Coloide: Cuando las partículas de una mezcla homogénea tiene aproximadamente un tamaño de 10 a 10 000 veces mayor que los átomos y moléculas tenemos un sistema coloidal en lugar de hablar de solvente y soluto, se acostumbra a usar los términos fase dispersoras y fase dispersa. Un aerosol es una dispersión coloidal de un sólido en un gas (como el humo de un cigarro) o de un líquido en un gas (como un insecticida en spray).
Una emulsión es una dispersión coloidal de partículas líquidas en otro líquido; la mayonesa, por ejemplo, es una suspensión de glóbulos diminutos de aceite en agua. Un sólido es una suspensión coloidal de partículas sólidas en un líquido; las pinturas, por ejemplo, son una suspensión de partículas de pigmentos sólidos diminutos en un líquido oleoso. Un gel es un sólido 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.
Las partículas de una dispersión coloidal real son tan pequeñas que el choque incesante con las moléculas del medio es suficiente para mantener las partículas en suspensión; el movimiento al azar de las partículas bajo la influencia de este bombardeo molecular se llama movimiento browniano. Sin embargo, si la fuerza de la gravedad aumenta notablemente mediante una centrifugadora de alta velocidad, la suspensión puede romperse y las partículas precipitarse. Debido a su tamaño, las partículas coloidales no pueden atravesar los poros extremamente finos de una membrana semipermeable, como el pergamino, por ósmosis.
Aunque una dispersión coloidal no puede ser purificada por filtración, sí puede ser dializada colocándola en una bolsa semipermeable con agua pura en el exterior.
Ejemplos de sustancias coloidales son la pasta dentífrica, quesos, ciertas pinturas, gelatinas, plásticos, niebla, humo y esmog. aerosoles, geles, espumas y emulsiones
Aerosoles. Éstos son suspensiones en gases (Figura 25). Si las partículas suspendidas son sólidas, entonces el aerosol se identifica con humo o polvo. La diferencia entre estas sustancias es solamente cuestión del tamaño de las partículas: las del humo son mucho más pequeñas que las del polvo. Si, por otro lado, las partículas suspendidas son líquidas, el aerosol se identifica con niebla.
Geles. En este tipo de coloides, partículas tanto líquidas como sólidas están suspendidas en un líquido (Figura 26). En muchas ocasiones, debido a que las partículas brownianas están cargadas eléctricamente, hay interacción entre ellas. Esto da lugar a que formen una “cuasi-red” cristalina, es decir, formen una estructura regular, lo que les da una consistencia que no es la rígida de un cristal, pero tampoco la de fluido que corresponde al líquido. Como ejemplos de geles se pueden mencionar las gelatinas, algunos jabones, ciertas arcillas, determinadas pastas como masillas, masas, barro, etcétera. Las gelatinas se emplean en la fotografía, ciertos cosméticos, en alimentos, etcétera.
Espumas. Una espuma es una suspensión de partículas gaseosas en un líquido (Figura 27). En general, los líquidos puros no permiten la formación de espumas estables. Por ejemplo, si se agita agua pura no se obtiene espuma. Para ello es necesario el concurso de una tercera sustancia, el agente espumoso. Así, al añadir un jabón o un detergente al agua, después de agitar se logrará una espuma bastante estable. Otros agentes espumosos son ciertas proteínas, saponinas, etcétera.
Figura 27. Espuma de cerveza Ejemplos de espumas son algunos alimentos como la crema batida y el merengue (clara de huevo batida); otro tipo de espumas son las usadas para combatir incendios que consisten de burbujas de dióxido de carbono. Otras sustancias que se obtienen de espumas son los materiales esponjosos. Estos se logran al solidificar el líquido que forma la espuma. Como ejemplos mencionamos algunos materiales plásticos aislantes.
. Emulsiones. Este sistema es un coloide en el que tanto el fluido como las partículas son ambos líquidos que no se mezclan, es decir, inmiscibles. Como ejemplo de emulsión podemos mencionar gotitas de aceite en agua (Figura 28). La agitación mecánica de una mezcla de agua con gotas de aceite forma una emulsión que no es estable. Después de cierto tiempo estas sustancias se separan, con el aceite sobrenadando en el agua. Para lograr una emulsión estable se necesita añadir un emulsionante.
