coloides fqi

M.C. NORA ALICIA PURATA PEREZ

3 DE JUNIO DE 2011

UNIDAD 5: SISTEMAS COLOIDALES.5.1. CARACTERSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS COLODALES. k Caractersticas generalesy y y y

Tamao de partcula de 1 nm a 0.5 microm Son transparentes Movimiento llamado browniano Cuanto menor sea el dimetro de la partcula interna, mayor superficie de contacto.

Por ejemplo el magma de bentonita que es viscosizante.

k Propiedades de dispersiones coloidales.Son pticas, cinticas y elctricas. Nos permiten determinar el ph, la turbidez. Mayor superficie por unidad de volumen Doble capa elctrica Estabilidad: es determinante por el movimiento browniano (es aleatorio), por propiedades elctricas (doble capa) donde distinguimos 3 potenciales elctricos y el ms importante es z. Sus partculas no pueden ser observadas. 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 molculas del disolvente (efecto tyndall). Los coloides tambin afectan el punto de ebullicin del agua y son contaminantes. Se clasifican segn la magnitud de la atraccin entre la fase dispersa y la fase continua o dispersante. Si esta ltima es lquida, los sistemas coloidales se catalogan como soles y se subdividen en lifobos (poca atraccin entre la fase dispersa y el medio dispersante) y lifilos (gran atraccin entre la fase dispersa y el medio

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dispersarte). Si el medio dispersante es agua se denominan hidrfobos (repulsin al agua) e hidrfilos (atraccin al agua). Tambin se pueden hacer varios tipos de exmenes con esos tipos de sistemas coloidales como los vegetales y animales.

k Tipos de coloides.Liofilos: Afinidad por el medio dispersante. Solvatables no les afecta mucho los electrlitos. pueden ser hidrfilos o lipfilos son viscosizantes y formadores de geles. Inorgnicos como la bentonita y veegum Macromolculas orgnicas: gomas; derivados de celulosa. Lifobos: sin afinidad por el medio dispersante. Pueden ser hidrfobos o lipfobos. son inestables No se solvatan Los electrlitos si les afectan produciendo floculacin. Micelas de asociacin: tienen doble afinidad, por un lado una cabeza polar con afinidad al agua y un resto o cola apolar. Son molculas anfiflicas. Cuando llegamos a la concentracin micelar crtica (cmc) se forman micelas en un proceso espontneo. Estas micelas p0ueden tener distintas formas: Esfricas: concentracin muy prxima a la cmc laminares Hexagonales.

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Son transparentes, y se les llama cristales lquidos y tienen un alto poder solubilizante. La presencia de electrlitos produce una desestabilizacin porque diminuye cmc. Partculas grandes (1-10nm a 1-10 m) interacciones atractivas fuertes. Soluciones viscosas, lentamente difusibles, que no atraviesan membranas semipermeables. Estabilidad Tenemos las fuerzas de atraccin (vdw) y las fuerzas de repulsin (interacciones entre dobles capas elctricas). Tenemos en cuenta el movimiento browniano. Si predominan las fuerzas de atraccin hay una aglomeracin. Si predominan las fuerzas de repulsin hay una separacin entre partculas. Vm = mximo de repulsin Vp = mnimo de atraccin primario: partculas muy juntas. Cementacin irreversible. Vs = mnimo de atraccin secundario: coagulacin reversible.

k Estabilizacin: tensioactivosLos tensioactivos puedes ser:y

Inicos: estn cargados por lo que producen repulsin. Pelcula interfsica menos densa. Son peores tensioactivos. No inicos: no cargados por lo que la repulsin es menor y forman una pelcula ms densa, son mejores estabilizantes.

y

Adsorcin en interfases lquida. Tensioactivos: - los tensioactivos tienen una cabeza polar (hidroflica) y una cola apolar (hidrofbica) - los tensioactivos disminuyen la tensin superficial y disminuye la energa libre de gibas. Inestabilidad de coloides Coacervacin: dos coloides hidrfilos de carga opuesta se mezclan. El resultado se llama coacervato. Se usa para la elaboracin de las nanocpsulas. Desestabilizacin por otros mtodos:3


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Coagulacin: aumento del tamao de la partcula. Peptizacin: disminucin del tamao de la partcula dispersa hasta tamao molecular.

k Factores de desestabilizacin:- temperatura - presencia de impurezas. - adicin de electrlitos de signo contrario.

