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INSTITUTO TECNOLOGICO DE TIJUANA

Fisicoquímica I TEMA:

Coloides Profesor: Octaviano Castellanos García Alumno: Rentería García Cesar Horacio 5to semestre Ing. Química No. De Control 08211492

Tijuana B.C. México

Jueves 16 de Diciembre de 2010

Índice Introducción ……………………………………………………………………… 1 1. Coloide …………………………………………………………………………. 2 1.1 Definición …………………………………………………………………….. 2 1.2 Clasificación …………………………………………………………………. 3 2. Sol ………………………………….…………………………………………… 5 3. Aerosol

…………………………….………………………………………….. 5

4. Emulsión ………………………………………………………………...…….. 7 5.1 Coloide liofilico …………………………………………………..…………. 8 5.2 Coloide liofóbico ……………………………………………………………. 9 5.3 Coloide hidrofilico ……………………………………………………..…… 9 5.4 Colide hidrofobico …………………………………………………………. 10 6. Gel ………………………………………………………………………………. 11 6.1 Tipos de Geles ………………………………………………………………. 12 7. Agente peptizante ……………………………………………………………. 13 8. Agente emulsificante ………………………………………………………... 13 9. Purificación de coloides ……………………………………………………. 14 10. Estructura y estabilidad …………………………………………………… 15 11. Formación e interacción de micelas …………………………………….. 15

Referencias ……………………………………………………………………..... 17

Introducción Una sustancia posee un conjunto de propiedades físicas y químicas que no dependen de su historia previa o del método de separación de la misma. Las mezclas pueden variar mucho en su composición química, sus propiedades físicas y químicas varían según la composición y pueden depender de la manera de preparación. Al hablar de sistemas dispersos o mezclas, se tendrá en cuenta que se denomina así, a los sistemas homogéneos (soluciones) o heterogéneos (dispersiones), formados por mas de una sustancia. Hay sistemas dispersos en los que se distinguen dos medios: la fase dispersante y la fase dispersa. Las mezclas se caracterizan porque: las componentes de las mezclas conservan sus propiedades, intervienen en proporciones variadas, en ellos hay diferentes clases de moléculas, cuando son homogéneas se pueden fraccionar y cuando son heterogéneas se pueden separar en fases.

Según el grado de división de las partículas los sistemas dispersos se clasifican en:

Dispersiones macroscópicas o groseras: son sistemas heterogéneos, las partículas dispersas se distinguen a simple vista son mayores a 50ðm. Dispersiones finas: son sistemas heterogéneos visibles al microscopio, las partículas son menores a 50ðm y mayores a 0.1 ðm Dispersiones o sistemas coloidales: en estas dispersiones el medio disperso solo es visible con el ultramicroscopio. Si bien son sistemas heterogéneos, marcan un límite entre los sistemas materiales heterogéneos y homogéneos. El tamaño de sus partículas se halla alrededor de 1ðm Soluciones verdaderas: en estos sistemas las partículas dispersas son moléculas o iones, su tamaño es menor a 0.001ðm. No son visibles ni siquiera con ultramicroscopio, y son sistemas homogéneos.

1. Coloide En química un coloide, suspensión coloidal o dispersión coloidal es un sistema físico-químico formado por dos o más fases, principalmente éstas son: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas; por lo general sólidas. La fase dispersa es la que se halla en menor proporción.

1.1 Definición El nombre de coloide proviene de la raíz griega kolas que significa que puede pegarse. Este nombre hace referencia a una de las principales propiedades de los coloides: su tendencia espontánea a agregar o formar coágulos. Los coloides pueden ser definidos como el puente que comunica a las suspensiones con las soluciones, es decir, son un paso intermedio entre ambas. La línea divisoria entre las soluciones y los coloides ó entre éstos y las

mezclas no es definida puesto que muchas de las características de tales sistemas se comparten mutuamente sin discontinuidad. Consecuentemente, la clasificación es frecuentemente difícil y la nomenclatura empleada queda sujeta a una selección arbitraria. Una de las diferencias entre los coloides con las suspensiones, es que no se sedimentan al dejarlas en reposo. Una partícula coloidal tiene, al menos, una dimensión que se encuentra entre los 10 -5 y 10-7 cm. Aunque estos límites son, algo arbitrarios, nos sirven de guía para clasificar los coloides. En las soluciones, se habla de soluto y solvente, pero en las suspensiones de tipo coloidal, hablamos de partículas dispersas o bien partículas coloidales y medio de dispersión. Los coloides son muy distintos a las soluciones en sus propiedades, de ahí que estén clasificados no como soluciones, sino como soles. 1.2 Clasificación Los coloides se clasifican en tres clases generales que dependen del tamaño de la partícula, y son:

