Coloides

Prof. Rafael Mulas Fernández 1
QuQuíímicamica
I. Forestal M. N. / I. Agrícola M. R.
SISTEMASSISTEMAS
COLOIDALESCOLOIDALES
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QuQuíímicamica
I.ForestalM.N./I.AgrícolaM.R.
CONTENIDOS
Dispersiones coloidales: conceptos y tipos
(3.1)
Propiedades de los sistemas coloidales (3.7)
Estabilidad de dispersiones coloidales.
Floculación (3.8)
Preparación y purificación de dispersiones
coloidales (3.8)
QuQuíímicamica
Dispersiones coloidales:
conceptos y tipos
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QuQuíímicamica
Un ejemplo

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QuQuíímicamica
Sistemas coloidales
Sistemas heterogéneos, mezclas
Formados por uno o varios componentes dispersos
en otro
Componentes no fácilmente distinguibles: apariencia
homogénea
Todos los componentes atraviesan filtros ordinarios,
pero no todos atraviesan membranas
Estables: no se observa resolución de la mezcla por
sedimentación o flotación
Propiedades intermedias entre las disoluciones y las
mezclas heterogéneas (macroscópicamente
distinguibles)
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QuQuíímicamica
Claves
En realidad, la característica fundamental es
el tamaño de las partículas dispersas:
 Más grandes que las que forman los sistemas
homogéneos (disoluciones)
 Pero más pequeñas que las que producen
suspensiones inestables (sedimentación o
flotación)
 Pequeño tamaño
 gran relación superficie/volumen
 gran importancia de la interfase
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QuQuíímicamica
Definiciones
Mezcla heterogénea estable indefinidamente
Sistema formado por una sustancia dispersa
en un medio dispersante con la existencia de
una interfase muy extensa
Sistema heterogéneo en el que uno o varios
de sus componentes poseen una o más
dimensiones en el intervalo de 1 nm a 1 μm
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QuQuíímicamica
Otras denominaciones
Dispersión coloidal
Coloide
 ¡Ojo! Ambigüedad
Estado coloidal
Pseudodisoluciones
Disoluciones coloidales

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QuQuíímicamica
Límites de tamaño
Arbitrarios
No rígidos
 Gradualidad en la manifestación de características
coloidales
No existe acuerdo universal
 Para límite inferior: 1 – 10 nm
 Para límite superior: 0,1 – 1 μm
1,0E-06 1,0E-05 1,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02
D / mm
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QuQuíímicamica
Sistemas
‘microheterogéneos’
Dichos límites de las partículas coloidales
equivalen en número de átomos a un
intervalo entre unos cientos y los 109
Eso incluye:
 grandes macromoléculas y
 pequeñas partículas
Ambas son suficientemente grandes como
para que se definan superficies de separación
entre ellas y el medio: interfases
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QuQuíímicamica
Fases del sistema
Fase dispersa: componente
del sistema coloidal que se
encuentra dividido en
partículas.
 También: fase discontinua,
dispersoide
Medio dispersante:
componente que contiene a
la fase dispersa
 También: fase continua, fase
dispersante, (disolvente)
Fase dispersante
Fase dispersa
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QuQuíímicamica
CLASIFICACIÓN DE LOS
SISTEMAS COLOIDALES
TipoTipo (ejemplos)(ejemplos) Fase dispersaFase dispersa Fase continuaFase continua
Aerosol lAerosol lííquidoquido (niebla, vaho)(niebla, vaho) LLííquidoquido GasGas
Aerosol sAerosol sóólidolido (humo)(humo) SSóólidolido GasGas
EspumaEspuma (cerveza, nata montada)(cerveza, nata montada) GasGas LLííquidoquido
EmulsiEmulsióónn (mayonesa, leche)(mayonesa, leche) LLííquidoquido LLííquidoquido
SolSol (pintura, fluido celular)(pintura, fluido celular) SSóólidolido LLííquidoquido
Espuma sEspuma sóólidalida (piedra p(piedra póómez, esponja)mez, esponja) GasGas SSóólidolido
EmulsiEmulsióón sn sóólidalida (helado, mantequilla, queso)(helado, mantequilla, queso) LLííquidoquido SSóólidolido
Sol sSol sóólidolido (acero,(acero, óópalo)palo) SSóólidolido SSóólidolido
[No existe[No existe GasGas GasGas]]

