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TEMA 6. Disoluciones coloidales Dispersiones coloeidales Coloide: sustancia que, al encontrarse en un líquido, se dispersa poco a poco. Los sistemas o dispersiones coloidales están formados por dos partes o fases: o Se compone de dos fases: • Fase dispersante o dispersora. Es la materia continua en la cual están dispersas las partículas coloidales. • Fase dispersa. Se compone de partículas coloidales o micelas. Las partículas coloidales son tan pequeñas que, por normalmente, pasan a través del papel del filtro ordinario, por lo que no pueden separarse por filtración. Las dispersiones coloidales se diferencian claramente de las disoluciones ya que estas últimas son mezclas homogéneas de las moléculas de las distintas sustancias componentes siendo transparentes, como el propio disolvente. Cuando las partículas de la fas dispersa son mayores de 2000Å, se llama suspensión y se diferencia de las dispersiones coloidales porque pueden separarse las partículas mediante filtración ordinaria o simplemente por sedimentación en el campo gravitatorio terrestre.

Tipos de sistemas coloidales Tanto la fase dispersa como la dispersante pueden ser un líquido o un sólido, excepto que ambos no pueden ser gases (en las reacciones de los gases solo existe una fase). Son posibles 8 tipos de sistemas coloidales: ¿Cuáles son los más importantes? Los que tienen un líquido como medio dispersante, sobre todo las EMULSIONES y los SOLES. En la actualidad se utilizan muchos pesticidas, perfumes y algunos medicamentos en forma de AEROSOLES.

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Se distinguen 3 tipos de formas de micelas:

GLOBULARES

FIBROSAS

PLANAS O LAMINARES

Coloides globulares. Tienen una viscosidad pequeña.

Coloides fibrosos. Tienen una viscosidad muy grande (micelas forman un enrejado que tiene resistencia al flujo del líquido)

Coloides laminares. Tienen una viscosidad intermedia.

Son los más importantes: Siliconas, proteínas, celulosa

Plata, oro, azufre, sulfuros, hidróxidos, …

Propiedades de los sistemas coloidales PARTÍCULAS COLOIDALES

* No pueden verse * No puede distinguirse su forma * Sólo se pone de manifiesto su forma (aparecen como puntos luminosos debido a la luz que dispersan

Las partículas coloidales, en realidad, no se ven ni puede distinguirse su forma, sino que únicamente se pone de manifiesto su presencia, al aparecer como puntos luminosos debido a la luz que dispersan. Efecto Tyndall: la dispersión de la luz por partículas coloidales: Dispersión de la luz de los faros de los automóviles, causada por el humo o la niebla. ▪ Dispersión de un haz de luz láser causada por las partículas de polvo del aire en un cuarto oscuro. ¿Para que se utiliza? Para diferenciar las dispersiones coloidales de las disoluciones verdaderas: ◦ Iones o moléculas presentes en una disolución no dispersan la luz (son invisibles) La dispersión de la luz es la causa de la turbidez u opacidad de muchos sistemas coloidales. Es la base del ultramicroscopio. Las micelas coloidales pueden verse en el campo del microscopio como puntos brillantes sobre el fondo negro. No puede verse la forma de las micelas, pero sí seguir su movimiento desordenado, describiendo complicadas trayectorias en forma de zigzag. • Movimiento browniano: movimiento herrático de las micelas. Se produce por los choques de las moléculas de disolvente con las micelas coloidales, impidiendo así que éstas se depositen en el fondo, aunque sean más densas que el medio dispersivo. El color tan llamativo de muchos coloides se debe a la dispersión selectiva de la luz por las micelas coloidales, de cuyo tamaño depende principalmente la mayor o menor dispersión de ciertos colores del espectro visible. Las micelas de la mayoría de los sistemas coloidales están cargadas eléctricamente. Esto se debe: I. A la disociación de macromoléculas, que forman las partículas coloidales. II. A la adsorción preferente por las micelas de uno de los dos tipos de iones, presentes en el medio dispersivo.

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De esta forma todas las micelas tienen cargas eléctricas del mismo signo. Cuando una dispersión coloidal se coloca entre dos electrodos, a los que se aplica una diferencia de potencial adecuado, todas las partículas coloidales emigran hacia uno de los electrodos, fenómeno que se denomina ELECTROFORESIS. Al ponerse en contacto las micelas con el electrodo de signo opuesto pierden su carga y se aglomeran, con lo que se precipitan en forma de grandes copos, lo que se conoce con el nombre de FLOCULACIÓN o COAGULACIÓN del coloide.