1. Dispersiones coloidales 2. Soluciones de Macromoléculas 3.

Coloides de Asociación

Aunque el coloide por excelencia es aquel en el que la fase continua es un líquido y la fase dispersa se compone de partículas sólidas, pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran en otros estados de agregación. En la siguiente tabla se recogen los distintos tipos de coloides según el estado de sus fases continua y dispersa: Fase dispersa

Fase

Gas

Gas

Líquido

Sólido

No es posible

Aerosol líquido,

Aerosol sólido,

continua

porque todos los gases son solubles entre sí

Ejemplos: niebla,

Ejemplos: Humo,

bruma

polvo en suspensión

Emulsión, Espuma, Ejemplos: Leche, Líquido

Ejemplos: Espuma

salsa mayonesa,

de afeitado

crema de manos, sangre

Sólido

Sol, Ejemplos: Pinturas, tinta china

Espuma Sólida,

Gel,

Sol sólido,

Ejemplos: piedra

Ejemplos: Gelatina,

Ejemplos: Cristal

Pómez, Aerogeles

gominola, queso

de Rubí

Actualmente, y debido a sus aplicaciones industriales y biomédicas, el estudio de los coloides ha cobrado una gran importancia dentro de la química física y de la física aplicada. Así, numerosos grupos de investigación de todo el mundo se dedican al estudio de las propiedades ópticas, acústicas, de estabilidad y de su comportamiento frente a campos externos. En particular, el comportamiento electrocinético (principalmente las medidas de movilidad electroforética) o la conductividad de la suspensión completa. Por lo general, el estudio de los coloides es experimental, aunque también se realizan grandes esfuerzos en los estudios teóricos, así como en desarrollo de simulaciones informáticas de su comportamiento. En la mayor parte de los fenómenos coloidales, como la conductividad y la movilidad electroforética, estas teorías tan sólo reproducen la realidad de manera cualitativa, pero el acuerdo cuantitativo sigue sin ser completamente satisfactorio. Coloides: Es el tipo especial de dispercion cuyas particulas permanecen en sispension, con un tamaño de 10-10000 nm.

2. Sol Las soluciones coloidales con un medio de dispersión líquido se dividen en dos clases: soles liófobos (que repelen los líquidos), y soles liófilos (que atraen a los líquidos). Si el agua es el medio, se emplean los términos hidrófobo ó hidrófilo. Los soles liófobos son relativamente inestables (o metaestables); a menudo basta una pequeña cantidad de electrólito ó una elevación de la temperatura para producir la coagulación y la precipitación de las partículas dispersadas. Los liófilos tienen una estabilidad considerable. Al evaporar un sistema liófobo, se obtiene un sólido que no puede convertirse de nuevo en sol por adición del disolvente; pero los soles liófilos siguen siendo en esencia sistemas moleculares dispersados, son reversibles en este respecto. Son ejemplos típicos de soles liófobos los de metales, azufre, sulfuros metálicos y otras sales. Los soles de gomas, almidones, proteínas y muchos polímeros sintéticos elevados son de índice liófila. Un “sol" es una suspensión coloidal de partículas solidas en un líquido; las pinturas, por ejemplo, son una suspensión de partículas de pigmentos solidos diminutos en un líquido oleoso. Un gel es un sol en el que las partículas suspendidas están sueltas, organizadas en una disposición dispersa, pero definida tridimensionalmente, dando cierta rigidez y elasticidad a la mezcla, como en la gelatina. 3. Aerosol En ingeniería ambiental, se denomina aerosol a una mezcla heterogénea de partículas solidas o líquidas suspendidas en un gas. El término aerosol se refiere tanto a las partículas como al gas en el que las partículas están suspendidas. El tamaño de las partículas puede ser desde 0,002 µm a más de 100 µm, esto es, desde unas pocas moléculas hasta el tamaño en el que dichas partículas no pueden permanecer suspendidas en el gas al menos durante unas horas. La notación PM (del inglés particulate matter, materia particulada) se utiliza para referirse a las partículas suspendidas que forman parte del aerosol. La notación PM10 se refiere a las partículas que pasan a través de un cabezal de tamaño selectivo para un diámetro aerodinámico de 10 μm con una eficiencia

