Capítulo 12. Sistemas coloidales
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Capítulo 12. Sistemas coloidales 1.- Sistemas coloidales 2.- Clasificación de sistemas coloidales 3.- Estabilidad de los sistemas coloidales 4.- Preparación de coloides 5.- Floculación de coloides 6.- Jabones y detergentes 7.- Coloides en el suelo Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 1.- Sistemas coloidales Sistema Coloidal Dispersión de partículas de tamaño comprendido entre y 1000 nm Fase dispersa: partículas de tamaño coloidal (moléculas de gran tamaño o agregados moleculares) Dispersión formada por Medio de dispersión Disolución Sistema coloidal Suspensión Partícula<1 nm 1 nm<partícula<1000 nm 1000 nm<partícula Invisible Visible al microscopio electrónico Visible a simple vista Pasa filtros Pasa filtros No pasa filtros Pasa membranas No pasa membranas No pasa membranas Mov. molecular Mov. browniano Fuerza de gravedad Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 EfectoTyndall Tyndall Efecto Se trata de la dispersión de la luz por las partículas coloidales Permite distinguir entre sistema coloidal y disolución verdadera Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 2.- Clasificación de sistemas coloidales 2.1.- Según el estado de agregación de la fase dispersa y del medio de dispersión Fase dispersa Sólido Medio de dispersión Nombre Ejemplo Gas Aerosol Humo Niebla Espumas Crema batida Espuma plástica Emulsión Mayonesa Mantequilla Líquido Sol/gel Leche de magnesia Sólido Sol Algunas aleaciones Líquido Gas Líquido Sólido Líquido Líquido Sólido Sólido Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 2.2.- Según la forma de la partícula coloidal Globulares Micelas, Proteínas globulares Fibrosos Pectina, ac. algínico Proteínas fibrosas Laminares Arcillas Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 2.3.- Según la afinidad al medio Coloide Coloideliófilo liófilo Estable por sí solo en el medio de dispersión Ejemplos: gelatina, proteínas, jabones, etc. Coloide Coloideliófobo liófobo Inestable por sí solo en el medio de dispersión Ejemplos: sistema aceite-agua soles de oro, plata, etc. Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Coloidesliófilos liófilos Coloides Coloides liófilos: estables en el medio por sí solos (ejemplos: proteínas, ácidos grasos) Cabeza polar Moléculas constituidas por: Cadena apolar A partir de ciertas concentraciones (CMC) se forman micelas: Micela: Organización de las moléculas formando un agregado de modo que las partes liófobas se sitúan en el centro, mientras que las cabezas liofílicas se sitúan en la superficie + disolvente micela disolución – disolvente Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Las moléculas de disolvente se ordenan alrededor de la molécula anfifílica Al formarse la micela, el disolvente recupera parte de su estructura habitual, más desordenada ∆S > 0 Disminuye el orden del medio aumenta la entropía Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Coloidesliófobos liófobos Coloides Coloides liófobos: inestables en el medio por si solos Ejemplo: sistema aceite-agua, soles de oro, etc. Antes de la dispersión, el disolvente posee su estructura habitual, más desordenada Tras la dispersión, las moléculas de disolvente se ordenan alrededor de la molécula liófoba 2 fases ∆S < 0 aumenta el orden del medio disminuye la entropía La ausencia de solvatación impide la formación de micelas Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 3.- Estabilización de sistemas coloidales Estabilización de un coloide liófobo Adsorción de iones Adición de estabilizantes (coloides liófilos) Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 4.- Praparación de sistemas coloidales 4.1.- Métodos de dispersión Métodos de dispersión Mecánicos: molinos Pinturas, alimentación Químicos Ultrasonidos Peptización de arcillas por tratamiento con NaOH Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 4.2.- Métodos de condensación Reacciones Químicas De precipitación: mezcla de disolución de AgNO3 y KI De hidrólisis: mezcla de disolución de FeCl3 con agua caliente Redox: tratamiento de AuCl3 con formaldehído Cambio de disolvente Ejemplo: adición de agua a una disolución de azufre en etanol Método Bredig Consiste en formar un arco voltaico con varillas del metal deseado sumergidas en el medio de dispersión Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 5.