k Estabilizacin de coloides:- propia repulsin electrosttica de sus partculas - adsorcin de coloides estabilizadora - interposicin estrica de ciertas sustancias.

k SolubilizaranLa aplicacin de los coloides es la solubilizacin micelar. Las micelas tienen la capacidad de incorporar ppios activos incrementando la solubilidad del mismo En funcin de la naturaleza pueden ser:y

No inicos: son los ms utilizados. Tienen menor toxicidad. Se utilizan por ejemplo para vitaminas liposolubles, esteroides, esencias. Por ejemplo el cremofol. Anfteros Inicos: formadores de micelas.

y y

A veces para potenciar la solubilidad se utiliza co- solventes: glicerina, sorbitol, sacarosa. Temperatura de kraff y agragacin de ppios activos. Algunos ppios activos se van a unir formado micelas. As conseguimos que aumente la solubilidad del ppio activo.4


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La temperatura a la cual se producen micelas de ppios activos es la temperatura de kraff.

k Energa de atraccinTeora dlvo (derjaguin- landau- verwey- overbeek) suspensiones hidrofbicas 2 partculas del mismo tipo. Fuerzas de van der waals atractivas Si d/r es pequea (partculas grandes y cercanas) = atraccin fuerte Si d/r es grande (distancias mayores a 5-10 veces el r) = atraccin dbil

k Energa de repulsin.Si las partculas estn cargadas fuerzas electrostticas repulsivas La carga se obtiene por: k Ionizacin k Adsorcin (ej tensioactivos) k Fricciones

5.2. Clasificacin de los coloides a las fases dispersas.Coloides hidrofilicos: las protenas, como la hemoglobina, portadora del oxgeno, forman soles hidroflicos cuando estn suspendidas en disoluciones acuosas de los fluidos biolgicos como el plasma sanguneo. En el organismo humano, las grandes molculas que son sustancias tan importantes como las enzimas y los anticuerpos, se conservan en suspensin por su interaccin con las molculas de agua que las rodean. Coloides hidrofobicos: los coloides hidrofbicos no pueden existir sin la presencia de agentes emulsionantes o sustancias emulsivas que recubran las partculas de la fase dispersa e impidan la coagulacin en una fase separada. La leche y la mayonesa son ejemplos de una fase hidrofbica que permanece suspendida con ayuda de un agente emulsionante (la grasa de la leche en el primer caso y el aceite vegetal en el segundo). son coloides moleculares producidos naturalmente en Coloides orgnicos: reacciones bioqumicas, menos sencillas, que en su mayora son liofobicos, debido a que las sustancias son insolubles en agua. Algunas de estas sustancias se disuelven en cidos pero en tales soluciones cambian qumicamente por completo dando lugar

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a la formacin de soluciones verdaderas en lugar de soluciones coloidales y estas ultimas pueden ser obtenidas por mtodos de condensacin o dispersin. Coloides esfricos y laminares: los colides esfricos tienen partculas globulares mas o menos compacta, mientras que los colides lineales poseen unidades largas y fibrosas. La forma de las partculas coloidales influyen su comportamiento aunque solo pueden determinarse de manera aproximada, en la mayora de los casos puede ser muy compleja. Como primera aproximacin se puede reducir a formas relativamente sencillas como la esfera que adems representa muchos casos reales. Es la forma que adquieren las partculas esencialmente fluidas, como las gotitas de un lquido dispersas en otro para formar una emulsin. Coloides moleculares y micelares: tambin se pueden estudiar los coloides de acuerdo al tamao de sus partculas como coloides moleculares y coloides micelares, a su vez estos coloides pueden ser orgnicos o inorgnicos, o fibrosos o laminares. 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 por ligaduras qumicas verdaderas, a estos coloides moleculares se los llama coloides verdaderos. A este grupo de coloides moleculares pertenece la mayora de los coloides orgnicos de nitrocelulosa, almidn, cloruro de polivinilo, caucho. Los esferocoloides tambin pueden ser moleculares. La estructura de los coloides micelares es distinta, las partculas de estos no son molculas, sino conglomerados de muchas molculas pequeas o grupos de tomos que son mantenidos juntos por valencias secundarias o por fuerzas de cohesin o de van der. Walls. Muchos coloides inorgnicos, emulsiones, jabones y detergentes, forman coloides micelares. Estas sustancias pueden formar soluciones verdaderas o de tipo coloidal, dependiendo de las condiciones. En general una micela es menos estable que una macromolcula. Coloides liofbicos y lioflicos: las partculas de muchos coloides contienen grupos de tomos los cuales se disocian en iones, estos grupos ionizantes hacen que la partcula este elctricamente cargada. Las partculas pueden tambin cargarse por adsorcin de iones de la solucin; esta carga elctrica es uno de los factores de estabilidad, ya que las partculas cargadas positivamente se repelen entre s, al igual que, por ejemplo, en un sol negativamente cargado, su estabilidad se debe a la repulsin electrosttica. Otro importante factor de estabilidad es la solvatacin (la adsorcin de un lquido sobre la superficie de las partculas), debido a esta, las partculas estn mas o menos completamente rodeadas por una capa de molculas del lquido y se supone que esta capa puede prevenir la aglomeracin de partculas. La solvatacin depende6