de corte del 50%, mientras para que PM2,5 representa partículas de menos de 2,5 µm de diámetro aerodinámico. De forma análoga pueden utilizarse otros valores numéricos. Los aerosoles fueron definidos antes como sistemas coloidales que consistían en las partículas líquidas o sólidas muy finalmente subdivididas dispersadas en un gas. Hoy el aerosol del término, en uso general, ha llegado a ser sinónimo con un paquete presurizado. Los aerosoles de Superficie capa producen un aerosol grueso o mojado y se utilizan cubrir superficies con una película residual. Los propulsores usados en aerosoles están de dos tipos principales: gases licuados y gases comprimidos. Lo anterior consisten en fácilmente los gases licuados tales como hidrocarburos halogenos. Cuando éstos se sellan en el envase, el sistema se separa en un líquido y una fase del vapor y pronto alcanza un equilibrio. La presión del vapor empuja la fase líquida encima de la columna de alimentación y contra la válvula. Cuando la válvula es abierta apretando, la fase líquida se expele en el aire en la presión atmosférica y se vaporiza inmediatamente. La presión dentro del envase se mantiene en un valor constante mientras que más líquido cambia en el vapor. Los aerosoles farmacéuticos incluyen soluciones, suspensiones, emulsiones, polvos, y preparaciones semisolidas.

4. Emulsión Una emulsión es una mezcla de dos líquidos inmiscibles de manera más o menos homogénea. Un líquido (la fase dispersa) es dispersado en otro (la fase continua o fase dispersante). Se llama emulsión a una dispersión coloidal de un líquido en otro inmiscible con él, y puede prepararse agitando una mezcla de los dos líquidos ó, preferentemente, pasando la muestra por un molino coloidal llamado homogeneizador. Tales emulsiones no suelen ser estables y tienen a asentarse en reposo, para impedirlo, durante su preparación se añaden pequeñas cantidades de sustancias llamadas agentes emulsificantes ó emulsionantes, que sirven para estabilizarlo. Estas son generalmente jabones de varias clases, sulfatos y ácidos sulfúricos de cadena larga o coloides liófilos. Muchas emulsiones son emulsiones de aceite/agua, con grasas alimenticias como uno de los tipos más comunes de aceites encontrados en la vida diaria. Ejemplos de emulsiones incluyen la mantequilla y la margarina, la leche y crema, el espresso, la mayonesa, el lado fotosensitivo de la película fotográfica, el magma y el aceite de corte usado en metalurgia. En el caso de la mantequilla y la margarina, la grasa rodea las gotitas de agua (en una emulsión de agua en aceite); en la leche y la crema el agua rodea las gotitas de grasa (en una emulsión de aceite en agua). En ciertos tipos de magma, glóbulos de ferroníquel líquido pueden estar dispersos dentro de una fase continua de silicato líquido. El proceso en el que se preparan las emulsiones se llama emulsificación. Las emulsiones son parte de una clase más genérica de sistemas de dos fases de materia llamada coloides. A pesar que el término coloide y emulsión son usados a veces de manera intercambiable, las emulsiones tienden a implicar que tanto la fase dispersa como la continua son líquidos. Existen tres tipos de emulsiones inestables: la floculación, en donde las partículas forman masa; la cremación, en donde las partículas se concentran en la superficie (o en el fondo, dependiendo de la densidad relativa de las dos fases) de la mezcla mientras permanecen separados; y la coalescencia en donde las partículas se funden y forman una capa de líquido.

