SOLUCIONES POR TAMAÑO DE PARTÍCULA Introducción Las reacciones químicas de los organismos vivos se llevan a cabo en solución, por lo tanto las propiedades de las soluciones afectan las reacciones químicas e influyen en la Fisiología de los seres vivos. La mayoría de las sustancias biológicas tanto intracelulares como extracelulares, se encuentran en forma de solución o en estado coloidal. Las soluciones y los coloides pertenecen al grupo de los llamados Sistemas Dispersos. Sistemas Dispersos. Se llama así a la materia que está formada por la mezcla de dos o más sustancias, mediante la dispersión de partículas de una o más sustancias en el interior de otra. La sustancia o sustancias que se dividen se denominan medios dispersos o discontinuos, y la sustancia en que se dispersan es el medio dispersor o continuo. Las propiedades de los sistemas dispersos resultan de la combinación de las propiedades de las sustancias componentes por un lado, y del tamaño de las partículas de él o los componentes discontinuos por otro. Con base en el tamaño de las partículas dispersas, los sistemas dispersos se clasifican en Suspensiones, Coloides y Soluciones. 1. Soluciones verdaderas. En las soluciones verdaderas no es posible identificar los componentes individuales, las partículas del componente disperso se encuentran uniformemente distribuidas por todo el volumen del componente dispersor, o sea son sistemas homogéneos, con las mismas propiedades en toda su extensión. En una solución, las partículas dispersas son invisibles a simple vista, al microscopio y aún al ultramicroscopio, ya que son partículas de dimensiones atómicas con diámetro menor de 1 nm. Las soluciones no presentan opalescencia porque las partículas disueltas no dispersan la luz pero si pueden absorberla y tener color. Los componentes no pueden separarse por filtración ni ultracentrifugación. Las partículas dispersas no pueden detectarse por métodos ópticos y atraviesan las membranas permeables. Son ejemplos de soluciones la solución salina fisiológica, glucosa, urea, aminoácidos de la sangre y leche. 2. Coloides. En estas dispersiones, los componentes individuales no se pueden identificar con facilidad pero las propiedades siguen siendo diferentes en distintos puntos de su extensión, y como sistemas que carecen de homogeneidad. Las partículas coloidales son invisibles a simple vista y al microscopio normal, pero visibles en el ultramicroscopio, están constituidas por agregados de un número pequeño de moléculas, incluso pueden ser macromoléculas individuales. El diámetro de las partículas dispersas es menor de 1000 nm pero mayor de 1 nm. Sus componentes no pueden separarse por métodos de filtración ordinarios, sólo con ultracentrifugación a velocidades de 1104 a 1105 r.p.m. (revoluciones por minuto). Algunos coloides presentan opalescencia porque las partículas son muy pequeñas para detener la luz, pero lo bastante grandes para dispersarla. La dispersión de la luz se manifiesta en el fenómeno de Tyndall. Cuando un rayo de luz pasa a través de un coloide es dispersado por el medio, dicha dispersión no se observa con las disoluciones comunes porque las moléculas del soluto son demasiado pequeñas para interactuar con la luz visible. Otra demostración del efecto Tyndall es la dispersión de la luz del Sol causada por el polvo o el humo en el ambiente. Las partículas coloidales presentan movimiento Browniano, provocado por el choque con las moléculas del medio dispersor. El área de superficie de la interfase entre el medio disperso y el dispersor es muy grande. Las membranas semipermeables retienen las partículas del componente disperso. Entre los coloides de interés están las proteínas de la sangre y las del citoplasma. Una clasificación muy útil de las dispersiones coloidales se basa en los estados físicos de las partículas coloidales y del medio dispersante. En la siguiente tabla se indican los nombres de los distintos tipos de dispersiones coloidales y muestra algunos ejemplos para cada uno de ellos. (Chang R., 2013) Geles En ciertas condiciones es posible coagular un sol, de modo que se obtiene una masa semi rígida 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. El ejemplo más conocido de un gel no elástico es el del ácido silícico conocido como gel de sílice. 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 puede 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. 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. 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. 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. 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. 3. Suspensiones. También se denominan Dispersiones Gruesas porque en ellas es posible identificar cada componente individual de la dispersión. Por tal motivo, tienen propiedades diferentes en distintos puntos de su extensión, y se dice que son sistemas heterogéneos. En las mezclas, las partículas dispersas son visibles a simple vista o al microscopio, porque están constituidas por agregados de un gran número de moléculas. Presentan opacidad o turbidez porque las partículas obstruyen el paso de la luz. El diámetro de las partículas dispersas es mayor de 2000 nm Debido al gran tamaño de las partículas dispersas, los componentes de las mezclas se pueden separarse por filtración simple y no atraviesan membranas semipermeables. Además, son inestables porque sedimentan fácilmente. Ejemplos de mezclas son la arena o arcilla suspendidas en agua y el aceite en agua. En resumen los sistemas de dispersión se clasifican: Tipos Tamaño de partícula (nm) Tipos de partículas 0-5 Pequeñas como átomos, iones o moléculas Soluciones verdaderas Efecto óptico Precipitación No Transparente precipitación Separación No puede separarse por filtros o membranas Moléculas Pueden ser grandes, separadas por complejos Coloides 5 - 1000 Tyndel No precipitan membranas, iónicos o centrifugación y estructuras electroforesis micelares Partículas Las partículas Precipitan pueden ser por grandes que Suspensión >1000 Opacidad pueden ser filtros o rápidamente vistas, células decantación Nota: el rango de tamaño de partícula pueden variar ya que algunas partículas comparte características transitorias entre los tipos de dispersión (Sanchez C., Carrazco P.; 2010) Bibliografía Brown T. et al. (2004). Química. La ciencia central. Ed. Pearson Prentice Hall. Novena edición. Chang R., G. K. (2013). Química (Undécima ed.). México. D.F.: Mc Graw Hill. Levine, I. (1991) Fisicoquímica Ed. Mc Graw Hill. Vargas, M. d. (21 de Marzo de 2016). Obtenido de http://www.bioquimica.dogsleep.net/Teoria/archivos/Unidad22.pdf Sánchez Cañas, G. G., Carrazco Palafox, J.; (2010); ¿El tamaño importa?; Universidad Autónoma de Chihuahua.