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QuQuíímicamica
Según la afinidad entre el
dispersante y la fase dispersa:
Coloides liófilos: la fase dispersa y el medio
dispersante son afines; tienen carácter
termodinámicamente estable
Coloides liófobos: la fase dispersa y el medio
dispersante no son afines
 Tienen carácter cinéticamente estable
 Pero termodinámicamente inestables: Si se separan las fases
no es posible la redispersión
Hay casos intermedios
Si el dispersante es agua:
 hidrófilos
 e hidrófobos
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QuQuíímicamica
Según igualdad de las
partículas dispersas
Sistemas monodispersos: todas las
partículas iguales (tamaño)
 Coloides moleculares
Sistemas polidispersos: partículas
diferentes (tamaño)
 Coloides de fase
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QuQuíímicamica
Según forma de partícula
Partículas corpusculares
Partículas fibrilares
Partículas laminares
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QuQuíímicamica
SOL / GEL
Sol: Dispersión de partículas
Gel: La sustancia dispersa forma una
estructura en red
Fase dispersante
Fase dispersa

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QuQuíímicamica
SOL / GEL
http://www.optimajp.com/productdetail.ets?strseq=96&idcode=3 QuQuíímicamica
Propiedades de los
sistemas coloidales
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QuQuíímicamica
Propiedades
Algunas son debidas al dispersante
Algunas a la fase dispersa
Otras, las que más nos interesan,
tienen su origen en las características
coloidales, es decir, en:
 el tamaño de las partículas
 la elevada superficie de contacto entre
fases
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QuQuíímicamica
Estudiaremos:
Propiedades ópticas: Efecto Tyndall
Solubilidad y presión de vapor como
función del tamaño de partícula
Sedimentabilidad
Movimiento browniano
Adsorción
Propiedades eléctricas: electroforesis

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QuQuíímicamica
Efecto Tyndall
Origen: la difracción de la luz por las partículas coloidales
Una dispersión coloidal parece clara y transparente al
microscopio cuando se ilumina en la dirección de
observación
Si es atravesada por un haz
luminoso en dirección
perpendicular a la
observación y la habitación
está oscura, se van a
observar muchísimos
puntitos luminosos que
muestran el haz luminoso
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QuQuíímicamica
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QuQuíímicamica
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QuQuíímicamica
Solubilidad y volatilidad
varían con el tamaño de
partícula
Gotitas coloidales de líquido dispersas en un
gas presentan mayor presión de vapor que
masas extensas del líquido
Partículas sólidas de tamaño coloidal
dispersas en un líquido presentan mayor
solubilidad que cristales grandes del sólido
Cuanto menor es el tamaño de las partículas
o gotas, mayores son la solubilidad y la
volatilidad

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QuQuíímicamica
Consecuencia:
crecimiento de gotas/partículas grandes
a costa de las más pequeñas
Si existe equilibrio
para las partículas
grandes, no existe
para las pequeñas
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QuQuíímicamica
Sedimentabilidad
Es muy pequeña en los sistemas coloidales
Ver texto Prof. Valenzuela, 17.2.2.3
Para la sedimentación de partículas esféricas
de diámetro D y densidad ρ



18
-(gD
v o
2
) ρo y η densidad y viscosidad
del líquido
Si D ↓ , v ↓ cuadráticamente
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QuQuíímicamica
Ejemplo: sedimentación de
partículas del suelo
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QuQuíímicamica
En la obtención de la ecuación no se
han considerado otras fuerzas o
interacciones:
 con moléculas del dispersante (choques),
 con otras partículas dispersas (repulsión)
Existe un tamaño crítico de partícula
por debajo del que ya no se produce
sedimentación, sino…

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QuQuíímicamica
Movimiento caótico,
incesante, con
trayectorias irregulares
(rectas y cortas) y
sucesivos cambios de
dirección en zig-zag
Es similar al
movimiento de las
moléculas en los gases
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QuQuíímicamica
Se debe a las colisiones no
compensadas de las
moléculas del dispersante
con las partículas dispersas
y a las interacciones con
otras partículas
El caos parece mayor
cuanto menores son las
partículas, ya que es más
fácil modificar su dirección
y velocidad
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QuQuíímicamica
¿Cómo aumentar la velocidad
de sedimentación?



