Sistemas coloidales.

Sistemas coloidales.
Introducción
La materia es todo lo que posee masa y que ocupa un lugar en el
espacio. Una propiedad de la materia es que esta puede ser apreciada
por nuestros sentidos, o determinada por mediciones; todas las
propiedades de la materia pueden ser resumidas en dos grandes
grupos: propiedades extensivas y propiedades intensivas. Las primeras
son aquellas que varían al variar la cantidad de materia, las segundas
son aquellas que no dependen de la masa.
Los diferentes tipos de materia pueden separarse en dos grandes
divisiones: las sustancias y las mezclas de sustancias.
Una sustancia posee un conjunto de propiedades físicas y químicas que
no dependen de su historia previa o del método de separación de la
misma. Las mezclas pueden variar mucho en su composición química,
sus propiedades físicas y químicas varían según la composición y
pueden depender de la manera de preparación.
Al hablar de sistemas dispersos o mezclas, se tendrá en cuenta que se
denomina así, a los sistemas homogéneos (soluciones) o heterogéneos
(dispersiones), formados por mas de una sustancia. Hay sistemas
dispersos en los que se distinguen dos medios: la fase dispersante y la
fase dispersa.
Las mezclas se caracterizan porque: las componentes de las mezclas
conservan sus propiedades, intervienen en proporciones variadas, en
ellos hay diferentes clases de moléculas, cuando son homogéneas se
pueden fraccionar y cuando son heterogéneas se pueden separar en
fases.
Según el grado de división de las partículas los sistemas dispersos se
clasifican en:

Dispersiones macroscópicas o groseras: son sistemas
heterogéneos, las partículas dispersas se distinguen a simple
vista son mayores a 50ðm.

Dispersiones finas: son sistemas heterogéneos visibles al
microscopio, las partículas son menores a 50ðm y mayores a 0.1
ðm.

Dispersiones o sistemas coloidales: en estas dispersiones el medio
disperso solo es visible con el ultramicroscopio. Si bien son
sistemas heterogéneos, marcan un límite entre los sistemas
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materiales heterogéneos y homogéneos. El tamaño de sus
partículas se halla alrededor de 1mðð

Soluciones verdaderas: en estos sistemas las partículas dispersas
son moléculas o iones, su tamaño es menor a 0.001ðm. No son
visibles ni siquiera con ultramicroscopio, y son sistemas
homogéneos.
En este trabajo serán estudiadas las dispersiones o sistemas
coloidales.
Dispersiones Coloidales
Definición e historia de los coloides
La dispersión coloidal ha sido definida tradicionalmente como una
suspensión de pequeñas partículas en un medio continuo. Los coloides
son sustancias que consisten en un medio homogéneo y de partículas
dispersadas en dicho medio. Estas partículas se caracterizan por ser
mayores que las moléculas pero no lo suficientemente grandes como
para ser vistas en le microscopio.
El límite superior del de tamaño de las partículas en el estado coloidal
se puede tomar como aproximadamente igual al limite inferior de la
visibilidad en el microscopio, o sea, 2 x10-5 cm o 0.2ð, mientras que el
límite inferior es del orden de 5 x10-7, o 5mðð Esta última cifra es casi
igual a la de los diámetros de algunas moléculas complejas de peso
molecular elevado.
Las propiedades esenciales de las dispersiones coloidales pueden
atribuirse al hecho de que la relación entre la superficie y el volumen de
las partículas es muy grande. En una solución verdadera, el sistema
consiste de una sola fase, y no hay superficie real de separación entre
las partículas moleculares del soluto y del solvente. Las dispersiones
coloidales son sistemas de dos fases, y para cada partícula existe una
superficie definida de separación.
Las dos fases de un sistema coloidal se pueden distinguir en fase
dispersa, que es la fase que forman las partículas; y medio dispersante,
que es el medio en el cual las partículas se hallan dispersas, este ultimo
puede ser líquido, sólido o gaseoso, al igual que la fase dispersa que
también puede ser líquida, sólida o gaseosa.
