sistema coloidal estar constituido por partculas dispersas
dentro de un medio. Sus propiedades, en primera instancia se pueden
correlacionar con el tamao expresado linealmente de dichas
partculas, sin excluir las necesarias consideraciones de la forma,
la carga elctrica y otros factores. En consecuencia, el tamao es un
criterio simplificador, para caracterizar sistemticamente el
sistema disperso. En cuanto a los lmites en el tamao de las
partculas coloidales, se puede aceptar un rango entre los 10 y
10000 . Estos lmites no deben ser considerados como absolutos,
puesto que se los ha tomado sobre la base del poder resolutivo del
mejor microscopio posible, usando luz azul para el caso de las
partculas ms grandes y del ultramicroscopio, para el de las ms
pequeas. Por ello, no es de extraar que las propiedades de la
materia al estado coloidal sean comunes, en unos casos, con las de
las dispersiones groseras y, en otros, con las de las soluciones
verdaderas La caracterstica principal de los coloides es la relacin
entre la superficie y el volumen de las partculas, que es muy
grande, debido al rea superficial extraordinariamente extensa de la
fase dispersa en comparacin con la misma cantidad de materia
ordinaria. Por ejemplo, un cubo de 1 cm de lado de materia
ordinaria tiene un rea superficial de 6 cm2 , pero cuando esta
cantidad de materia est dispersada en forma de 1018 pequeos cubos
de 10 nm, el rea superficial es de 6x106 cm2 (aproximadamente el
tamao de una cancha de tenis). Este aumento espectacular del rea
significa que los efectos de superficie tienen una importancia
primordial en la qumica coloidal.Las dos fases de un sistema
coloidal se distinguen como fase dispersa, que es la formada por
las partculas; y fase dispersante, que es el medio en el cual las
partculas se hallan dispersas. Ambas fases pueden encontrarse en
diversos estados fsicos: partculas slidas cristalinas o amorfas,
gotas de lquido o como burbujas de gas.
TIPOS DE SISTEMAS COLOIDALES
Coloides orgnicos e inorgnicos: de acuerdo a su composicin
qumica, los coloides se pueden clasificar en orgnicos e inorgnicos;
a su vez estos se subdividen en: metales, nometales, soles de xidos
y sales coloidales, para los inorgnicos; y en soles homopolares,
hidroxisoles y soles heteropolares para el caso de los coloides
orgnicos. Coloides esfricos y laminares: de acuerdo a la forma de
la partcula que los formas, los coloides se clasifican
principalmente en coloides esfricos y coloides lineales.
Los coloides esfricos tienen partculas globulares ms o menos
compactas, mientras que los coloides lineales poseen unidades
largas y fibrosas. La forma de las partculas coloidales puede
determinarse de manera aproximada ya que, en la mayora de los
casos, puede ser muy compleja: elipsoides de revolucin (protenas),
tambin semejantes a discos (oblatos); cigarro puro (prolatos);
barras; tablillas, cintas o filamentos (polietileno y caucho). Como
primera aproximacin se puede reducir a formas relativamente
sencillas, como la esfera que adems representa muchos casos reales:
partculas esencialmente fluidas, dispersiones de plsticos y caucho
en agua (ltex), as como en muchos negros de carbono son casi
esfricas, al igual que en ciertos virus y las gotitas de un lquido
dispersas en otro para formar una emulsin. Las propiedades mecnicas
de una dispersin coloidal dependen en primer lugar de la forma de
las partculas. Por ejemplo las dispersiones de partculas esfricas
tienen bajas viscosidades, y las de partculas lineales, que pueden
enredarse entre s, tienen altas Ctedra de Qca. General e Inorgnica
Qumico Fsica Sistemas Coloidales 4 viscosidades. Todos los tejidos
estructurales en animales y plantas estn formados por coloides
lineales. Coloides moleculares y micelares: esta clasificacin tiene
en cuenta la estructura ntima de las partculas coloidales. En los
sistemas micelares las partculas estn formadas por la agregacin de
tomos y o molculas en gran cantidad. El trmino agregacin significa
unin sin enlaces qumicos; las molculas agregadas dentro de las
micelas estn mantenidas en su posicin por fuerzas dbiles tipo de
Van der Waals o similares. Estas sustancias pueden formar
soluciones verdaderas o de tipo coloidal, dependiendo de las
condiciones. En general una micela es menos estable que una
macromolcula. Las molculas de jabn se pueden agrupar entre s como
micelas porque sus colas hidrfobas tienden a reunirse y sus cabezas
hidrfilas proporcionan proteccin (fig. ). Si se trata de un
detergente no inico, se pueden agrupar enjambres de 1000 o ms. Las
micelas son importantes en la industria y en biologa por su funcin
solubilizante: la materia puede ser transportada por el agua despus
de haber sido disuelta en el interior hidrocarbonado de las
micelas. Por esta razn, los sistemas micelares se utilizan como
detergentes y portadores de drogas, y para la sntesis orgnica,
flotacin de espuma y recuperacin de petrleo. Las partculas de los
coloides moleculares son macromolculas sencillas y su estructura es
esencialmente la misma que la de estructura de pequeas molculas.
