Qumica general II

COLOIDES 1

SISTEMAS COLOIDALES

FASES DE UN SISTEMA COLOIDAL

FASE DISPERA: es la fase que forman las partculas

MEDIO DISPERSANTE: es el medio en el cual las partculas se encuentran disueltas (es decir en el solvente)

Tipos de coloides

NOMBRE TIPO Ej. SOL Partculas SLIDAS dispersas en un LIQUIDO AgCl en agua

EMULSIN Partculas LIQUIDAS dispersas en un LIQUIDO leche

ESPUMA Partculas de un GAS dispersas en un LIQUIDO crema batida

AEROSOL Partculas SLIDAS dispersas en un GAS humo

AEROSOL Partculas LIQUIDAS dispersas en un GAS niebla

GEL Partculas LIQUIDAS dispersas en un SLIDO gelatina

SOLUCIONES VERDADERAS (Moleculares)

Las partculas de soluto distribuidas en el solvente son molculas simples o

iones

DISPERCIONES COLOIDALES

Partculas de mayor tamao que las molculas.

Son sistemas de dos fases, para cada partcula existe una superficie definida. No

pueden verse con microscopio.

SUSPENSIONES

Contiene partculas lo suficientemente grande

como para que sean visibles a simple vista o con

microscopio.

TAMAO

200 nm ( 200.10-9 m) 5 nm ( 5.10-9 m)

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Adems de los diferentes tipos de sistemas dispersos tenemos tambin los grupos de tamao coloidal que se conocen con el nombre de MICELAS. stas pueden ser: Molculas de jabn o detergente, estas son muy pequeas comparadas con las dimensiones coloidales. Partculas que producen turbidez.

1- SOLES

Los soles se pueden dividir en

PREPARACIN DE DISPERSIONES COLOIDALES:

Muchas sustancias slidas forman dispersiones coloidales cuando se las pone en contacto o se las calienta con un medio de dispersin adecuado, por ej: la gelatina y el almidn en agua, o el caucho en benceno. Sustancias de ese tipo forman coloides intrnsecos, los cuales tienen carcter lifilo. Los coloides extrnsecos son dispersiones de pequeas partculas insolubles de bajo peso molecular, son soles lifobos. Deben ser preparados mediante mtodos especiales que produzcan partculas de tamao adecuado, como por ejemplo:

SOLES LIFOBOS (hidrfobos)

Son relativamente inestables en comparacin con los lifilos.

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

Si se evaporan o se enfran, se obtienen slidos que no pueden volver a ser soles.

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

SOLES LIFILOS (hidrfilos)

Son ms estables en comparacin con los lifobos.

Con poca cantidad de electrolito no son afectados.

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

Ejemplos: Soles de: gomas, almidones, protenas

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PRINCIPIO DE PEPTIZACIN: consiste en la desintegracin o dispersin directa de una sustancia en partculas de dimensiones coloidales mediante el agregado de un agente peptizante. En la preparacin de soles de celulosa, la celulosa es peptizada por varios solventes orgnicos, por ejemplo mezclas de alcohol y de ter. DESINTEGRACIN ELCTRICA, o de condensacin.

PURIFICACIN DE DISPERSIONES COLOIDALES:

Los procedimientos que se emplean para separar los soles que se encuentran en soluciones verdaderas, dependen del tamao de las partculas coloidales dispersas. Ellos son:

1. Dilisis 2. Ultrafiltracin

1. DILISIS

Se basa en el hecho de que la mayora de las sustancias en solucin verdadera pueden pasar a travs de una membrana y las sustancias coloidales quedan retenidas. Tambin se basa en la diferencia de velocidades de difusin de las partculas, las coloides difunden con lentitud debido al gran tamao que poseen mientras que las molculas y los iones difunden con mayor velocidad. Las membranas que se suelen usar son de: celofn, nitrato de celulosa, acetato de celulosa.

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Distintos tipos de filtracin de acuerdo al tamao de las partculas

PROPIEDADES DE LOS SOLES

1. TICAS

2. ELCTRICAS

2. ULTRAFILTRACIN

Los poros de los filtros permiten el paso de partculas coloidales, tambin se pueden usar membranas con poros pequeos como para retener las

partculas.

Se pueden preparar membranas de celofn con poros de diferentes tamaos, de esta forma se pueden separar en fracciones que contengan

partculas de diferente tamao.