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de la afinidad del solvente por los tomos y grupos de tomos que forman la superficie de las partculas. Liofbico significa no gustar de o temer a un lquido; en los soles liofbicos no hay afinidad entre las partculas y el solvente, la estabilidad de estos depende principalmente de la carga de las partculas. Si el agua es el solvente, se utiliza el nombre hidrfobo. Este tipo de coloides se caracteriza por presentar: baja estabilidad hacia la floculacin por electrolitos, su visibilidad en el microscopio es buena y presentan una muy pequea presin osmtica. Algunos ejemplos de estos coloides son: au, ag, agcl, y algunas emulsiones. Lioflico significa gustar de un lquido, en este tipo de coloides hay interaccin entre las partculas y el solvente. Este tipo de soles es mucho ms estable que los soles liofbicos. Para el caso de los soles en agua se utilizara el trmino hidroflico. Este tipo de coloides se caracteriza por presentar: alta estabilidad hacia la floculacin por electrolitos, su visibilidad en el microscopio es mala y presentan una considerable presin osmtica. Algunos ejemplos de estos coloides son: albmina, glicgeno, hule y cido silcico. La mayora de los coloides inorgnicos son hidrofbicos, mientras que la mayora de los coloides orgnicos son lioflicos.

Clasificacin de coloides liofobos Tipo Aerosol liquido Aerosol solido Espuma Emulsion Suspensin Espuma Emulsion solida Suspensin solida No existe k Emulsiones Se llama emulsin a una dispersin coloidal de un lquido en otro inmiscible con l, y puede prepararse agitando una mezcla de los dos lquidos , preferentemente,7

Fase dispersa Liquido Solido Gas Liquido Solido Gas Liquido Solido Gas

Fase continua Gas Gas Liquido Liquido Liquido Solido Solido Solido Gas


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pasando la muestra por un molino coloidal llamado homogeneizador. Tales emulsiones no suelen ser estables y tienen a asentarse en reposo, para impedirlo, durante su preparacin se aaden pequeas cantidades de sustancias llamadas agentes emulsificantes emulsionantes, que sirven para estabilizarlo. Estas son generalmente jabones de varias clases, sulfatos y cidos sulfricos de cadena larga o coloides lifilos. k Soles Las soluciones coloidales con un medio de dispersin lquido se dividen en dos clases: soles lifobos (que repelen los lquidos), y soles lifilos (que atraen a los lquidos). Si el agua es el medio, se emplean los trminos hidrfobo hidrfilo. Los soles lifobos son relativamente inestables (o metaestables); a menudo basta una pequea cantidad de electrlito una elevacin de la temperatura para producir la coagulacin y la precipitacin de las partculas dispersadas. Los lifilos tienen una estabilidad considerable. Al evaporar un sistema lifobo, se obtiene un slido que no puede convertirse de nuevo en sol por adicin del disolvente; pero los soles lifilos siguen siendo en esencia sistemas moleculares dispersados, son reversibles en este respecto. Son ejemplos tpicos de soles lifobos los de metales, azufre, sulfuros metlicos y otras sales. Los soles de gomas, almidones, protenas y muchos polmeros sintticos elevados son de ndice lifila. No es posible trazar una lnea de separacin entre los soles lifilos y lifobos, as por ejemplo, las soluciones coloidales de varios hidrxidos metlicos y slice hidratada (slidos de cido slico) poseen propiedades intermedias. En esos casos, la fase dispersa tiene probablemente una estructura molecular anloga a la de un polmero elevado. De algunos soles lifilos o lifobos puede obtenerse un gel, sistema que tiene ciertas propiedades elsticas o incluso rgidos. k Aerosoles Los aerosoles fueron definidos antes como sistemas coloidales que consistan en las partculas lquidas o slidas muy finalmente subdivididas dispersadas en un gas. Hoy el aerosol del trmino, en uso general, ha llegado a ser sinnimo con un paquete presurizado. Los aerosoles de superficie capa producen un aerosol grueso o mojado y se utilizan cubrir superficies con una pelcula residual. Los propulsores usados en aerosoles8