De acuerdo a las fases que componen el coloide, se pueden distinguir
distintos tipos:
Fase Dispersa
Fase Dispersante
Nombre
Ejemplo
Sólido
Líquido
Gel o sol
Gelatina
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Sólido
Gas
Aerosol
Humo
Líquido
Líquido
Emulsión
Crema
Líquido
Gas
Aerosol líquido
Niebla
Líquido
Sólido
Emulsión sólida
Manteca
Gas
Sólido
Espuma sólida
Esponja
Gas
Líquido
Gas
Gas
Espuma líquida Crema de afeitar
Mezcla
Aire
Muchas personas estudiaron los coloides, el primero fue Selmi (1843),
preparó soluciones coloidales de azufre, azul de Prusia y caseína,
realizando numerosos experimentos; llegó a la conclusión de que estas
no eran soluciones verdaderas, sino suspensiones en agua de pequeñas
partículas.
Graham (1861), es considerado como el fundador de la química coloidal
experimental clásica; investigó la difusión de diferentes sustancias
encontrando que algunas tenían alta velocidad de difusión, pero otras lo
hacían muy lentamente. De acuerdo a la velocidad de difusión, clasificó
a las sustancias en dos grupos: cristaloides y coloides, los primeros
podían ser fácilmente cristalizados, mientras que los coloides no. La
diferencia entre ambos era mayor si la sustancia era disuelta en agua y
separada del solvente puro por una membrana semipermeable, los
cristaloides pasarían a través de la membrana, mientras que los
coloides no.
El trabajo de Graham fue muy importante hasta que se encontró que su
diferenciación entre coloides y cristaloides no era del todo correcta, ya
que muchos coloides podían ser cristalizados.
Faraday también hizo importantes descubrimientos acerca de los
coloides, preparó soluciones estables de oro coloidal y estudió algunas
de sus propiedades ópticas. Observó que un bien definido haz de luz al
pasar al pasar a través del sol de oro, al ser observado lateralmente
aparecía como una trayectoria blanca; esto era causado por las
partículas de oro, que dispersaban la luz. Luego se demostró que este
hecho era una característica de los sistemas coloidales.
Schuzle, trabajo en la estabilidad de los coloides, demostrando que
estos podían ser precipitados muy fácilmente.
A principios del siglo XX hubo importantes progresos en el estudio de
los coloides. Freindlich investigó los fenómenos de adsorción y
estableció la “Ley de adsorción”, en 1903. Siedentopf y Zsigmondy en
1903 inventaron el ultramicroscopio. Importantes descubrimientos
sobre el tamaño y movimiento de las partículas coloidales fueron
realizados por Smoluchowsky (1906), Svedberg (1906), Perrin (1908) y
Einstein (1908).
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Wo. Ostwald y Von Weirman propusieron la primera clasificación
racional de coloides, fue introducida la noción de sistema disperso y el
tamaño de la partícula fue tomado como el principal factor en la
clasificación y caracterización de los coloides.
Clasificación de los coloides
Coloides orgánicos e inorgánicos: de acuerdo a su composición
química, los coloides se pueden clasificar en orgánicos e inorgánicos; a
su vez estos se subdividen en: metales, no-metales, soles de óxidos y
sales coloidales, para los inorgánicos; y en soles homopolares,
hidroxisoles y soles heteropolares.
Coloides esféricos y laminares: de acuerdo a la forma de la partícula
que los formas, los coloides se clasifican principalmente en coloides
esféricos y coloides lineales. Los coloides esféricos tienen partículas
globulares más o menos compactas, mientras que los coloides lineales
poseen unidades largas y fibrosas.
La forma de las partículas coloidales influye en su comportamiento
aunque sólo puede determinarse de manera aproximada, en la mayoría
de los casos puede ser muy compleja. Como primera aproximación se
puede reducir a formas relativamente sencillas, como la esfera que
además representa muchos casos reales. Es la forma que adquieren las
partículas esencialmente fluidas, como las gotitas de un líquido
dispersas en otro para formar una emulsión. Las dispersiones de
plásticos y caucho en agua (látex), así como en muchos negros de
carbono son casi esféricas, al igual que en ciertos virus. Si la forma se
desvía de la esférica, podemos considerar como modelos los elipsoides
de revolución, como en muchas proteínas. Los elipsoides pueden ser
oblatos (discos) o prolatos (forma de cigarro puro). Si la partícula se
aplana mucho, se asemejará a un disco caracterizado por su radio y
espesor. Si se alarga mucho, tomará la forma de una barra de longitud
y radio dados. Si las partículas se aplanan y alargan, su forma será de
tablillas o cintas. Cuando se alargan mucho en comparación con las
otras dos dimensiones, se forma un filamento (polietileno y caucho).