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2. PROPIEDADES ELCTRICAS:

SOLES LIFOBOS (hidrfobos)

Cuando un sol hidrfobo se coloca en un campo elctrico, las partculas se mueven en forma definida, en un sentido u otro, esto significa que las partculas estn elctricamente cargadas con respecto al medio dispersante. El movimiento de partculas cargadas en solucin bajo la influencia de un campo elctrico* constituye la definicin de la tcnica: ELECTROFORESIS. La velocidad que toman las partculas cuando se aplica un campo elctrico se conoce como movilidad electrofortica. Las movilidades electroforticas de los soles se encuentran dentro del intervalo de 2/4 10-4 cm.s-1 /v cm-1

HAZ DE LUZ

1. PROPIEDADES PTICAS

A pesar de ser pequeas las partculas de los coloides, hay mtodos pticos que permiten poner en evidencia la existencia de las mismas. Si se hace pasar un haz de luz intenso a travs de un medio claro (con partculas < a 1 nm) la trayectoria de la luz no puede ser revelada fcilmente, en cambio si el medio contiene partculas de tamao coloidal las mismas producen dispersin de la luz y el haz se hace visible. Efecto Tyndall: se denomina as a la trayectoria de la luz a travs de un sol, que se hace visible debido

a la dispersin.

HAZ DE LUZ

SOLUCIONES COLOIDALES

SOLUCIONES VERDADERAS

HAZ DE LUZ

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El signo de la carga de las partculas puede determinarse observando el sentido de desplazamiento. Por ejemplo los soles de metales, azufre, sulfuros metlicos, hidrxidos cidos, y colorantes con cargas negativas, se desplazan electroforticamente hacia el electrodo positivo. Sin la carga elctrica los lifobos seran inestables. Los sistemas coloidales contienen pequeas cantidades de electrolitos, si estos se eliminan el sol se hace inestable, las partculas dispersas aumentan de tamao y precipitan. La carga elctrica de las partculas coloidales lifobas en un sol acuoso es el resultado de la absorcin preferencial de un in particular.

La estabilidad del sol es debida a la repulsin electrosttica de partculas cargadas del mismo signo.

Sol lifobo

Es por eso que si se neutralizan las cargas, se produce la precipitacin del sol. El in que produce la precipitacin del sol tiene carga opuesta a las partculas coloidales y el efecto precipitante aumenta al aumentar el nmero de valencia de ste in.

*Un campo elctrico (E) es un campo de fuerza creado por la atraccin y repulsin de cargas elctricas (estas cargas son la causa del flujo elctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m).

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SOLES LIFILOS (hidrfilos)

Las partculas de soles lifilos presentan el fenmeno de migracin electrofortica en un campo elctrico.

Los soles lifilos presentan partculas con una gran hidratacin (solvatacin) es por ello que los soles lifilos presentan mayor viscosidad que los soles lifobos. Los electrolitos en pequeas cantidades no tienen efectos coagulantes en soles lifilos, se cree que esta estabilidad puede ser la solvatacin de las partculas. Por ejemplo, si se agrega alcohol a un sol lifilo en agua, el sistema se vuelve sensible a los electrolitos, (es decir pudiendo precipitar con el agregado de electrolitos), comportndose como un sol lifobo, esto se debe a que el alcohol elimina la capa estabilizante de agua, entonces las partculas quedan como desnudas (es decir sin la capa de agua) y con las cargas expuestas. La estabilidad de un sol lifobo se debe a:

1. La capa de molculas de agua. 2. La carga elctrica.

Sol lifilo

El agregado de grandes cantidades de electrolitos a soles lifilos produce la precipitacin, esto se debe a la deshidratacin de las partculas por la elevada concentracin de sales. Solamente los soles lifilos coagulados pueden volver a estado coloidal (mediante dilisis por ejemplo), esto no se observa en los soles lifobos.

2- EMULSIONES

Est formada por pequeas partculas de un lquido dispersas en otro lquido, el dimetro de las gotas dispersado es de 100 a 103 nm Ej: leche y mayonesa, consisten en pequeas gotas de grasa lquida dispersas en medio acuoso.

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En algunas emulsiones el agua est en forma de gotas dispersadas en medio continuo de aceite (emulsiones de tipo de agua en aceite). Las emulsiones son inestables a menos que se le agregue una sustancia que se denomina agente emulsionante o estabilizante.

Los agentes emulsionantes mas frecuentes son:

1. Jabones y Detergentes: La accin de estas sustancias se debe a sus propiedades emulsionantes, al dividir la grasa y el aceite en pequeas gotas facilita la separacin junto con las partculas de polvo que las acompaan.

2. Sustancias lifilas: son sustancias como protenas, gomas, gar, son buenos agentes estabilizantes de emulsiones. Por ejemplo en la leche el agente estabilizante es la protena llamada casena y en la mayonesa el agente estabilizante es el huevo.