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estn de dos tipos principales: gases licuados y gases comprimidos. Lo anterior consisten en fcilmente los gases licuados tales como hidrocarburos halogenos. Cuando stos se sellan en el envase, el sistema se separa en un lquido y una fase del vapor y pronto alcanza un equilibrio. La presin del vapor empuja la fase lquida encima de la columna de alimentacin y contra la vlvula. Cuando la vlvula es abierta apretando, la fase lquida se expele en el aire en la presin atmosfrica y se vaporiza inmediatamente. La presin dentro del envase se mantiene en un valor constante mientras que ms lquido cambia en el vapor. Los aerosoles farmacuticos incluyen soluciones, suspensiones, emulsiones, polvos, y preparaciones semisolidas. k Geles Formacin de los geles (gelacin) Cuando se enfran algunos soles lifilos por ejemplo, gelatinas, pectinas, o una solucin medianamente concentrada de jabn o cuando se agregan electrlitos, en condiciones adecuadas, a ciertos soles lifobos, por ejemplo: xido frrico hidratado, xido alumnico hidratado slice, todo el sistema se cuaja formando una jalea aparentemente homognea que recibe el nombre de gel. Se forman geles cuando se intentan preparar soluciones relativamente concentradas de grandes polmeros lineales. La formacin de los geles se llama gelacin . En general, la transicin de sol a gel es un proceso gradual. Por supuesto, la gelacin va acompaada por un aumento de viscosidad, que no es repentino sino gradual. Tipos de geles. Hay geles de muchos tipos y no es posible una clasificacin sencilla. En general, se dividen en: elsticos o no elsticos rgidos. En realidad, todos los geles poseen elasticidad apreciable, y la divisin citada se refiere ms particularmente a la propiedad del producto obtenido cuando se seca el gel. La deshidratacin parcial de un gel elstico, como un gel de gelatina, conduce a la formacin de un slido elstico, por medio del cual puede regenerarse el sol original aadindole el disolvente stos slidos secos o semisecos se llaman xerogeles . Los precipitados gelatinosos de los xidos metlicos hidratados no tienen en realidad una estructura diferente de la de los geles no elsticos correspondientes. La diferencia esencial es en que stos tienen todo el lquido de dispersin incluido en la estructura semislida, lo cual no ocurre en el precipitado gelatinoso. Si las condiciones son tales que las partculas coloidales se juntan lentamente, es posible

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que se forme un gel, pero la coagulacin rpida ir acompaada por la formacin de un precipitado. Se ha propuesto otra clasificacin de los geles basados en el efecto del calor. Si el cambio producido calentando es invertido por enfriamiento se dice que el gel es trmicamente reversible; en el caso contrario, el gel es trmicamente irreversible. Pertenecen al primer grupo la nitrocelulosa en diversos lquidos orgnicos y la gelatina en agua; en el segundo estn los sistemas albmina de huevo y slice hidratada en agua. La diferencia entre los dos tipos se debe indudablemente a cambios qumicos, como la formacin del enlace de hidrogeno que se produce cuando se calientan geles trmicamente irreversibles.