Los tomos estn unidos entre s por medio de enlaces qumicos, casi
siempre del tipo covalente. Tienen especial inters las
macromolculas de polmeros donde una cierta agrupacin atmica se
repite una enorme cantidad de veces, idnticamente, dentro de la
estructura. A este grupo de coloides moleculares pertenece la
mayora de los coloides orgnicos como por ejemplo prtidos, almidn,
poliestireno, nitrocelulosa, cloruro de polivinilo y
caucho.Coloides liofbicos y lioflicosA instancias de Perrinm y
Preundlicj se introdujo los trminos: Lifilo y lifobo, para indicar
la existencia de interacciones entre la fase dispersa y el medio
dispersor. Estos fenmenos que no son exclusivos de los sistemas
coloidales y aparecen en muchos otros casos se denominan solvatacin
y, en ellos las partculas se rodean de una atmsfera de molculas del
medio dispersor, ms o menos dbilmente ligadas.As aparecen dos
categoras de soluciones coloidales:a) Soles LIOFILOS: donde hay una
estrecha e ntima vinculacin entre la fase dispersada y la fase
dispersora;
b) Soles LIOFOBOS: donde las interacciones son despreciables,
casi nulas.Desde luego, el ejemplo ms habitual queda referido al
agua, y en tal caso, el prefijo se torna ms especfico: soles
hidrfilos y soles hidrfobos.Ambos tipos de sistemas se distinguen
bastante bien, ya que muchas propiedades son diferentes:
Tipos de coloidesGelesEn ciertas condiciones es posible coagular
un sol, de modo que se obtiene una masa semi-rgida que incluye todo
el lquido del sol, a este producto se lo llama gel. De acuerdo a
las propiedades los geles se dividen en geles elsticos y geles no
elsticos. Un gel elstico tpico es la gelatina obtenida por
enfriamiento del sol lifilo que resulta cuando se calienta esta
sustancia con agua. Otros soles lifilos, siempre que no sean
demasiado diluidos, dan geles elsticos por enfriamiento.El ejemplo
ms conocido de un gel no elstico es el del cido silcico conocido
como gel de slice. Los precipitados gelatinosos de xidos metlicos
hidratados se relacionan con los geles no elsticos, pero son
precipitados que no llegan a formar un gel verdadero porque no
incluyen toda el agua presente.Los geles elsticos y no elsticos se
diferencian por su comportamiento en la deshidratacin y
rehidratacin. Hay pruebas de que la transicin de sol a gel y la
inversa se efecta gradualmente (en los geles elsticos), este hecho
sugiere que no existe diferencia fundamental en la estructura de un
sol y de un gel. Esto proviene de que en la formacin de un gel, las
partculas en el sol se unen para formar cadenas cortas o filamentos
que se entrelazan de modo que la viscosidad del sistema aumenta
llegando a un estado semislido. Parte del medio dispersante puede
existir como agua, pero se supone que la mayor parte es retenida en
los filamentos por fuerzas de capilaridad.EmulsionesEste trmino se
refiere a cualquier dispersin de un lquido en otro, siempre y
cuando los lquidos sean inmiscibles. El agua es uno de los
componentes ms comunes y el otro es usualmente un aceite o algn
lquido lipoflico. El mtodo ms simple para hacer una emulsin es
agitar juntos dos lquidos inmiscibles. Al agitar un aceite o
benceno con el agua, el lquido aceitoso puede ser dispersado en
gotas, pero la emulsin no es estable, las gotas fluyen rpidamente a
juntarse otra vez y los lquidos se separan en dos capas.Para
preparar emulsiones estables se debe introducir un agente
emulsificante dentro del sistema; este agente puede reducir la
tensin de interfase facilitando la formacin de las gotas, pero no
aumenta la estabilidad. Existen muchos agentes emulsificantes que
se pueden clasificar en varios grupos, uno de los ms importantes es
el de los jabones y detergentes.Se pueden preparar emulsiones muy
estables usando una combinacin de dos o ms agentes emulsificantes,
de esta manera agentes que por si solos son malos emulsificantes,
unidos pueden formar emulsiones muy estables.La estabilidad de las
emulsiones depende del espesor y compatibilidad de la pelcula
protectora (capa de interfase), y de la carga elctrica de las gotas
o la pelcula. Tambin depende de la viscosidad del medio de
dispersin y de la diferencia de densidad entre los dos lquidos. Se
puede hablar de dos tipos de emulsiones, las emulsiones aceite en
agua, y las emulsiones agua en aceite, las primeras conducen la
electricidad, mientras que las segundas no lo hacen. Las emulsiones
aceite en agua pueden ser diluidas con agua, y coloreadas con
colorantes solubles en agua; las emulsiones agua en aceite se
pueden diluir con aceites y solo pueden ser coloreadas con
colorantes solubles en aceite. Tanto el aceite como el agua pueden
dar emulsiones de cualquier tipo dependiendo del agente