Cuándo una emulsión se torna en una emulsión de agua en aceite o en una emulsión de aceite en agua depende de la fracción del volumen de ambas fases y del tipo de emulsificador. Generalmente, la regla de Bancroft se aplica: los emulsificadores y las partículas emulsificantes tienden a fomentar la dispersión de la fase en el que ellos no se disuelven muy bien; por ejemplo, las proteínas se disuelven mejor en agua que en aceite así que tienden a formar emulsiones de aceite en agua (es por eso que ellos fomentan la dispersión de gotitas de aceite a través de una fase continua de agua). El color básico de las emulsiones es el blanco. Si la emulsión es diluida, el efecto Tyndall esparce la luz y distorsiona el color a azul; si es concentrado, el color se distorsiona hacia el amarillo. Este fenómeno se puede ver fácilmente al comparar la leche desnatada (sin o con poca grasa) con la crema (con altas concentraciones de grasa láctea). Las microemulsiones y nanoemulsiones tienden a ser claros debido al pequeño tamaño de la fase dispersa.

5.1 Coloide liofilico Liofilico significa “gustar de un líquido”, en este tipo de coloides hay interacción entre las partículas y el solvente. Este tipo de soles es mucho más estable que los soles liofóbicos. Para el caso de los soles en agua se utilizara el término hidrofílico. Este tipo de coloides se caracteriza por presentar: alta estabilidad hacia la floculación por electrolitos, su visibilidad en el microscopio es mala y presentan una considerable presión osmótica. Algunos ejemplos de estos coloides son: albúmina, glicógeno, hule y ácido silícico. La mayoría de los coloides inorgánicos son hidrofóbicos, mientras que la mayoría de los coloides orgánicos son liofílicos

5.2 Coloide liofóbico Los coloides liofóbicos son dispersiones de un material que no posee afinidad para el medio dispersante o “solvente”. Se forman mediante un proceso de molienda extrema (molino coloidal) o por microprecipitación de partículas dentro del sistema. Tanto la teoría DLVO (Derjaguin, Landau, Vervey, Overbeek) sobre la energía potencial de un conjunto de dos partículas, como la de Von Smoluchowski sobre la cinética de floculación, se basan sobre los conceptos desarrollados para la escala molecular (fuerzas de Van der Waals, difusión, choque bimolecular), y los extienden a laescala coloidal. La experiencia muestra que la aplicación cualitativa de estas teorías puede extrapolarse al caso de las interfases de los sistemas microscópicos y macroscópicos tales como dispersiones, emulsiones y espumas, para los cuales suministran informaciones valiosas sobre los mecanismos involucrados. Si se toman ciertas precauciones, es por lo tanto posible enlazar lo que ocurre en la escala molecular con las propiedades fenomenológicas del sistema microscópico.

5.3 Coloide hidrofilico En una disolución o coloide, las partículas hidrófilas tienden a acercarse y mantener contacto con el agua. Las moléculas hidrófilas son a su vez lipófobas, es decir no tienen afinidad por los lípidos o grasas y no se mezclan con ellas. Las proteínas, como la hemoglobina, portadora del oxígeno, forman soles hidrofílicos cuando están suspendidas en disoluciones acuosas de los fluidos biológicos como el plasma sanguíneo. En el organismo humano, las grandes moléculas que son sustancias tan importantes como las enzimas y los anticuerpos, se conservan en suspensión por su interacción con las moléculas de agua que las rodean.

5.4 Colide hidrofobico Son los coloides que son repelente al agua por ejemplo Los coloides hidrofóbicos son responsables de la coloración del agua y tienen básicamente un origen orgánico con una parte R-NH2 o R-OH. Estas partes electronegativas crean enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. Esta capa se opone a la unión de los coloides y es el factor de la estabilización. Los coloides hidrofóbicos no pueden existir sin la presencia de “agentes emulsionantes” o “sustancias emulsivas” que recubran las partículas de la fase dispersa e impidan la coagulación en una fase separada. La leche y la mayonesa son ejemplos de una fase hidrofóbica que permanece suspendida con ayuda de un agente emulsionante (la grasa de la leche en el primer caso y el aceite vegetal)