Coloides moleculares y micelares: también se pueden estudiar los
coloides de acuerdo al tamaño de sus partículas como coloides
moleculares y coloides micelares, a su vez estos coloides pueden ser
orgánicos o inorgánicos, o fibrosos o laminares.
Las partículas de los coloides moleculares son macromoléculas sencillas
y su estructura es esencialmente la misma que la de estructura de
pequeñas moléculas, los átomos están unidos por ligaduras químicas
verdaderas, a estos coloides moleculares se los llama coloides
verdaderos. A este grupo de coloides moleculares pertenece la mayoría
de los coloides orgánicos de nitrocelulosa, almidón, cloruro de polivinilo,
caucho. Los esferocoloides también pueden ser moleculares.
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La estructura de los coloides micelares es distinta, las partículas de
estos no son moléculas, sino conglomerados de muchas moléculas
pequeñas o grupos de átomos que son mantenidos juntos por valencias
secundarias o por fuerzas de cohesión o de van der. Walls. Muchos
coloides inorgánicos, 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 macromolécula.
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 esté 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 más 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, AgCl, 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
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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.
Preparación de dispersiones coloidales
Muchas sustancias sólidas forman dispersiones coloidales al ser
puestas en contacto, o calentadas en un medio de dispersión adecuado,
a este tipo de coloides se los llama coloides intrínsecos, y son
compuestos de macromoléculas, este tipo de coloides por lo general
tiene un carácter liófilo. Se llama coloides extrínsecos a las
dispersiones de pequeñas partículas de materiales insolubles de bajo
peso molecular. Este tipo de dispersiones son casi invariablemente soles
liófobos y deben ser preparados mediante métodos especiales que
produzcan partículas de tamaño adecuado.
Muchos coloides moleculares son producidos naturalmente en
reacciones bioquímicas, menos sencilla es la preparación de los coloides
inorgánicos, que en su mayoría son liofóbicos, debido a que las
sustancias son insolubles en agua. Algunas de estas sustancias se
disuelven en ácidos pero en tales soluciones cambian químicamente por
completo dando lugar a la formación de soluciones verdaderas en lugar
de soluciones coloidales y estas ultimas pueden ser obtenidas por
métodos de condensación o de dispersión.
Condensación: el principio esencial de este método es que las
sustancias con las cuales se preparan los soles están originariamente
en solución verdadera, en estado de iones o moléculas, como resultado
de la reacción química que se efectúa entre ellas. Se obtienen partículas
insolubles de tamaño coloidal. Las condiciones experimentales deben
ser estrictamente controladas.
En la preparación de soluciones coloidales por el método de la
condensación se han empleado reacciones químicas de varios tipos;
también se ha empleado la oxidación, por ejemplo, una solución acuosa
de hidrógeno sulfurado se puede oxidar por oxígeno o por anhídrido
sulfuroso para obtener un sol de azufre.
Dispersión: en este método se parte de una cierta cantidad de
sustancia pura, por medio de dispositivos especiales se la desintegra en
partículas de dimensiones coloidales que permanecen durante algún
tiempo en estado disperso. Con este objeto se emplea el método de la
peptización, que consiste en la desintegración directa de una sustancia
en partículas de dimensiones coloidales mediante un agente agregado
que se conoce como agente peptizante.
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Se consigue reducir muchas sustancias al estado coloidal en el llamado
molino de coloides, este consiste en una serie de discos separados por
espacios muy pequeños que giran a gran velocidad en sentidos
opuestos. El medio dispersante se pasa a través del molino junto con
las sustancias a dispersar y el agente estabilizante, obteniéndose
después de un tiempo la solución coloidal.
Filtración y ultrafiltración
Con experimentos simples de filtración que muchos coloides pasan a
través de papeles filtros comunes. Las partículas no son retenidas ni
aun por las clases más finas de papel filtro. Los filtros finos tienen un
diámetro de poro de 0.0009-0.0016 mm; puesto que las partículas del
sol de sulfuro arsenioso, al igual que las del hidróxido férrico, plata,
gelatina, albúmina y otros coloides, pasan a través de estos filtros se
nota que dichas partículas son más pequeñas que los poros del filtro.