Estabilidad de los sistemas coloidales COLOIDES HIDROFÍLICOS: Son disoluciones que contienen moléculas muy grandes, como proteínas. Un ejemplo sería una larga cadena de hidrocarburo, con un grupo polar en un extremo, disperso en agua.  Se forman puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua y los grupos polares del extremo, mientras que las largas cadenas apolares quedan en el interior de la micela, sin tener contacto con el agua.  La hidratación del coloide se debe a la atracción mutua de las moléculas de agua y las micelas, dado el dipolo existente en la molécula de agua, y la carga eléctrica de la micela, las cargas de signo contrario se atraen y finalmente se unen. Gelificación o imbición: el fenómeno de fijación de agua por parte de las micelas. Puede demostrarse introduciendo un trozo de agar o gelatina en un recipiente de agua: • El agar o la gelatina comienza a hincharse (absorbiendo agua y adquiriendo consistencia blanda). Los coloides hidrofílicos pueden ser REVERSIBLES, esto es, cuando causamos la precipitación de las micelas, éstas pueden volver al estado coloidal agregando dispersante nuevamente. Tixotropía: transformación gel-sol que suele ser reversible. COLOIDE HIDRÓFOBOS: La viscosidad y la tensión superficial es similar en las partículas dispersas y en el medio dispersante. La estabilidad de estos coloides depende de la carga eléctrica de las micelas, que son de un mismo signo, y se mantienen en solución por repulsión continua. La estabilización de los coloides hidrofóbos puede conseguirse de dos formas:  Por los coloides protectores  Por adsorción de iones. Agente emulsionante: coloide protector que se trata de una emulsión Coloides protectores: coloides hidrofóbos y su acción estabilizadora se debe a la formación de una película o capa monomolecular que rodea las partículas o gotitas del coloide hidrófobo. La precipitación de un coloide hidrofóbo es IRREVERSIBLE, dado que una vez que las micelas han precipitado, no pueden ser dispersadas nuevamente. Para precipitar una partícula coloidal hidrófoba, se debe agregar a la solución un electrolito de carga contraria a la micela, neutralizando dichas cargas. También puede precipitarse un coloide hidrofóbo con otro coloide, siempre y cuando las micelas de ambos sean de cargas eléctricas contrarias, y la mezcla se realice en las proporciones adecuadas.

Jabones y detergentes JABONES Jabones: sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos, solubles en agua. Se fabrican a partir de grasas, aceites o de sus ácidos grasos, mediante tratamiento con un álcali o base fuerte. Por sus características, son surfactantes aniónicos.

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El proceso de fabricación de los jabones a partir de triacilglicéridos es la SAPONIFICACIÓN.

La segunda posibilidad para la fabricación de jabones es la NEUTRALIZACIÓN de ácidos grasos con álcali: • Lo primero que se hidroliza son las grasas y los aceites utilizando corrientes a alta presión que separan los ácidos grasos de la glicerina o glicerol. • Después se purifican los ácidos grasos por destilación y ya se pueden neutralizar con el álcali para dar el jabón. La dureza del agua se debe a la presencia de sabes minerales, principalmente de calcio y magnesio, pero también de hierro y manganeso. Estas sales minerales reaccionan con los jabones para dar precipitados insolubles, por eso la eficacia limpiadora de los jabones se reduce con la dureza del agua. Otro problema que tienen los jabones es que la baja acidez de los ácidos grasos hace que sus sales con metales alcalinos sean ligeramente básicas y cuando el pH de una disolución jabonosa baja debido a la presencia de contaminantes aídicos, los ácidos grasos precipitan. DETERGENTES Detergentes: productos limpiadores más eficaces que los jabones porque contienen mezclas de surfactantes que les permiten trabajar en distintas condiciones; por eso son menos sensibles a la dureza del agua que los jabones. La mayoría de los surfactantes que contienen los detergentes se han desarrollado a partir de productos petroquímicos, derivados del petróleo y oleoquímicos, a partir de distintos aceites y grasas. Las cadenas hidrocarbonadas derivadas de grasas, aceites o petóleo constituyen la parte hidrófoba de la molécula surfactante, mientras que compuestos como trióxido de azufre, ácido sulfúrico u óxido de etileno se utilizan para constituir la parte hidrófila de esa molécula. Aparte de los surfactantes, los detergentes incorporan otras sustancias: a) Agentes coadyuvantes. Por ejemplo para ablandar el agua (silicatos, carbonatos) o para blanquear manchas resistentes (perboratos) b) Agente auxiliares. Por ejemplo para favorecer la eliminación del polvo (sulfato de sodio), eliminar restos orgánicos (enzimas), contrarrestar la tendencia al amarillentamiento del color blanco (sustancias fluorescentes) o estabilizadores de espumas (perfumes, colorantes)

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Preparación de coloides La preparación de un sistema coloidal consiste en la obtención de partículas de tamaño coloidal, lo que puede conseguirse por métodos de dispersión o por métodos de condensación: I. Métodos de dipersión. Disgregación de grandes partículas en otras cada vez más pequeñas. II. Métodos de condensación. Agrupamiento de pequeñas unidades (moléculas o iones) hasta conseguir partículas del tamaño adecuado. MÉTODOS DE DISPERSIÓN

 Normalmente de tipo mecánico

Utilizando molinos coloidales: molinos especiales. • Usados en industrias de pintura para obtener los pigmentos en forma coloidal • Usados en perfumerías y cosmética Utilizando batidoras de elevadas velocidades de revolución. • Gran aplicación industrial para la preparación de emulsiones, especialmente en industrias farmacéuticas y de alimentación.

