Propiedades Electricas de los Sistemas Dispersos

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN CAMPO 1 CARRERA: QUÍMICA ASIGNATURA: FISICOQUÍMICA III GRUPO: xxx PRÁCTICA #8 PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS SISTEMAS DISPERSOS EQUIPO #X: XXX XXX XXX

PROFESOR: xxxxxxx FECHA DE ENTREGA: xx/xx/xx

Introducción Un sistema disperso es un sistema heterogéneo polifásico (dos o más fases). Aquel en el cual una o más sustancias se encuentran distribuidas en el interior de otra en forma de pequeñas partículas. Estos sistemas se clasifican en: 1. Dispersiones macroscópicas 2. Dispersiones finas 3. Sistemas coloidales 4. Soluciones verdaderas. En las soluciones verdaderas las partículas dispersas son moléculas o iones, su tamaño es menor a 0.001m. En estas soluciones las partículas no son visibles ni siquiera con ultramicroscopio. Cuando una superficie posee una carga neta, esta carga ejerce una atracción coulombica neta sobre los contraiones que se encuentran en las cercanías. Helmholtz postuló la formación de una doble capa eléctrica, esto es, dos capas adyacentes con cargas opuestas. Está modelo incluye varias suposiciones:  Las cargas son puntuales

Las cargas están fijas en sus posiciones. La carga reside exclusivamente en la superficie. A está modelo también se le llama de la doble capa compacta. Existe una modificación del modelo de Helmhotz; el modelo de Gouy - Chapman postula cargas puntuales pero toma en cuenta el movimiento debido a agitación térmica, por lo que postula una doble capa difusa, esto es, la carga de la partícula reside en la superficie, pero los contraiones no están fijos en la superficie sino que se mueven continuamente. Un punto de particular interés en estos modelos es el potencial donde se unen la capa difusa y la de Stern. Está potencial es conocido como potencial Z, el cual es importante porque puede ser medido de una manera muy simple, mientras que la carga de la superficie y su potencial no pueden medirse. El potencial Z puede ser una manera muy efectiva de controlar el comportamiento del coloide puesto que indica cambios en el potencial de superficie y en las fuerzas de repulsión entre los coloides. La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias llamadas floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado. Diferentes electrolitos dan diferentes valores de floculación. El ion responsable de la floculación es el contraión en exceso. La capacidad floculante depende de su valencia pero no de la naturaleza del contraión.  

Objetivos    

Comprender experimentalmente la definición de Doble capa compacta y doble capa difusa para poder diferenciarlas entre sí. Analizar y comprender la importancia del potencial Z. Conocer la aplicación de un coloide protector y su importancia. Conocer la aplicación de los sistemas dispersos así como su importancia a nivel industrial.

Desarrollo Experimental

Tabla 1. Material, reactivos y equipo MATERIAL

REACTIVOS

Por equipo:

Por equipo:

10 Tubos de ensayo largos

2 huevos para la solución acuosa de albúmina, que los alumnos deberán traer

1 Gradilla

50 ml de Sol. acuosa Cu(NO ) 1 M, 0.1 M, 0.01 M, 0.001 M, 0.0001 M

2 Pipetas graduadas de 1ml

50 ml de Sol. de grenetina 3%

1 Propipeta 20 ml

Agua destilada

1 Piseta Por grupo: 1 Embudo grande de cola corta

3

2

2 Vasos de precipitado de 1 ml 1 Espatula 1 Vidrio de reloj Algodón y gasa que deberán traer los alumnos Metodología 1. En un vaso de precipitado de 1L perfectamente limpio y enjuagado con agua destilada, colocar solamente la clara de 2 huevos y añadir agua destilada hasta llegar a 850 ml. Agitar. 2. Colocar en el fondo del embudo algodón y gasa; filtrar la solución de albúmina través de un embudo, el cual debe de estar perfectamente lavado y enjuagado con agua destilada. 3. Recibir la solución filtrada en un vaso de precipitado de 1L limpio y enjuagado con agua destilada. 4. Rotular los 10 tubos de ensayo y a los primeros 5 agregar 10ml de solución de albúmina a cada uno. 5. Posteriormente agregar 1ml de nitrato cuprico: Tubo de ensaye Concentración de Cu(NO3)2 1

1M

2

0.1 M

3

0.01 M

4

0.001 M

5

0.0001 M

6. A otros 5 tubos de ensayo agregar primero 1ml de grenetina al 3%, posteriormente 10 ml de albumina y luego 1ml de cada concentración de electrolito. 7. Homogeneizar cada tubo de ensayo y anotar observaciones.

