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Dispersiones coloidales

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Dispersiones coloidales

  1. 1. FAUBA Lic MSci Silvana Torri torri@agro.uba.ar
  2. 2. La palabra “coloide” fue utilizada por primera vez por el físico químico Thomas Graham (1805-1869), para referirse a ciertas sustancias que se presentaban en forma amorfa o gelatinosa. Esta palabra proviene del griego kolas, que significa «que puede pegarse», y hace referencia a una de las principales propiedades de los coloides: su tendencia espontánea a formar agregados.
  3. 3. Son sistemas heterogéneos, que se caracterizan por la presencia de partículas mayores que las moléculas ordinarias pero no lo suficientemente grandes como para ser visibles al microscopio. Partículas coloidales tamaño entre 5 nm y 200 nm pueden estar formadas por una sola macromolécula o por moléculas pequeñas que forman agregados.
  4. 4. Propiedad Soluciones Dispersiones Coloidales Suspensiones Tamaño Partícula < 5 nm 5 a 200 nm > 200 nm Fases Presentes una dos dos Heterogeneidad homogénea heterogénea heterogénea Separación por filtración común no no sí Separación por sedimentación no no sí Transparencia transparente (ligeramente) turbia no transparente
  5. 5. fase dispersa o discontinua, formada por las micelas o partículas coloidales. fase dispersante, constituida por un medio continuo en la que se hallan dispersas las micelas. Un sistema coloidal está compuesto por dos fases:
  6. 6. El diámetro de la partícula coloidal es 50 – 50000 el diámetro de la molécula de agua.
  7. 7. Fase Dispersante Fase Dispersa Nombre Ejemplos Gas LíquidoLíquido Aerosol LíquidoAerosol Líquido Niebla, nubesNiebla, nubes SólidoSólido Aerosol SólidoAerosol Sólido Humo, polvoHumo, polvo Líquido GasGas EspumaEspuma Espuma cervezaEspuma cerveza LíquidoLíquido EmulsiónEmulsión Leche, mayonesaLeche, mayonesa SólidoSólido SolSol Pinturas, jaleas, gelatina Pinturas, jaleas, gelatina Sólido GasGas EspumaEspuma Sólida Piedra PómezPiedra Pómez LíquidoLíquido Emulsión SólidaEmulsión Sólida Manteca, quesoManteca, queso SólidoSólido Sol SólidoSol Sólido Piedras preciosasPiedras preciosas
  8. 8. Liófobos: poca atracción entre la fase dispersa y el medio dispersante. Liófilos: gran atracción entre la fase dispersa y el medio dispersante. Un sol es un sistema coloidal cuya fase dispersa es sólida y la fase dispersante es líquida. Según la magnitud de la atracción entre las fases, los soles se clasifican en:
  9. 9. Hidrófobos hydros (agua), y fobos (horror). No existe afinidad química entre las fases Ejemplos: óxido de Fe, haluros de Ag, Au, sulfuros, ciertos tipos de arcilla. Si la fase dispersante es agua, los soles se clasifican en: Hidrófilos hydros (agua) y philia (amistad) Existe afinidad química entre las fases Ejemplos: gomas, proteínas, pectinas, materia orgánica edáfica, hidratos de carbono (almidón, celulosa), ciertos tipos de arcilla, polímeros sintéticos o naturales, etc.
  10. 10. Macromoléculas orgánicas, como proteínas, almidón, anticuerpos. Ciertas moléculas se pliegan sobre sí mismas, exhibiendo hacia su interior una zona hidrofóbica y hacia el exterior una zona hidrofílica. Estas moléculas se mantienen dispersas por la interacción de sus grupos funcionales con las moléculas de agua. El proceso de asociación de un disolvente con moléculas, iones o micelas se denomina solvatación
  11. 11. Alcoholes: grupo funcional R-OH
  12. 12. Amidas: grupo funcional R
  13. 13. Ciertas proteínas globulares poseen una elevada masa molar, y originan dispersiones coloidales. La dispersión de estas moléculas se debe a la interacción de los grupos funcionales con el agua. La proteína queda recubierta de una capa de moléculas de agua (solvatación) que impide que se pueda acercar a otras proteínas, evitando la floculación. La solubilidad depende del pH, temperatura, concentración iónica. Capa de moléculas de agua
  14. 14. Soles hidrófilos Soles hidrófobos Alta afinidad por el medio dispersante No hay afinidad por el medio dispersante No requieren de métodos especiales de preparación Requieren de métodos especiales de preparación Son muy estables Son poco estables Son reversibles Son irreversibles Tienen alta viscosidad Tienen baja viscosidad Están formados por macromoléculas de sustancias orgánicas Están formados por sustancias inorgánicas
  15. 15. Las micelas están cargadas eléctricamente. Las cargas eléctricas son las responsables de la estabilidad de los coloides.
  16. 16. se generan fuerzas electrostáticas repulsivas, que estabilizan los soles hidrófobos La estabilidad de los soles hidrófilos depende básicamente de la solvatación, que actúa como barrera e impide el contacto entre micelas.
  17. 17. adsoción de iones (soles hidrófobos) ionización de grupos funcionales (soles hidrófilos) sustitución isomórfica (arcillas)