6. Gel Un gel (del latín gelu - frío, helado o gelatus - congelado, inmóvil) es un sistema coloidal donde la fase continua es sólida y la dispersa es líquida. Los geles presentan una densidad similar a los líquidos, sin embargo su estructura se asemeja más a la de un sólido. El ejemplo más común de gel es la gelatina comestible. Ciertos geles presentan la capacidad de pasar de un estado coloidal a otro, es decir, permanecen fluidos cuando son agitados y se solidifican cuando permanecen inmóviles. Esta característica se denomina tixotropía. El proceso por el cual se forma un gel se denomina gelación. Reemplazando el líquido con gas es posible crear aerogeles, materiales con propiedades excepcionales como densidades muy bajas, elevada porosidad y excelente aislamiento térmico. Cuando se enfrían algunos soles liófilos por ejemplo, gelatinas, pectinas, o una solución medianamente concentrada de jabón o cuando se agregan electrólitos, en condiciones adecuadas, a ciertos soles liófobos, por ejemplo: óxido férrico hidratado, óxido alumínico hidratado ó sílice, todo el sistema se cuaja formando una jalea aparentemente homogénea que recibe el nombre de gel. Se forman geles cuando se intentan preparar soluciones relativamente concentradas de grandes polímeros lineales. La formación de los geles se llama gelación . En general, la transición de sol a gel

es un proceso gradual. Por supuesto, la gelación va acompañada por un aumento de viscosidad , que no es repentino sino gradual.

6.1 Tipos de Geles. Hay geles de muchos tipos y no es posible una clasificación sencilla. En general, se dividen en: elásticos o no elásticos ó rígidos. En realidad, todos los geles poseen elasticidad apreciable, y la división citada se refiere más particularmente a la propiedad del producto obtenido cuando se seca el gel. La deshidratación parcial de un gel elástico, como un gel de gelatina, conduce a la formación de un sólido elástico, por medio del cual puede regenerarse el sol original añadiéndole el disolvente éstos sólidos secos o semisecos se llaman xerogeles . Los precipitados gelatinosos de los óxidos metálicos hidratados no tienen en realidad una estructura diferente de la de los geles no elásticos correspondientes. La diferencia esencial es en que éstos tienen todo el liquido de dispersión incluido en la estructura semisólida, lo cual no ocurre en el

precipitado gelatinoso. Si las condiciones son tales que las partículas coloidales se juntan lentamente, es posible que se forme un gel, pero la coagulación rápida irá acompañada por la formación de un precipitado. Se ha propuesto otra clasificación de los geles basados en el efecto del calor. Si el cambio producido calentando es invertido por enfriamiento se dice que el gel es térmicamente reversible; en el caso contrario, el gel es térmicamente irreversible. Pertenecen al primer grupo la nitrocelulosa en diversos líquidos orgánicos y la gelatina en agua; en el segundo están los sistemas albúmina de huevo y sílice hidratada en agua. La diferencia entre los dos tipos se debe indudablemente a cambios químicos, como la formación del enlace de hidrogeno que se produce cuando se calientan geles térmicamente irreversibles.

7. Agente peptizante La peptización es, en química, un proceso generalmente indeseado, en el que un precipitado cristalino al entrar en contacto con el disolvente frío, retorna a su primitiva forma coloidal. Al suceder esto la sustancia puede pasar por el lecho filtrante. Ello lleva al proceso de redispersión de una sustancia recién precipitada, que da lugar a la formación de un coloide, que se lleva a cabo mediante agentes adecuados, generalmente suele ser una sustancia que tenga un ión común con el precipitado. 8. Agente emulsificante Un emulsificante es un compuesto que por su naturaleza, puede hacer que la union de grasas y agua sea estable y no se forme dos capas, formandose una emulsion, ya sean finas gotas de agua en aceite (un ejemplo es la leche en este caso el emulsificante es la lecitina) o aceite en agua (mayonesa en esta el huevo actua como emulsificante), pero con el tiempo pueden separarse algunas emulsiones.