Figura 28. Emulsión de gotas de aceite en agua. También lo son las mayonesas y las margarinas Ésta última es una emulsión de partículas de agua dentro de aceite, estabilizada con aceite de soya al 1%. El tratamiento fenomenológico de coloides consiste en suponer que hay cierto número de partículas coloidales inmersas en fluido y que, dado su tamaño, cada una de ellas realiza movimiento browniano bajo la acción de las siguientes fuerzas: 1) Una fuerza de fricción que se opone al movimiento de cada una de las partículas. 2) Una fuerza estocástica de la misma naturaleza que las analizadas en el capítulo VI. 3) Además, se añade una fuerza que ejercen cada una de las partículas coloidales. La naturaleza de esta fuerza depende de las características de las partículas suspendidas. Líquido Gas Líquido Sólido Espuma Emulsión Sol Espumas (de jabón , cerveza, etc.), nata batida. Leche, mahonesa. Pinturas, tinta china, goma arábiga, jaleas La morfología de las micelas, en los sistemas coloidales, es variada, distinguimos tres tipos : • Esféricas : cuyos coloide se llaman globulares, que son los más importantes, dentro de estos los de mayor importancia están formados por compuestos inorgánicos. Su grado de viscosidad es pequeño o . • En forma de fibra : coloides fibrosos, formados por largas cadenas macromoleculares, de gran viscosidad. o • Laminares : coloides laminares de viscosidad intermedia. Propiedades de los sistemas coloidales : El efecto Tyndall es el fenómeno por el que se pone de manifiesto la presencia de partículas coloidales, al parecer, como puntos luminosos debido a la luz que dispersan. Este efecto es utilizado para diferenciar las dispersiones coloidales de la disoluciones verdaderas. No pueden verse las micelas, pero si el movimiento que describen, que es desordenado describiendo complicadas trayectorias en forma de zigzag, y el movimiento que describen es el movimiento Browniano. El movimiento Browniano se da debido a los choques de las moléculas de disolvente con las micelas coloidales, dificultando que estas se depositen en el fondo. El estudio detallado de este movimiento permitió a Jean Perrin calcular uno de los primeros valores del número de Avogadro. El color tan llamativo de muchos coloides se debe a la dispersión selectiva de la luz por las micelas coloidales. Las micelas están cargadas eléctricamente. Esta carga es debida a : Microscópicamente las suspensiones son sistemas heterogéneos donde la fase dispersa está constituida por granos del sólido visible a simple vista, que por la acción de la gravedad o de la densidad pueden sedimentar o flotar en la fase dispersora. Las suspensiones son casos particulares de mezclas mecánicas que se separan fácilmente por filtración
Podemos definir los coloides como aquellos sistemas en los que un componente se encuentra disperso en otro, pero las entidades dispersas son mucho mayores que las moléculas del disolvente. En principio, no existe ninguna regla fija que establezca el estado de agregación en el que se tienen que encontrar, tanto el material disperso como el medio que lo contiene. Por tanto, son posibles todas las combinaciones imaginables. Se suele dar como límite inferior para el tamaño de las partículas 1 nm (109 m) y como límite superior 1 m (106 m). En realidad estos límites no son totalmente rígidos, pero sirven para dar una idea del tipo de sistemas que nos interesan.
Coloides liofóbicos y liofílicos: las partículas de muchos coloides contienen grupos de átomos los cuales se disocian en iones, estos grupos ionizantes hacen que la partícula este eléctricamente cargada. Las partículas pueden también cargarse por adsorción de iones de la solución; esta carga eléctrica es uno de los factores de estabilidad, ya que las partículas cargadas positivamente se repelen entre sí, al igual que, por ejemplo, en un sol negativamente cargado, su estabilidad se debe a la repulsión electrostática.
Otro importante factor de estabilidad es la solvatación (la adsorción de un líquido sobre la superficie de las partículas), debido a esta, las partículas están mas o menos completamente rodeadas por una capa de moléculas del líquido y se supone que esta capa puede prevenir la aglomeración de partículas. La solvatación depende de la afinidad del solvente por los átomos y grupos de átomos que forman la superficie de las partículas. De acuerdo a Perrin y Feundlich, los coloides pueden ser separados en liofóbicos y liofílicos. Liofóbico significa “no gustar de o temer a un líquido”; en los soles liofóbicos no hay afinidad entre las partículas y el solvente, la estabilidad de estos depende principalmente de la carga de las partículas. Si el agua es el solvente, se utiliza el nombre hidrófobo. Este tipo de coloides se caracteriza por presentar: baja estabilidad hacia la floculación por electrolitos, su visibilidad en el microscopio es buena y presentan una muy pequeña presión osmótica. Algunos ejemplos de estos coloides son: Au, Ag, Ag Cl, y algunas emulsiones. Liofílico 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.