18
-(gD
v o
2
) Aumentando:
 el tamaño de las partículas
 ¿Cómo? Ver ‘floculación’ más adelante
 la aceleración, mediante
centrifugación
 la densidad de las partículas
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QuQuíímicamica
Propiedades debidas a la
elevada superficie
Gran cantidad de superficie y, además,
cargada eléctricamente en la gran
mayoría de casos
Adsorción
Intercambio iónico …

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QuQuíímicamica
Propiedades eléctricas
En las partículas coloidales existen cargas
superficiales por
 Iones constitutivos de los componentes
 Adsorción de iones ajenos
 Ionización de grupos ácidos o básicos
 Sustituciones isomórficas
Carga permanente y carga variable (pH)
Por tanto, se forma Doble Capa Eléctrica en torno a
las partículas
Cada partícula se ve acompañada de una nube iónica
(o capa difusa) en sus desplazamientos
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QuQuíímicamica
Propiedades eléctricas
El potencial
electrocinético
(zeta, ζ) en el
límite de la capa
fija de iones, es el
que regula el
movimiento de la
partícula en un
campo eléctrico
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QuQuíímicamica
Electroforesis
Al introducir una dispersión coloidal
en un dispositivo como éste y
aplicar un campo eléctrico, se
observa un desplazamiento de los
niveles
 movimiento de las partículas
hacia el electrodo de carga
contraria
Movimiento función del potencial
zeta y éste del tamaño, carga…
Aplicación en análisis, separación
de de sustancias
dispersante
dispersión
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QuQuíímicamica
Punto Isoeléctrico
En los sistemas con partículas de carga variable con
el pH es posible que la carga varíe de signo:
 En medio ácido: grupos –OH2
+, –NH3
+…
 En medio básico: grupos –COO-, -O- …
Hay valores de pH en los que existen ambos tipos de
grupos
Punto Isoeléctrico es el valor de pH para el que es
nula la carga neta de las partículas
 tantas cargas + como -
En un dispositivo de electroforesis con pH igual al
Punto Isoeléctrico no hay desplazamiento

QuQuíímicamica
Estabilidad de
dispersiones coloidales.
Floculación
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QuQuíímicamica
Distinguir:
Coagulación: alteración superficial de las
partículas que disminuye sus repulsiones y
permite la floculación
Floculación: agregación de partículas,
formando flóculos
 es un fenómeno de coalescencia
Sedimentación: proceso por el que materia
en suspensión se deposita por acción de la
gravedad
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QuQuíímicamica
Aplicación
Esquema de una planta de potabilización de agua
(ETAP)
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QuQuíímicamica
Estabilidad coloidal
Los sistemas coloidales se estabilizan por
fuerzas, principalmente:
 de van der Waals
 de repulsión electrostáticas
 estéricas
Fuerzas de van der Waals: son
 atractivas
 análogas a las que actúan entre átomos,
moléculas e iones
 de mayor magnitud y actúan a distancias más
largas
 por la gran cantidad de moléculas de cada partícula

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QuQuíímicamica
Fuerzas electrostáticas:
 repulsivas
 Surgen al aproximarse dos partículas con carga superficial neta:
 se superponen las partes difusas de sus correspondientes dobles capas
eléctricas (igual signo)
 Esta repulsión eléctrica actúa como un escudo que evita la
coalescencia
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
r R
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QuQuíímicamica
Repulsión estérica:
 La aproximación entre partículas a veces es impedida por una
barrera física, constituida por una capa adsorbida de
macromoléculas, generalmente no iónicas
 Se distinguen dos tipos de moléculas estabilizantes:
1. polímeros de alto PM con energía de adsorción por monómero
pequeña
2. macromoléculas de PM relativamente bajo, con un grupo que se
adsorbe con facilidad y una cola compatible con el dispersante:
SURFACTANTES
 Cuanto mayor sea el espesor de esta capa y la distancia entre
partículas, mayor será la estabilidad de la dispersión
 Este tipo de estabilización se suele dar en medios no polares en los
que la estabilidad electrostática es muy difícil de alcanzar
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QuQuíímicamica
Diferentes factores de estabilidad según se
trate de coloides:
liófilos: estables termodinámicamente
liófobos: estables cinéticamente
 Pero termodinámicamente inestables: Si se
separan las fases no es posible la redispersión
espontánea
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QuQuíímicamica
Solvatación en superficie de partículas  estabilización
a) Por adición de concentración elevada de electrolito
Coloides liófilos
b) Por mezcla de coloides hidrófilos con carga + y -
formación de agregados
aglomeración y sedimentación
Pérdida de la estabilidad:
efecto salino
coacervación