Ejemplos:

Chocolates comerciales, esto para que pueda modelarse en tabletas Helados (cremosos sobre todo) Margarinas Salsas cremosas En carne prosesada por ejemplo salchichas que contiene grasas y agua y generalmente se usan mono- y diglicéridos de ácidos grasos y ésteres cítricos para emulsificar las grasas en todo e producto. 9. Purificación de coloides A menudo se desea remover las partículas coloidales de un medio de dispersión, como estas partículas son muy finas para ser filtradas. Las partículas coloidales, deben aumentar su tamaño, a este proceso se le llama coagulación. Estas partículas grandes pueden removerse del medio de dispersión por medio de la filtración, o dejándolas que se asienten. La coagulación debe ser provocada, esto se puede hacer por medio de la temperatura, o añadiendo un electrolito a la mezcla. Las formas de trabajar de estos procesos son las siguientes: al calentar el coloide, las partículas aumentan la velocidad de sus movimientos, provocando que las moléculas de las partículas colisionen provocando un aumento en su tamaño. O bien, al añadir un electrolito a la mezcla, se neutraliza la carga en la superficie de las partículas, inhibiendo así la repulsión que estas partículas tienen hacia las otras, consiguiendo así que aumenten su tamaño las partículas, haciéndolas más fácil de remover, por medio de la filtración. Hay otro tipo de separación que es posible en los coloides, esta es llamada diálisis, esta se da al pasar el coloide a través de membranas semipermeables, debido a que los iones de las partículas son capaces de pasar a través de la membrana, pero los coloides no. Este tipo de separación se da en nuestros riñones, y es simulada en los riñones artificiales, donde se hacen las diálisis a la sangre de los pacientes. Diálisis y electrodiálisis Diálisis y ultrafiltración: La diálisis es un proceso por el cual los iones y las micromoléculas del medio de dispersión de un coloide pueden difundirse a través de las paredes semipermeables de una membrana de colodión, o de un

saco de celofán conteniendo el coloide, y que está rodeado por el medio dispersante puro. En realidad, este proceso se reduce a la purificación de la fase dispersa que permanece dentro de la célula dializadora, mientras que las impurezas micromoleculares se difunden hacia afuera. También se ha recurrido a la ultrafiltración para la separación y purificación de los coloides, y una variante de este método consiste en realizar la filtración a presión negativa (succión), a través de una membrana de diálisis que se coloca sobre un embudo de Buchner. Cuando se emplean la diálisis y la ultrafiltración, la separación de las impurezas con carga eléctrica puede acelerarse aplicando una diferencia de potencial eléctrico a ambos lados de la membrana (electrodiálisis).

10. Estructura y estabilidad Las soluciones coloidales contienen partículas en suspensión de alto peso molecular que no atraviesan las membranas capilares, de forma que son capaces de aumentar la presión osmótica plasmática y retener agua en el espacio intravascular. Así pues, las soluciones coloidales incrementan la presión oncótica y la efectividad del movimiento de fluídos desde el compartimento intersticial al compartimento plasmático deficiente. Es lo que se conoce como agente expansor plasmático. Producen efectos hemodinámicos más rápidos y sostenidos que las soluciones cristaloides, precisándose menos volumen que las soluciones cristaloides, aunque su coste es mayor.

11. Formación e interacción de micelas Las partículas de los coloides moleculares son macromoléculas sencillas y su estructura es esencialmente la misma que la de estructuras de pequeñas moléculas, los átomos serán unidos por ligaduras químicas verdaderas, a estos coloides moleculares se los llama verdaderos. A este grupo de coloides moleculares pertenece la mayoría de los coloides orgánicos de nitrocelulosa,

almidón, cloruro de polivinilo, caucho. Los esferocoloides también pueden se moleculares. La estructura de los coloides micelares es distinta, las partículas de estos no son moléculas, sino conglomerados de muchas moléculas pequeñas o grupos de átomos que son mantenidos juntos por valencias secundarias o por fuerzas de cohesión o de Van der. Walls. Muchos coloides inorgánicos, emulsiones, jabones y detergentes, forman coloides micelares.

Referencias

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:KTT2gwZBQX4J :www.lenntech.es/particulascoloidales.htm+coloide+hidrofobico&cd=4&hl=es&ct=clnk&gl=mx&client= firefox-a#ixzz17J6DL6UT http://www.taringa.net/posts/info/2415336/Coloides-importancia-usoclasificacion-propiedades_Megapost.html

http://www.doschivos.com/trabajos/quimica/524.htm