3. Polvos insolubles: son polvos como los de sulfatos bsicos de hiero, cobre y nquel, sulfato de plomo, xido frrico, 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 tensin superficial en una interfase, sta tiende a ser tan chica como sea posible. No obstante en una emulsin la superficie de separacin entre las gotas de la fase dispersa y el medio dispersante, es muy grande. Lo cual significa que la tensin de la interfase es pequea y la funcin del agente emulsionante es disminuir la tensin superficial en la interfase aceite-agua. Las emulsiones estabilizadas se parecen mas a los soles lifilos que a los lifobos, las mismas adquieren propiedades de un sol. Un exceso de electrolito puede precipitar el agente emulsionante produciendo la inestabilidad de la emulsin. Es posible romper las emulsiones, es decir transformarlas en dos capas lquidas separadas

demulsificacin Se puede realizar en forma qumica o por mtodos fsicos. Por ejemplo la conversin de la crema de leche en manteca mediante batido es un ejemplo de como se rompe una emulsin. La destruccin qumica del agente emulsionante es un modo efectivo, por ejemplo, el agregado de un cido convierte un jabn en el correspondiente cido graso que no es un emulsionante. Para romper las emulsiones se emplean los mtodos con calentamiento, solidificacin y centrifugacin.

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Distintas representaciones esquemticas de micelas:

3- GELES En ciertas condiciones es posible coagular un sol, especialmente un sol lifilo, de modo que se obtiene una masa semi rgida gelatinosa que incluye todo el lquido del sol, este producto se llama: GEL.

Los geles se clasifican en:

1. GELES ELSTICOS 2. GELES NO ELSTICOS

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1. GEL ELSTICO

La gelatina es un gel elstico, se obtiene por enfriamiento de un sol lifilo que resulta cuando se caliente esta sustancia con agua. Otros

ejemplos son los soles de almidn, jaleas de frutas, fculas de cereales.

Caractersticas:

La deshidratacin de un gel elstico da un slido elstico del cual es fcil regenerar el sol original por adicin de agua. Cuando un gel elstico ha tomado tanto lquido como le sea posible de la fase de vapor, todava puede absorber ms cuando se lo coloca en un lquido, este fenmeno se llama imbibicin o hinchamiento, debido al aumento de tamao del gel.

La absorcin es selectiva, es decir, la gelatina

toma agua pero no alcohol.

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Un ejemplo de precipitacin de coloides es la POTABILIZACIN DEL AGUA La potabilizacin es un proceso que consiste en la eliminacin de los slidos suspendidos, aglomeracin, decantacin de los coloides y desinfeccin de organismos patgenos mediante la:

coagulacin

sedimentacin,

filtracin,

desinfeccin,

Todo ello realizado en las estaciones de tratamiento de agua potable (ETAP). La potabilizacin tiene por objetivo hacer el agua apta para el consumo humano.

GEL NO ELSTICO

El cido silcico o gel de slice. Los precipitados gelatinosos de xidos metlicos hidratados como xidos de hierro, aluminio, cobre, estao y plomo se relacionan con los geles no elsticos, pero no son geles verdaderos porque no incluyen toda el agua presente.

Caractersticas:

Se hace vtreo o se pulveriza por secado, solo se observa por rehidratacin, reversibilidad para el gel casi seco.

El gel no elstico no posee el fenmeno de imbibicin o hinchamiento, cuando estn secos pueden absorber lquidos pero sin aumentar su volumen, el lquido entra en el gel pero como las paredes son rgidas el volumen no se altera.

la absorcin no es selectiva, es decir toma cualquier lquido que lo moja.

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Bsicamente en el proceso de coagulacin se agrega al agua coagulante (compuestos de aluminio como policloruros de aluminio, sulfato de aluminio) los cuales se aglomeran con el material en suspensin presentes en el agua, precipitan dejando el agua cristalina.

COAGULACIN Proceso que consiste en la transformacin de partculas coloidales y suspendidas en el agua (0,001 a 0,1 mm) en partculas pequeas coaguladas y visibles (0,1 a 1 mm) mediante la adicin de un coagulante que comprime la doble capa elctrica y envuelve a cada partcula en suspensin, disminuye la magnitud de las interacciones electrostticas repulsivas entre partculas y as desestabiliza a la partcula. Como consecuencia se forma partculas ms grandes, llamadas flculos que poseen mayor peso, para una mejor sedimentacin.

Las siguientes figuras muestran la accin del coagulante