Si las partículas corren a través de un filtro, son más pequeñas que los
poros, y si son retenidas no se puede concluir en que son más grandes
que los poros, ya que algunas veces pueden ser absorbidas en las
superficies del filtro, y así ocluir los poros; en ese caso, se estudiarán
las partículas de la sustancia filtrada, y si difiere de la solución original,
se dirá que son mas gruesas que los poros del filtro.
Las partículas coloidales, son más o menos completamente retenidas
por ultrafiltros, es decir, filtros extremadamente finos cuyas
membranas son geles sólidos. La estructura de la membrana es la
misma que la del papel, pero el tamaño del poro es mucho más
pequeño. Uno de los mejores materiales “ultrafiltro” es el papel celofán,
a través de este la filtración es muy lenta, pero luego de cierto tiempo, el
líquido penetra una membrana y una gota de líquido es formada debajo
del celofán, finalmente el examen de estas gotas dirá si las partículas
penetran en la membrana o no. Otro buen material para hacer
ultrafiltros es el es el colodión, que es una solución 4% de nitrocelulosa
en una mezcla de alcohol y éter; los filtros de vidrio poroso o los crisoles
de porcelana no esmaltada son los mejores soportes para las
membranas de colodión. Estas son formadas en la evaporación parcial
de la mezcla alcohol-éter; el colodión es prácticamente es vertido en un
filtro de vidrio poroso o filtro crisol, a un espesor de varios mm y
aguardado hasta que se solidifica. Otro método es el de impregnar papel
filtro con colodión, el tamaño de los poros de este ultrafiltros depende
del grado de secado de la capa de colodión, mientras más seca, más
pequeños son los capilares.
Existen sustancias como las dextrinas, que penetran los ultrafiltros
muy lentamente, se las conoce como semicoloides.
Difusión y diálisis
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Es muy difícil realizar procesos de difusión en soluciones, por eso
Graham propuso observar la difusión en jaleas. La difusión de las jales
está relacionada con la ultrafiltración y la diálisis; esta ultima se basa
en el hecho de que la gran mayoría de las sustancias en solución
verdadera pasan a través de una membrana, mientras que las
partículas coloidales son retenidas. La membrana es un gel con poros
tan diminutos que solamente sustancias micromoleculares pueden
pasar; por esto a través de este método se puede estimar el tamaño de
las partículas.
Sin embargo, el objetivo de la diálisis es liberar a un sol de los
electrolitos que lo acompañan y de otras impurezas micromoleculares,
los aparatos utilizados para realizar estas tareas se llaman dializadores.
La diálisis también es promovida por medio de una corriente eléctrica la
cual arrastra a los iones micromoleculares fuera del sol, en esta
denominada electrodiálisis se facilita la separación de los electrolitos
por medio de un campo eléctrico. Se efectúa en un aparato que consta
de tres compartimentos: el compartimento central esta separado de
cada compartimento exterior por una membrana semipermeable, el sol
es vertido dentro del compartimento central, y a través de las otras dos
celdas fluye agua destilada; los dos electrodos, se insertan dentro de las
celdas exteriores cerca de las membranas, el potencial eléctrico creado
atrae a todos los iones micromoleculares a través de las membranas
hacia el agua. Por medio de esta elctrodialización es posible en un corto
tiempo, liberar coloides de electrolitos micromoleculares.
Floculación o coagulación de los coloides
La coagulación o floculación de los coloides es el aumento del tamaño
de las partículas en un sol, por el cual generalmente se enturbia y hasta
puede precipitarse. Hay muchas maneras de producir la coagulación,
una de ellas es la acción de los electrolitos, también esta la radiación y
el calor. Algunos soles son muy estables a la acción de electrolitos,
mientras que otros pueden ser floculados muy fácilmente.
Se han realizado muchos experimentos sobre los efectos precipitantes
de varios electrolitos sobre diferentes soles; los resultados dependen de
las condiciones en que se efectúan, pero se pueden sacar dos
conclusiones: primero, el ion que produce la precipitación de un sol es
aquel cuya carga es de signo opuesto al de las partículas coloides;
segundo, el efecto precipitante aumenta notablemente al aumentar la
valencia del ion.