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QuQuíímicamica
Coloides liófobos
La estabilidad se puede alcanzar por dos medios:
1. Principalmente, por la carga eléctrica de las partículas
 Se puede inestabilizar agregando electrolitos en pequeñas
cantidades que neutralicen las cargas, disminuyendo el espesor
de las capas difusas
 Ej: las partículas de tierra en ríos son hidrófobas; cuando
el agua dulce llega al mar, se neutralizan las cargas de las
partículas por el medio rico en sales y se forman los deltas
 También por adición de ácido o base hasta alcanzar el punto
isoeléctrico
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QuQuíímicamica
Coloides liófobos
2. Por formación de una película protectora
rodeando a cada partícula que evita que se
adhieran entre sí
 Formación de micelas
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QuQuíímicamica
Arcillas
Las arcillas son partículas de tamaño coloidal.
Se puede conseguir la floculación de las
arcillas por adición de electrolitos, cambios de
pH, adición de otros coloides, adición de
desolvatantes y por centrifugación
Los cationes divalentes tienen mayor efecto
floculante que los monovalentes.
 El Ca+2 facilita la floculación (formación de
agregados)
 El Na+ facilita la dispersión
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QuQuíímicamica
Estabilidad de emulsiones
Constituidas por dos líquidos no
miscibles (no afines): sistemas liófobos
No son estables si no concurren
terceras sustancias: agentes
emulsionantes o emulgentes
Estos han de reducir la tensión
interfacial entre ambos líquidos: son
tensioactivos

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QuQuíímicamica
Uno de los líquidos
habitualmente es agua (W) y
el otro una sustancia apolar,
que se suele denominar
aceite (O)
La emulsión W/O suele ser
menos estable que la O/W
Entre otras razones, en esta
las cabezas cargadas o
polares del tensioactivo
añaden estabilidad por
repulsión electrostática
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- - -
50
QuQuíímicamica
Detergencia
Jabones naturales: Sales sódicas de ácidos grasos de
cadena larga
 Precipitan en medio ácido formándose los ácidos grasos
 Precipitan sales insolubles con cationes Ca2+ y Mg2+ (aguas duras)
Jabones Sintéticos: se forman a partir de productos de la
refinación del petróleo o la hulla
 Sulfatos de alquilo; sulfonatos de alquilo, derivados del óxido
polietilénico
 Agregado de aditivos
Mecanismos de detergencia
 Buenas características de mojado (C12-C14)
 Capacidad para separar la suciedad de una superficie o ayudar a
pasarla al seno del líquido
 Capacidad para solubilizar o dispersar la suciedad separada y que
se vuelvan a dispersar
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QuQuíímicamica
Acción de los jabones
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QuQuíímicamica
Detergencia
El detergente disminuye  G/A y  S/A
grasa
H2O
sólido
S/G
grasa
H2O
sólido
S/A G/A
 G/S >  G/A +  S/A  G < 0

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QuQuíímicamica
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QuQuíímicamica
Coloides por asociación (micelas)
A baja concentración (50-200 M) producen una
marcada disminución de la tensión superficial
A mayor concentración (1-5 mM) forman en la
solución estructuras relativamente estables, llamadas
micelas que tienen tamaño coloidal
Agentes Tensioactivos o Surfactantes
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- - -
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QuQuíímicamica
Es la concentración del tensioactivo en la que las
moléculas individuales se agregan para formar micelas
Concentración Micelar Crítica (CMC)

Turbidez

Concentración
CMC
Propiedad

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QuQuíímicamica
La formación de micelas por los detergentes posibilita el
secuestro de moléculas grasas en el interior de la micela
Las micelas permiten un pequeño medio interior
hidrofóbico en un medio acuoso.
ácidos grasos
sales biliares
triglicéridos
A B
fosfolípidos
colesterol
triglicéridos
apoproteínas
Algunas drogas, que son moléculas anfipáticas
relativamente grandes, están en su forma
farmacéutica como micelas (microemulsiones)
Las micelas digestivas (A) y las lipoproteínas (B)
son componentes fisiológicos de tipo micelar
Micelas

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QuQuíímicamica
Bicapas lipídicas - liposomas
Membrana
biológica
Micela Liposoma
QuQuíímicamica
Preparación y purificación
de dispersiones coloidales
59
QuQuíímicamica
Preparación
Métodos de condensación
Métodos de dispersión
Ver texto Prof. Valenzuela, 17.2.3
60
QuQuíímicamica
Purificación
Empleo de membranas
Diálisis
Ultraflitración
Electrodiálisis
Ver texto Prof. Valenzuela, 17.2.4

61
QuQuíímicamica
Diálisis

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