5.3. MTODO DE SEPARACIN DE SISTEMAS COLOIDALES.k Filtracin y ultrafiltracin Con experimentos simples de filtracin que muchos coloides pasan a travs de papeles filtros comunes. Las partculas no son retenidas ni aun por las clases ms finas de papel filtro. Los filtros finos tienen un dimetro de poro de 0.0009-0.0016 mm; puesto que las partculas del sol de sulfuro arsenioso, al igual que las del hidrxido frrico, plata, gelatina, albmina y otros coloides, pasan a travs de estos filtros se nota que dichas partculas son ms pequeas que los poros del filtro. Si las partculas corren a travs de un filtro, son ms pequeas que los poros, y si son retenidas no se puede concluir en que son ms grandes que los poros, ya que algunas veces pueden ser absorbidas en las superficies del filtro, y as ocluir los poros; en ese caso, se estudiarn las partculas de la sustancia filtrada, y si difiere de la solucin original, se dir que son ms gruesas que los poros del filtro. Las partculas coloidales, son ms o menos completamente retenidas por ultrafiltros, es decir, filtros extremadamente finos cuyas membranas son geles slidos. La estructura de la membrana es la misma que la del papel, pero el tamao del poro es mucho ms pequeo. Uno de los mejores materiales ultrafiltro es el papel celofn, a travs de este la filtracin es muy lenta, pero luego de cierto tiempo, el lquido penetra una membrana y una gota de lquido es formada debajo del celofn, finalmente el examen de estas gotas dir si las partculas penetran en la membrana o no. Otro buen material para hacer ultrafiltros es el es el colodin, que es una solucin 4% de nitrocelulosa en una mezcla de alcohol y ter; los filtros de vidrio poroso o los crisoles de porcelana no esmaltada son los mejores soportes para las membranas de colodin. Estas son formadas en la evaporacin parcial de la mezcla alcohol-ter; el colodin es prcticamente es vertido en un filtro de vidrio poroso o filtro crisol, a un espesor de varios mm y aguardado hasta que se solidifica. Otro mtodo es el de impregnar papel filtro con colodin, el tamao de los poros de este ultrafiltros

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depende del grado de secado de la capa de colodin, mientras ms seca, ms pequeos son los capilares. Existen sustancias como las dextrinas, que penetran los ultrafiltros muy lentamente, se las conoce como semicoloides. k Difusin y dilisis Es muy difcil realizar procesos de difusin en soluciones, por eso Graham propuso observar la difusin en jaleas. La difusin de las jales est relacionada con la ultrafiltracin y la dilisis; esta ltima se basa en el hecho de que la gran mayora de las sustancias en solucin verdadera pasan a travs de una membrana, mientras que las partculas coloidales son retenidas. La membrana es un gel con poros tan diminutos que solamente sustancias micromoleculares pueden pasar; por esto a travs de este mtodo se puede estimar el tamao de las partculas. Sin embargo, el objetivo de la dilisis es liberar a un sol de los electrolitos que lo acompaan y de otras impurezas micromoleculares, los aparatos utilizados para realizar estas tareas se llaman dializadores. La dilisis tambin es promovida por medio de una corriente elctrica la cual arrastra a los iones micromoleculares fuera del sol, en esta denominada electrodilisis se facilita la separacin de los electrolitos por medio de un campo elctrico. Se efecta en un aparato que consta de tres compartimentos: el compartimento central est separado de cada compartimento exterior por una membrana semipermeable, el sol es vertido dentro del compartimento central, y a travs de las otras dos celdas fluye agua destilada; los dos electrodos, se insertan dentro de las celdas exteriores cerca de las membranas, el potencial elctrico creado atrae a todos los iones micromoleculares a travs de las membranas hacia el agua. Por medio de esta elctrodializacin es posible en un corto tiempo, liberar coloides de electrolitos micromoleculares. k Floculacin o coagulacin de los coloides La coagulacin o floculacin de los coloides es el aumento del tamao de las partculas en un sol, por el cual generalmente se enturbia y hasta puede precipitarse. Hay muchas maneras de producir la coagulacin, una de ellas es la accin de los electrolitos, tambin est la radiacin y el calor. Algunos soles son muy estables a la accin de electrolitos, mientras que otros pueden ser floculados muy fcilmente. Se han realizado muchos experimentos sobre los efectos precipitantes de varios electrolitos sobre diferentes soles; los resultados dependen de las condiciones en que se efectan, pero se pueden sacar dos conclusiones: primero, el ion que produce la precipitacin de un sol es aquel cuya carga es de signo opuesto al de las partculas coloides; segundo, el efecto precipitante aumenta notablemente al aumentar la valencia del ion.11


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Cuando se agrega una sustancia lifila a un sol lifobo, este se vuelve menos sensible al efecto precipitante de los electrolitos; este es un ejemplo de accin protectora, siendo la sustancia lifila un coloide protector. Entonces el coloide protector confiere a los soles lifobos estabilidad en presencia de electrolitos.

BIBLIOGRAFAFISICOQUIMICA. Segunda Edicin en Espaol. Gilbert W. Castellan/University of Marylad. Editorial Addison-Wesley Iberoamericana. 463-467 MARON. CAP 21. COLOIDES. PAG 849-878

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