Cuando se agrega una sustancia liófila a un sol liófobo, este se vuelve
menos sensible al efecto precipitante de los electrolitos; este es un
ejemplo de acción protectora, siendo la sustancia liófila un coloide
protector. Entonces el coloide protector confiere a los soles liófobos
estabilidad en presencia de electrolitos.
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Propiedades ópticas de los soles
Muchas sustancias aparecen muy altamente coloreadas si sus
partículas son de dimensiones coloidales, así como los iones de plata
son incoloros, la plata precipitada es gris, y los coloides de plata tienen
intensos colores café rojizo, o café verdoso. Algo parecido ocurre con el
oro, las soluciones diluidas de cloruro de oro o del ácido cloráurico son
ligeramente amarillas, mientras que en la reducción de esta sustancia
se forma un sol rojo intenso o violeta.
Un importante efecto a tener en cuenta es la opalescencia, esta se da
cuando las ondas cortas de la luz son frecuentemente dispersadas por
las partículas, mientras que las ondas largas pasan sin afectarse a
través del sol. Este fenómeno depende principalmente del tamaño de las
partículas.
Cuando un brillante e intenso rayo de luz atraviesa los soles claros, el
trayecto aparece turbio. La mejor iluminación para dichos
experimentos, es un iluminador de proyección que produce un rayo
cónico. Observado desde un lado, el trayecto de la luz a través del sol
tiene la forma de un cono, es el cono de Faraday-Tyndall; este fenómeno
ocurre por la misma razón que la opalescencia, la luz es dispersada por
las diminutas partículas coloidales. Este fenómeno puede observarse en
un cuarto oscuro en el cual un rayo solar brillante entra por una
rendija, el trayecto es visible porque las partículas de polvo reflejan y
dispersan la luz permitiendo que sean observadas.
Los coloides liofílicos lineales muestran un cono de Tyndall débil, esto
indica que las partículas fibrosas dispersan muy poco la luz. La
dispersión depende de la diferencia en los índices de refracción entre el
solvente y las partículas.
Movimiento Browniano
En el siglo XIX Robert Brown observó e investigó en el microscopio el
extraño e interesante movimiento de pequeñas partículas, luego este
movimiento fue llamado “Movimiento Browniano”. El notó que los
granos de polen en agua se mueven continua y muy irregularmente,
brincan, giran y oscilan en todas direcciones y de una manera caótica e
impredecible. Pero no solo los granos de polen realizaban este
movimiento, sino también cualquier partícula pequeña.
Luego Brown llegó a la conclusión que el movimiento no depende de la
corriente del líquido en la cual van suspendidas las partículas ni de su
mutua atracción o repulsión, tampoco dependen de la acción de las
fuerzas capilares ni de la evaporación del líquido bajo el microscopio.
Muchos científicos trataron de explicar el movimiento Browniano, la
primer explicación correcta fue la dada por Wiener en 1863, él dijo que
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el movimiento se debía al bombardeo irregular de las partículas
suspendidas por las moléculas del líquido.
Luego en 1905 Zsigmondy , quien investigó muchos coloides con el
ultramicroscopio, llego a las siguientes conclusiones:
partículas.
e luz, o tiempo de
iluminación o de la intensidad de la luz.
concentración causados por evaporación.
y años.
e de la temperatura, y su aumento produce un
aumento en la intensidad del movimiento.
Tipos de coloides
Geles
En ciertas condiciones es posible coagular un sol, de modo que se
obtiene una masa semirígida gelatinosa que incluye todo el líquido del
sol, a este producto se lo llama gel. De acuerdo a las propiedades los
geles se dividen en geles elásticos y geles no elásticos.
Un gel elástico típico es la gelatina obtenida por enfriamiento del sol
liófilo que resulta cuando se calienta esta sustancia con agua; otros
soles liófilos siempre que no sean demasiado diluidos dan geles
elásticos por enfriamiento.
El ejemplo más conocido de un gel no elástico es el del ácido silícico
conocido como gel de sílice. Los precipitados gelatinosos de óxidos
metálicos hidratados se relacionan con los geles no elásticos, pero son
precipitados que no llegan a formar un gel verdadero porque no
incluyen toda el agua presente.
Los geles elásticos y no elásticos se diferencian por su comportamiento
en la deshidratación y rehidratación.