Se producen, también, sustancias sólidas, en forma de partículas de tamaño coloidal, mediante un secado rápido de diminutas gotitas producidas por aparatos especiales, llamados ATOMIZADORES. Peptización: disgregación de partículas grandes en otras más pequeñas mediante reactivos químicos. ◦ Se llama agente peptizante al reactivo químico que la produce. MÉTODOS DE CONDENSACIÓN ¿En qué se basa? En reacciones químicas en las que se produce una sustancia insoluble, es decir, en reacciones de precipitación. • Durante el proceso tendrá lugar el ENVEJECIMIENTO DEL PRECIPITADO: formación de una nueva fase como resultado de sobresaturación de la fase inicial, producida por un cambio de temperatura. ✗ Se acelera mediante la agitación y el calentamiento. ✗ Suele hacer siempre que se desea para separar por filtración un precipitado, para evitar la presencia de micelas coloidales que pasarían a través del papel de filtro. Las gelatinas y sustancias llamadas estabilizadores o coloides protectores evitan el crecimiento de las partículas y hacen que éstas se mantengan en dispersión coloidal. Arco de Bredig: método de condensación muy usado para preparar coloides de metales. Consiste en hacer saltar un arco entre dos varillas del metal, sumergidas en el medio de dispersión, por ejemplo, agua: • Metales se vaporizan en el arco y luego se condensan en agua fría, formando partículas de tamaño coloidal. • Hay que añadir una sustancia estabilizadora para evitar la precipitación del coloides. CAMBIO DE DISOLVENTE Es un método que también permite la formación de precipitados coloidales. Cambio de disolvente: consiste en mezclar una disolución verdadera con un disolvente en el que no sea soluble el soluto de la primera.

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Coagulación de dispersiones coloidales COLOIDES HIDRÓFILOS Pueden coagularse por adición de electrólitos, debido a que la solvatación de los grupos polares de las moléculas de estos coloides disminuye notablemente cuando existe una elevada concentración de iones en disolución. Por esto, para producir la coagulación se necesita, en este caso la adición de cantidades de electrólito mucho mayores que para coagular coloides hidrófobos. Esto se conoce como saladura: • Utilizada desde muy antiguo para la precipitación de los jabones. • La ruptura de la capa protectora de moléculas del disolvente puede también conseguirse por la adición de líquidos no iónicos con gran afinidad por el disolvente. ¿Qué se consigue? Podemos producir la coagulación de coloides hidrófilos, al eliminar la capa protectora de moléculas de agua que recubre a las micelas y evitar su floculación. Diálisis: permite hacer más duradera la estabilidad de los coloides hidrófilos: ◦ ¿Cómo? Eliminando el exceso de iones. ◦ ¿En qué consiste? En colocar el coloide en un recipiente, una de cuyas paredes es una membrana permeable de iones, pero impermeable de micelas. A su vez, el coloide, se intoduce en otro mayor con agua pura, que se renueva periódicamente. • Iones → emigran por difusión desde la dispersión coloidal al recipiente puro. ◦ El proceso puede adelantarse colocando el dializador entre los dos electrodos de una cuba electrólitica (electroiálisis), con lo que aumenta la velocidad de emigración de los iones hacia el electrodo de signo opuesto. COLOIDES HIDÓFOBOS La eliminación total del electrólito adsorbido, mediante una diálisis prolongada, conduce a la coagulación del coloide. * Simple calentamiento → rompe el equilibrio de las fuerzas de atracción ejercidas OTRAS FORMAS entre las moléculas de las distintas especies químicas que existen en la dispersión DE coloidal. COAGULACIÓN * Mezclar coloides cuyas micelas tienen cargas de signo contrario. ¿Por qué son importantes las dispersiones coloidales? Porque permite obtener muchos productos naturales (mantequilla, queso, caucho natural del látex de varias plantas) ¿Por qué son importantes las coagulaciones? Porque permiten destruir humos y polvos industriales, que, además de impurificar la atmósfera, pueden causar graves explosiones. Por eso se utiliza el método de coagulación eléctrica de Cottrell en el que el aerosol se hace pasar por una serie de electrodos puntiagudos cargados de un elevado potencial eléctrico. Las micelas coloidales adquieren elevada carga: • Por adsorción de los numerosos iones producidos en las cercanías de los electrodos. • Por contacto directo con éstos y se depositan en el electrodo contraio. ¿Qué se consigue en esto? Se consigue evitar la impurificación del aire atmosférico, se recuperan en la actualidad, muchas toneladas diarias de valiosos minerales, que antes se perdían por las chimeneas de las industrias.

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