  18. 18. (soles hidrófobos) origen de las cargas Según el método de preparación. la micela tendrá carga (+) o (-) AgNO3 (exc) + KCl → AgCl + KNO3 Ag+ (exc) + Cl - → AgCl AgNO3 + KCl (exc) → AgCl + KNO3 Ag+ + Cl - (exc) → AgCl
  19. 19. (soles hidrófilos) Grupo -NH2 Grupo -OH Las partículas tienen carga positiva pH < PI PI pH> PI Las partículas tienen carga negativa origen de las cargas La carga variable o dependiente del pH puede ser negativa o positiva
  20. 20. Punto isoeléctrico se define como el pH en el cual el número de cargas positivas se iguala al número de cargas negativas que aportan los grupos ionizables de una molécula. En el punto isoeléctrico, la carga neta de la proteína es cero (0).
  21. 21. (arcillas hidrófobas e hidrófilas) La sustitución isomórfica implica que el sitio que ocupa un catión en la red cristalina es ocupado por otro catión con radio iónico similar y con carga igual o diferente (por ej. Si+4 por Al+3). Tetraedros de Si origen de las cargas
  22. 22. Reemplazo de Al+3 por Mg2+ o Fe2+ en octaedros origen de las cargas Octaedros de Al (arcillas hidrófobas e hidrófilas)
  23. 23. origen de las cargas
  24. 24. origen de las cargas
  25. 25. Helmholtz (1879) Gouy-Chapman (1910-13) Stern (1924)
  26. 26. Dos maneras de visualizar la doble capa Cambio en la densidad de carga distribución de iones (+) y (-) alrededor de la micela
  27. 27. es el potencial que se genera por la existencia de la doble capa eléctrica La floculación se produce cuando el potencial zeta se hace cero
  28. 28. Fenómeno superficial Adsorción Propiedades ópticas Efecto Tyndall Movimiento Browniano Propiedades eléctricas
  29. 29. Adsorción Proceso por el cual átomos, iones o moléculas son retenidos en la superficie de un material Por su tamaño, las partículas coloidales tienen una relación área/masa muy grande, por ello son excelentes materiales adsorbentes. Propiedades de los sistemas coloidales
  30. 30. Las partículas coloidales dispersan la luz y de esta forma es posible seguir la trayectoria del haz luminoso dentro de la dispersión coloidal Propiedades ópticas
  31. 31. Propiedades ópticas: efecto Tyndall
  32. 32. Propiedades ópticas: efecto Tyndall
  33. 33. Propiedades ópticas: efecto Tyndall
  34. 34. Propiedades ópticas: efecto Tyndall El efecto Tyndall puede utilizarse para diferenciar las dispersiones coloidales de las disoluciones verdaderas. en una disolución, los iones o moléculas presentes prácticamente no dispersan la luz. Las micelas tienen la propiedad de reflejar y refractar la luz, transformándose en centros emisores de luz. Los puntos luminosos que se observan NO son las micelas.
  35. 35. Es el movimiento aleatorio que presentan las micelas cuando se encuentran en un fluído (polen en agua, carbón en alcohol) Propiedades ópticas
  36. 36. El movimiento errático de estas partículas se debe a que su superficie es bombardeada incesantemente por las moléculas del fluido, debido a la agitación térmica. Propiedades ópticas: movimiento Browniano
  37. 37. + -
  38. 38. Propiedades eléctricas La electroforesis es una técnica para la separación de moléculas según su movilidad en un campo eléctrico
  39. 39. Electroforesis de una mezcla de proteínas Propiedades eléctricas
  40. 40. Floculación Soles hidrófobos Soles hidrófilos agregado de electrolitos 1º deshidratación 2º agregado de electrolitos. Reglas de Hardy - Schulze El ion que produce la floculación es el de carga opuesta a la de la micela El efecto floculante del ion aumenta al aumentar su carga
  41. 41. Baja FI Alta FI Electrolito Espesor (M) (nm) 0.00001 100 0.001 10 0.1 1 La doble capa se contrae a medida que aumenta la fuerza iónica de la fase dispersante + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
  42. 42. Electrolito Carga cc. Mínima del anión KCl -1 103 KBr -1 138 KNO3 -1 131 K2CrO4 -2 0,325 K2SO4 -2 0,219 K3Fe(CN)6 -3 0,096 Se tiene un sol de óxido férrico hidratado (carga positiva). Se observó lo siguiente:
  43. 43. Para aumentar la estabilidad de los coloides hidrófobos, se agrega una pequeña cantidad de un coloide hidrófilo. Existen dos mecanismos de protección: las micelas hidrófilas envuelven las hidrófobas La micela hidrófoba se adsorbe sobre la hidrófila.
  44. 44. Cuando un sol se encuentra impurificado por sustancias que están en disolución, se procede a su purificación por alguno de los siguientes métodos, basados en el tamaño de las micelas Diálisis Ultrafiltración Electrodiálisis
  45. 45. Diálisis Los iones difunden a través de una membrana semipermeable a una velocidad mucho mayor que las micelas Métodos de purificación de coloides
  46. 46. Electrodiálisis Se acelera la separación por diálisis mediante la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico Métodos de purificación de coloides
  47. 47. Ultrafiltración La presión hidrostática fuerza la solución contra una membrana semipermeable. Quedan retenidos los sólidos suspendidos y los solutos de alto peso molecular. Membrana de ultrafiltración FILTRADO Métodos de purificación de coloides

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