Hay pruebas de que la transición de sol a gel y la inversa se efectúa
gradualmente (en los geles elásticos), este hecho sugiere que no existe
diferencia fundamental en la estructura de un sol y de un gel. Esto
proviene de que en la formación de un gel, las partículas en el sol se
unen para formar cadenas cortas o filamentos que se entrelazan de
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modo que la viscosidad del sistema aumenta llegando a un estado
semisólido. Parte del medio dispersante puede existir como agua, pero
se supone que la mayor parte es retenida en los filamentos por fuerzas
de capilaridad.
Emulsiones
Este término se refiere a cualquier dispersión de un líquido en otro,
siempre y cuando los líquidos sean inmiscibles. El agua es uno de los
componentes más comunes y el otro es usualmente un aceite o algún
líquido lipofílico.
El método más simple para hacer una emulsión es agitar juntos dos
líquidos inmiscibles. Al agitar un aceite o benceno con el agua, el
líquido aceitoso puedes ser dispersado en gotas, pero la emulsión no es
estable, las gotas fluyen rápidamente a juntarse otra vez y los líquidos
se separan en dos capas.
Para preparar emulsiones estables se debe introducir un agente
emulsificante dentro del sistema; este agente puede reducir la tensión
de interfase facilitando la formación de las gotas, pero no aumenta la
estabilidad. Existen muchos agentes emulsificantes que se pueden
clasificar en varios grupos, uno de los más importantes es el de los
jabones y detergentes.
Se pueden preparar emulsiones muy estables usando una combinación
de dos o más 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 película protectora (capa de interfase), y de la carga eléctrica de
las gotas o la película. También depende de la viscosidad del medio de
dispersión y de la diferencia de densidad entre los dos líquidos.
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 líquidas separadas; a este proceso se
lo puede llamar demulsificación. La destrucción química del agente
emulsionante es un modo efectivo, por ejemplo, el agregado de un ácido
convierte un jabón en el correspondiente ácido graso que no es un
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emulsionante. Los métodos con calentamiento, solidificación y
centrifugación se emplean para romper las emulsiones.
Dispersiones de gases
Las dispersiones de gases en líquidos se forman cuando un gas
completamente insoluble en el líquido, se fuerza hacia adentro del
líquido a través 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 líquido cada burbuja levanta una cúpula arriba de si
misma; si el líquido tiene una alta tensión superficial se rompe la
delgada película de la cúpula desintegrándose en finas gotas (rocío). De
manera que el tiempo de vida de dicha dispersión se puede prolongar si
la velocidad de levantamiento del aire o de las burbujas es disminuido.
Se pueden hacer dispersiones también al forzar burbujas de aire dentro
de un líquido, batiendo, golpeando, salpicando, o sea, por impacto de
un objeto sólido sobre la superficie de un líquido.
Sin embargo la estabilidad de las dispersiones está muy limitada, pero
se pueden estabilizar mediante el agregado de coloides protectores o
aumentando la viscosidad, con adición de glicerina. La estabilidad
también depende del tamaño de las burbujas, mientras más pequeñas
son, más estable es la dispersión.
Espumas
Si los líquidos usados para la preparación de dispersiones de gas tienen
propiedades tales que las cúpulas por encima de las burbujas
ascendentes no se rompan inmediatamente al tocar la superficie del
líquido, se formaran entonces las espumas, que nadan sobre esta
superficie. Por lo tanto las espumas son aglomeraciones de burbujas de
gas cubiertas con una película. Las espumas aparecen en dispersiones
gaseosas estabilizadas con jabón u otras sustancias hidrofílicas y se
forman en la espumación de tales sistemas. Las espumas difieren de las
dispersiones en que tienen películas de líquido mucho más delgadas
alrededor de cada burbuja de gas.
Una espuma simple esta compuesta por numerosas burbujas de gas
muy compactadas cubiertas con películas semisólidas elásticas; la
película forma estructuras laminares semisólidas a través de toda la
espuma.
Los líquidos puros no pueden formar espumas estables, los principales
métodos para la formación de espumas son los mismos que los
utilizados para la formación de dispersiones de gas (burbujeo, agitación,
golpeo, y batido); también se pueden obtener espumas por ebullición de
líquidos que contienen una cierta sustancia disuelta. La habilidad de
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espumar depende de la actividad de superficie de esta sustancia; por
ejemplo las soluciones capilarmente inactivas no forman espuma,
mientras que las sustancias activo-capilares 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 condición principal para la
estabilidad es la posibilidad de formación de una armazón laminar.