- Floculación de sistemas coloidales Floculación Destrucción de un coloide por unión de las partículas coloidales y posterior precipitación coagulación Desestabilización del sistema coloidal Eliminación de la capa de solvatación Destrucción de la doble capa iónica Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 6.- Jabones y detergentes Jabones y detergentes: agentes estabilizadores de coloides liófobos Mecanismo de acción Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 6.1.- Jabones JABONES: Sales sódicas de ácidos grasos JABONES En aguas duras: Precipitación de sales de calcio, hierro o magnesio INCONVENIENTES Poseen pH alcalino: Deterioro de los tejidos y perjudicial para la piel Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 6.2.- Detergentes Detergentes aniónicos: sustituyen el grupo COO– por SO3–, SO4– Lana, seda, algodón Ejemplos: dodecilbencenosulfonato de sodio, laurilsulfato de sodio Detergentes catiónicos: son sales de amonio suavizantes Ejemplo: cloruro de trimetilhexadecilamonio Detergentes no iónicos: son poliéteres Ejemplo: alquilpolietoxilato Fibras sintéticas e industria Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 DETERGENTES INCONVENIENTES Formación de espumas en plantas potabilizadoras y ríos SO3Na NO biodegradable OSO3Na SOLUCIÓN: detergentes biodegradables Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 DETERGENTES INCONVENIENTES Na+ + O- - P Na O O Empleo de fosfatos como fortificadores O O O - O Na+ Na+ P P O O - O - crecimiento desmedido de la vegetación en ríos: Eutrofización Na+ SOLUCIÓN: •Empleo de zeolitas •Recuperación de fosfatos Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 7.- Sistemas coloidales en el suelo 7.1.- Coloides inorgánicos Grava: partículas superiores a 2 mm Arena: tamaño entre 2 mm y 20 mm SUELO Limo: tamaño entre 20 y 2 mm Arcillas partículas inferiores a 2 mm Arcillas 9 Su nombre sólo hace referencia al tamaño de partícula 9 Fracción coloidal formada por: aluminosilicatos y óxidos metálicos 9 Fracción no coloidal formada por cuarzo y yeso Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Características de los Aluminosilicatos 9 Estructura cristalina fina 9 Responden a la fórmula general: mSiO2·nAl2O3·p H2O 9 Relación SiO2/Al2O3 distinta para cada tipo 9 Poseen propiedades coloidales debido al tamaño de partícula Estructura • Estructura laminar (paquete de naipes) • Gran superficie externa e interna • Poseen carga negativa Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 7.2.- Coloides orgánicos Materia orgánica del suelo HUMUS: Fracción Coloidal Humus materias orgánicas que por ser difícilmente degradables, se han acumulado en el suelo después de un conjunto de descomposiciones y transformaciones químicas y bioquímicas Actualidad Gran interés Características 9 Color oscuro, baja plasticidad y cohesión 9 Difícil aislamiento y caracterización 9 Gran dispersión de pesos moleculares 9 Gran hidrofilia (retiene 15 veces su peso en agua) 9 Elevada capacidad de intercambio iónico ≈ 300-500 meq/g Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 7.3.- Imporancia de los coloides en el suelo Coloidesyyestructura estructuradel delsuelo suelo Coloides Humus : Mejora la aireación y permeabilidad Su color oscuro permite la absorción de radiaciones Arcillas: Producen estructura granular y suelta que mejora las características estructurales del suelo Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Coloidesyyagua agua Coloides Agua: componente indispensable y mayoritario higroscópica constitucional Importancia de los coloides capilar gravitacional PODER DE RETENCIÓN Suelos con altos contenidos en arcillas y humus serán más húmedos que aquellos otros con alto porcentaje de arenas Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Coloideseeintercambio intercambioiónico iónico Coloides 9 Es reversible, estequiométrico y rápido 9 Permite poner a disposición de la planta los elementos nutrientes Raíz Disolución Partícula coloidal Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Coloidesyyproductos productosquímicos químicosagrícolas agrícolas Coloides La M.O. del suelo determina el comportamiento de plaguicidas Efectividad Fitotoxicidad Cultivos posteriores Lixiviación Volatilidad 5. Coloides y contaminación SUELO Efecto amortiguador Debido a la capacidad de retención e intercambio iónico Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005
