magnitud de las interacciones electrostáticas repulsivas entre partículas y así desestabiliza a la partícula. Como consecuencia se forman partículas más grandes, llamadas flóculos que poseen mayor peso, para una mejor sedimentación....