Aerosoles
Los aerosoles fueron incluidos como coloides de acuerdo a sus
propiedades ópticas. Los aerosoles son un sistema con un gas como
medio de dispersión en el cual tanto los líquidos como sustancias
sólidas pueden estar dispersos. Una dispersión de líquidos en un gas se
conoce como niebla, neblina o nube; mientras que una dispersión de un
sólido en un gas se conoce como polvo o humo.
Los aerosoles como el humo consisten en partículas sólidas de la más
fina dispersión, las neblinas consisten de finas gotas de un líquido que
puede o no contener sustancias disueltas o partículas sólidas en
suspensión. Si la concentración de las gotas que la profundidad de
visibilidad es reducida se la puede llamar niebla, las formaciones que
son todavía más densas y que presentan ciertas formas o no pueden ser
llamadas nubes.
Los aerosoles se pueden obtener por métodos de condensación y
dispersión. Los líquidos al igual que los sólidos se pueden dispersar;
rociadores y atomizadores especiales son usados dispersando líquidos
impulsándolos por medio de aire comprimido u otro gas través de una
boquilla. En estos casos se necesita energía para operar el atomizador
con el fin de formar una nueva gran superficie de gotas y de vencer la
viscosidad del líquido. Los aerosoles obtenidos de esta manera son muy
polidispersos, pero se pueden volver altamente polidispersos eliminando
las gotas más grandes,
Los métodos de condensación son más versátiles y están más
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 rápidamente.
Glosario
Adsorción: condensación de gases, vapores o sustancias disueltas en la
superficie de un líquido o en la de un cuerpo sólido. La adsorción en
general disminuye cuando disminuye la temperatura.
Albúmina: sustancia incolora, insípida, soluble en agua e insoluble en
alcohol; pertenece al grupo de los albuminoides. Se encuentra en
abundancia en la clara de huevo y en la orina humana. Se utiliza en la
clasificación de líquidos.
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Caseína: proteína que contiene al ácido fosfórico. Se encuentra
principalmente en la leche, y unida a la manteca forma el queso.
Colodión: nitrocelulosa disuelta en una mezcla a partes iguales de
alcohol éter. Extendido en una superficie se evapora y forma una
película contráctil.
Dextrinas: sustancia sólida amorfa de color blanco amarillento y de
composición análoga a la del almidón. Sus disoluciones desvían a la
derecha la luz polarizada; se obtiene industrialmente del almidón para
obtener la goma.
Se utiliza para añadirla a las soluciones concentradas de azúcares y
evitar así que cristalicen.
Difusión: fenómeno por el cual dos cuerpos en contacto se mezclan
uniformemente sin reaccionar por la tendencia que tienen a constituir
una mezcla homogénea, debido al movimiento térmico de las moléculas.
La velocidad de difusión es mayor en los gases que en los líquidos, y en
éstos es mayor que en los sólidos; crece con la temperatura y decrece
con el peso molecular de las sustancias.
Electrolito: cuerpo que se somete a la descomposición por la
electricidad.
Liófilo: todo coloide que presenta una gran afinidad con la sustancia
que se disgrega, en un medio de dispersión. Si este medio es el agua,
entonces el coloide es hidrófilo.
Liófobo: todo coloide que presenta una poca afinidad con la sustancia
que se disgrega, en un medio de dispersión. Si este medio es el agua,
entonces el coloide es hidrófobo.
Nitrocelulosa: éter nítrico de la celulosa, que se obtiene por la acción
de la mezcla del ácido nítrico y sulfúrico sobre el algodón.
Opalescencia: reflejos de ópalo. El ópalo es una variedad de cuarzo de
mineral silíceo con algo de agua, lustre resinoso, translúcido u opaco,
duro pero quebradizo, y de colores diversos.
Presión osmótica: presión que se desarrolla como resultado de la
ósmosis, esta presión se opone a la tendencia del solvente a pasar a
través de la membrana semipermeable hacia la solución.
También se puede definir como la presión en exceso que debe aplicarse
a una solución para impedir el pasaje de ella hacia el solvente cuando
los dos líquidos están separados por una membrana perfectamente
semipermeable.
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