Resultados y Análisis de resultados Tabla 2.0 Resultados de los tubos 1 al 5. Tubo [Cu(NO ) ] 3

1

1M

2

Observaciones antes de homogenizar (interfase) Se observa como las dos fases se están combinando

Observaciones después de homogenizar Se observa una sola fase

2

0.1 M

Se observan dos fases

No se observa ninguna interfase

3

0.01 M

Se observan dos fases

No se observa ninguna interfase

4

0.001 M

No se observa ninguna interfase

No se observa ninguna interfase

5

0.0001 M

No se observa ninguna interfase

No se observa ninguna interfase

Tabla 3.0 Resultados de los tubos 6 al 10. Tubo [Cu(NO ) ] 3

2

Observaciones antes de homogeneizar (interfase)

Observaciones después de homogeneizar

6

1M

Se observan dos frases

Pasado el tiempo se fueron observando dos fases pero una de ellas es muy delgada casi no se observa

7

0.1 M

Se observan dos fases

No se observa ninguna interfase

8

0.01 M

No se observan dos fases

No se observa ninguna interfase

9

0.001 M

No se observa ninguna interfase

No se observa ninguna interfase

10

0.0001 M

No se observa ninguna interfase

No se observa ninguna interfase

Imagen 1.0 Tubo 1 (De izquierda a derecha tubo 1 sin haber agregado Cu(NO ) , tubo 1 antes de agitar y tubo 1 después de haber agitado) 3

2

Imagen 2.0 Tubo 2 (De izquierda a derecha tubo 2 sin haber agregado Cu(NO ) , tubo 2 antes de agitar y tubo 2 después de haber agitado) 3

2

Imagen 3.0 Tubo 3 (De izquierda a derecha tubo 3 sin haber agregado Cu(NO ) , tubo 3 antes de agitar y tubo 3 después de haber agitado) 3

2

Imagen 4.0 Tubo 4 (De izquierda a derecha tubo 4 sin haber agregado Cu(NO ) , tubo 4 antes de agitar y tubo 4 después dehaber agitado) 3

2

Imagen 5.0 Tubo 5 (De izquierda a derecha tubo 5 sin haber agregado Cu(NO ) , tubo 5 antes de agitar y tubo 5 después de haber agitado) 3

2

Imagen 5.0 Tubo 6 al 10 (De izquierda a derecha tubo 6, tubo 7, tubo 8, tubo 9 y tubo 10) La albúmina tiene un punto isoeléctrico aproximadamente de 5.1, por lo cual al encontrarse en solución acuosa relativamente de pH neutro, presenta carga negativa. Por otro lado la molécula de agua, tiene un polo positivo que corresponde al hidrógeno y un polo negativo en el extremo que corresponde al oxígeno, el extremo positivo del dipolo de agua aparece atraído fuertemente hacia la molécula coloidal por las cargas negativas de las partículas. Lo que ocurre es precisamente una transición continua, desde los dipolos acuosos en contacto directo con la superficie de la partícula dispersa, a las moléculas de agua del disolvente libre, como si no hubiese superficie de separación entre disolvente y soluto. Se explica así, que no haya tensión superficial, y se comprende fácilmente el efecto estabilizador de la hidratación del emulsoide. Un emulsoide es un coloide hidrófilo o liófilo, es decir sus partículas tienen una fuerte afinidad por el disolvente y un suspensoide es hidrófobo o liófilo, por la tendencia natural a separarse las partículas del disolvente, o lo que es igual a separarse las dos fases del sistema heterogeneo. Un suspensoide se mantiene en dispersión por la influencia de las cargas eléctricas, mientras que en el emulsoide el agente estabilizante que predomina es el grado de hidratación de las partículas. Con base en esto, se pudo observar que al agregar la grenetina a la solución de albúmina con el electrolito no hubo floculación debido a que la grenetina es un coloide protector hidrofílico, el cual forma alrededor de cada partícula un retículo altamente hidrofílico (película protectora) que evita el choque de partículas. Este fenómeno representa un aumento de estabilidad del suspensoide, por la presencia del emulsoide en la disolución, y se suele llamar efecto protector de los emulsoides, cabe mencionar que el efecto del disolvente (agua) juega un papel importante, ya que si la naturaleza del mismo cambia de modo que sea mejor disolvente para las unidades monoméricas del polímero protector que se anclan, entonces las cadenas pueden estar más débilmente adsorbidas dificultando la floculación; en cambio, si la naturaleza del disolvente se cambia en forma contraria, de manera que no es un buen disolvente del polímero protector entonces, el grosor de la capa adsorbida disminuye reduciendo la estabilidad.