emulsificante.Es posible por diversos procedimientos, romper las
emulsiones, es decir, transformarlas en dos capas lquidas
separadas; a este proceso se lo puede llamar demulsificacin. 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. Los mtodos
con calentamiento, solidificacin y centrifugacin se emplean para
romper las emulsiones.Dispersiones de gasesLas dispersiones de
gases en lquidos se forman cuando un gas completamente insoluble en
el lquido, se fuerza hacia adentro del lquido a travs de una
boquilla conteniendo canales u orificios muy finos. La estabilidad
de las dispersiones de gases en agua es baja debido a que las
burbujas de gas suben hasta la parte superior. Al llegar cerca de
la superficie del lquido cada burbuja levanta una cpula arriba de
si misma; si el lquido tiene una alta tensin superficial se rompe
la delgada pelcula de la cpula desintegrndose en finas gotas
(roco). De manera que el tiempo de vida de dicha dispersin se puede
prolongar si la velocidad de levantamiento del aire o de las
burbujas es disminuida.Se pueden hacer dispersiones tambin al
forzar burbujas de aire dentro de un lquido, batiendo, golpeando,
salpicando, o sea, por impacto de un objeto slido sobre la
superficie de un lquido.Sin embargo la estabilidad de las
dispersiones est muy limitada, pero se pueden estabilizarmediante
el agregado de coloides protectores o aumentando la viscosidad, con
adicin de glicerina. La estabilidad tambin depende del tamao de las
burbujas, mientras ms pequeas son, ms estable es la
dispersin.EspumasSi los lquidos usados para la preparacin de
dispersiones de gas tienen propiedades tales que las cpulas por
encima de las burbujas ascendentes no se rompan inmediatamente al
tocar la superficie del lquido, se formaran entonces las espumas,
que nadan sobre esta superficie. Por lo tanto las espumas son
aglomeraciones de burbujas de gas cubiertas con una pelcula. Las
espumas aparecen en dispersiones gaseosas estabilizadas con jabn u
otras sustancias hidroflicas y se forman en la espumacin de tales
sistemas. Las espumas difieren de las dispersiones en que tienen
pelculas de lquido mucho ms delgadas alrededor de cada burbuja de
gas.Una espuma simple esta compuesta por numerosas burbujas de gas
muy compactadas cubiertas con pelculas semislidas elsticas; la
pelcula forma estructuras laminares semislidas a travs de toda la
espuma.Los lquidos puros no pueden formar espumas estables, los
principales mtodos para la formacin de espumas son los mismos que
los utilizados para la formacin de dispersiones de gas (burbujeo,
agitacin, golpeo, y batido); tambin se pueden obtener espumas por
ebullicin de lquidos que contienen una cierta sustancia disuelta.
La habilidad de espumar depende de la actividad de superficie de
esta sustancia; por ejemplo las soluciones capilarmente inactivas
no forman espuma, mientras que las sustancias activocapilares si lo
hacen. Sin embargo la estabilidad de una espuma tiene poco que ver
con la actividad de la superficie de los componentes, ya que la
condicin principal para la estabilidad es la posibilidad de
formacin de una armazn laminar.AerosolesLos aerosoles fueron
incluidos como coloides de acuerdo a sus propiedades pticas. Los
aerosoles son un sistema con un gas como medio de dispersin en el
cual tanto los lquidos como sustancias slidas pueden estar
dispersos. Una dispersin de lquidos en un gas se conoce como
niebla, neblina o nube; mientras que una dispersin de un slido en
un gas se conoce como polvo o humo.Los aerosoles como el humo
consisten en partculas slidas de la ms fina dispersin, las neblinas
consisten de finas gotas de un lquido que puede o no contener
sustancias disueltas o partculas slidas en suspensin. Si la
concentracin de las gotas que la profundidad de visibilidad es
reducida se la puede llamar niebla, las formaciones que son todava
ms densas y que presentan ciertas formas o no pueden ser llamadas
nubes.Los aerosoles se pueden obtener por mtodos de condensacin y
dispersin. Los lquidos al igual que los slidos se pueden dispersar;
rociadores y atomizadores especiales son usados dispersando lquidos
impulsndolos por medio de aire comprimido u otro gas travs de una
boquilla. En estos casos se necesita energa para operar el
atomizador con el fin de formar una nueva gran superficie de gotas
y de vencer la viscosidad del lquido. Los aerosoles obtenidos de
esta manera son muy polidispersos, pero se pueden volver altamente
polidispersos eliminando las gotas ms grandes, Los mtodos de
condensacin son ms verstiles y estn ms diseminados debido a que
producen aerosoles monosdipersos. Para preparar este tipo de soles
la sustancia a dispersar es evaporada, y luego dicho vapor es
enfriado rpidamente.