Cuando hablamos de estabilidad coloidal es importante mencionar los factores que contribuyen: 1. Estabilidad individual (partículas). 2. Fuerzas de atracción entre complejos. 3. Fuerzas de repulsión entre complejos. Según la concentración de electrolitos que se agregue a un coloide éstos pueden actuar: 

Como peptizantes : cantidades pequeñas de electrolitos (dispersan las partículas coloidales).



Como coagulantes: cantidades grandes de electrolitos producen floculación. El potencial Z disminuye, tiende a 0, y se rompe el equilibrio del sistema.

En los sistemas experimentales donde se agregó el electrolito en mayor concentración se promovió precisamente la floculación/coagulación del coloide. En función de los iones que rodean a la partícula, el potencial Z disminuirá por dos circunstancias: a) Por cambiar la carga de los iones adheridos por otros de mayor valencia b) Por compresión de la doble capa, hecho que puede ocurrir al aumentar la concentración del electrolito (coagulante), ya que al aumentar esta concentración de iones de signo contrario en la capa difusa, esta se comprimirá y disminuirán las fuerzas de repulsión y por tanto el potencial Z. A este respecto se puede señalar las conclusiones alcanzadas por Schultze y Hardy en el sentido de que la concentración de un ión cargado positivamente, que se requiere para reducir la carga superficial de una partícula, es inversamente proporcional a la sexta potencia de la carga de los iones, es decir cuanto más alta sea la carga, más baja será la concentración requerida. La expresión de Schulze y Hardy es la siguiente. C=KZ 6 Donde: C= Concentración. Z= Carga. K= Constante. El potencial Z de los coloides depende también de un factor muy importante, como es el pH del agua. El pH óptimo de coagulación será el existente cuando se alcanza el punto isoeléctrico. El potencial Z se puede determinar mediante electroforesis capilar, que consiste en el paso de una corriente eléctrica a través de la dispersión. Las partículas cargadas migran al electrodo de carga opuesta y de acuerdo con la velocidad y dirección de migración puede determinarse el signo y la magnitud del potencial Z.

Otro método para la determinación de las propiedades electrocinéticas de sistemas coloidales es la viscosidad en donde el agregado de sustancias con propiedades reológicas a un sistema disperso favorece la estabilidad. Al aumentar la viscosidad del medio dificulta la movilidad de las partículas impidiendo que se aproximen. En la actualidad los sistemas dispersos son ampliamente utilizados a nivel industrial, un ejemplo de ello es la industria farmacéutica en la cual ciertos agentes medicinales que tenían un sabor desagradable se han hecho más aceptables por vía oral cuando se formulan como emulsiones. Por lo tanto el aceite mineral (laxante), el ácido valproico (anticonvulsionante), las vitaminas liposolubles, se formulan a menudo en la forma de emulsión (O/W) para mejorar su sabor. En la industria alimenticia existen emulsiones como productos finales tales como, crema para café, licor de crema, que son emulsiones simples cuyo único requerimiento es permanecer estables ante cremado y coalescencia durante su producción y almacenamiento. Son ingredientes que participan en la formación de productos más complejos como yogurth, sistemas gelificados, etc. con glóbulos de grasa emulsificados que interaccionan con otros ingredientes y que son desestabilizadas en el proceso de producción. Finalmente están también los que actúan como ingredientes que participan en la formación de estructuras, en donde las partículas de una emulsión se pueden emplear para crear nuevas estructuras como son helado y crema para batir, donde se requiere desestabilizar la emulsión como recurso para crear una nueva estructura.

CONCLUSIONES En la práctica se observo e identifico los fenómenos de doble capa difusa y doble capa compacta pudiendo así compararlos. De acuerdo con la literatura, la grenetina protegería a la albúmina para que esta no se floculara; entre mayor fue la concentración de la sal de cobre fue más fácil que floculan la albúmina ésta conclusión se llegó observando y comparando los diferentes tubos.

BIBLIOGRAFÍA     

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Unidad4.Coloides(completa)_21745.pdf . http://cidta.usal.es/cursos/ETAP/modulos/libros/coloides.pdf. http://es.calameo.com/read/00483996522f31a4de4e6. http://cidta.usal.es/cursos/etap/modulos/curso/uni_08/u8c1s2.htm#Anchor6. https://hera.ugr.es/tesisugr/17386366.pdf