Fisicoquimica uini.4

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Fisicoquimica uini.4

  1. 1. 4.3 PROPIEDADES CINETICAS DE LOS SISTEMAS COLOIDALES <br />En química un coloide, suspensión coloidal o dispersión coloidal es un sistema físico-químico formado por dos o más fases, principalmente éstas son: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas; por lo general sólidas.<br />La fase dispersa es la que se halla en menor proporción.<br />El nombre de coloide proviene de la raíz griega (kolas) que significa que puede pegarse. Este nombre hace referencia a una de las principales propiedades de los coloides: su tendencia espontánea a agregar o formar coágulos.<br />Aunque el coloide por excelencia es aquel en el que la fase continua es un líquido y la fase dispersa se compone de partículas sólidas, pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran en otros estados de agregación. En la siguiente tabla se recogen los distintos tipos de coloides según el estado de sus fases continua y dispersa:<br /> Fase dispersa <br />Gas Líquido Sólido <br />Fase continua Gas No es posible porque todos los gases son solubles entre sí Aerosol líquido.<br />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.<br />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.<br />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. <br />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 limite entre los sistemas 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.<br /> Dispersiones Coloidales: <br />Tradicionalmente se define 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. <br />Fases de un sistema coloidal: <br />-Fase dispersa: es la fase que forman las partículas, puede ser líquida, sólida o gaseosa. -Fase o Medio dispersante: es el medio en el cual las partículas se hallan dispersas, este ultimo tambien puede ser líquido, sólido o gaseoso.<br />Importancia: Todos los tejidos vivos son coloidales. El suelo en parte está constituido de una materia coloidal. Muchos de los alimentos que ingerimos son coloides: el queso, la mantequilla, las sopas claras, las jaleas, la mayonesa, la nata batida, la leche. En la industria, los cauchos, los plásticos, las pinturas, las lacas y los barnices son coloides. En la fabricación de las cerámicas, los plásticos, los textiles, el papel, las películas fotográficas, las tintas, los cementos, las gomas, los cueros, lubricantes, jabones, insecticidas agrícolas, detergentes y en proceso blanqueo,purificación y flotación de minerales, dependen de la absorción en la superficie de materia coloidal. <br />Propiedades: Movimiento browniano: Se observa en un coloide al ultramicroscopio, y se caracteriza por un movimiento de partículas rápido, caótico y continuo; esto se debe al choque de las partículas dispersas con las del medio. Efecto de Tyndall Es una propiedad óptica de los coloides y consiste en la difracción de los rayos de luz que pasan a través de un coloide. <br />Adsorción: Los coloides son excelentes adsorbentes debido al tamaño pequeño de las partículas y a la superficie grande. Ejemplo: el carbón activado tiene gran adsorción, por tanto, se usa en los extractores de olores; esta propiedad se usa también en cromatografía. <br />Carga eléctrica: Las partículas presentan cargas eléctricas positivas o negativas. Si se trasladan al mismo tiempo hacia el polo positivo se denomina anaforesis; si ocurre el movimiento hacia el polo negativo, cataforesis.<br /> Clasificación:<br />*Coloides Hidrofilicos: Las proteínas, como la hemoglobina, portadora del oxígeno, forman soles hidrofílicos cuando están suspendidas en disoluciones acuosas de los fluidos biológicos como el plasma sanguíneo. En el organismo humano, las grandes moléculas que son sustancias tan importantes como las enzimas y los anticuerpos, se conservan en suspensión por su interacción con las moléculas de agua que las rodean. <br />*Coloides Hidrofobicos: Los coloides hidrofóbicos no pueden existir sin la presencia de “agentes emulsionantes” o “sustancias emulsivas” que recubran las partículas de la fase dispersa e impidan la coagulación en una fase separada. La leche y la mayonesa son ejemplos de una fase hidrofóbica 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). <br />*Coloides Organicos: Son coloides moleculares producidos naturalmente en reacciones bioquímicas, menos sencillas, que en su mayoría son liofobicos, 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 últimas pueden ser obtenidas por métodos de condensación o dispersión. <br />*Coloides Esfericos Y Laminares: Los colides esféricos tienen partículas globulares más o menos compacta, mientras que los colides lineales poseen unidades largas y fibrosas. La forma de las partículas coloidales influyen su comportamiento aunque solo pueden 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. <br />*Coloides Moleculares y Miselares: Las partículas de los coloides moleculares son macromoléculas sencillas y su estructura es esencialmente la misma que la de estructuras de pequeñas moléculas, los átomos serán unidos por ligaduras químicas verdaderas, a estos coloides moleculares se los llama 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. 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.<br />*Coloides Intrinsecos: Son sustancias sólidas que formas dispersiones coloidales al ser puestas en contacto, o calentadas en un medio de dispersión adecuado, y son compuestos de macromoléculas, este tipo de coloides por lo general tiene un carácter liofilo. <br />*Coloides Extrinsecos: Se le llama a las dispersiones de pequeñas partículas de materiales insolubles de bajo peso molecular. Este tipo de dispersiones son casi invariablemente soles liofobos y deben ser reparados mediante métodos especiales que produzcan partículas de tamaño adecuado.<br /> Importancia Industrial de los Sistemas Coloidales <br />* Áreas Industriales en las que se encuentran sustancias en estado coloidal: Productos Químicos: Pinturas, pigmentos, adhesivos, agentes espesantes, lubricantes, catalizadores, adsorbentes, emulsiones fotográficas, papel, tintas de impresión, etc. Industria Farmacéutica: Emulsiones, microemulsiones, cremas, ungüentos, materiales adsorbentes, etc.<br />Suelos: Estabilización de suelos, permeabilidad, adsorción, procesos de intercambio iónico, etc. <br />Medio Ambiente: Contaminación atmosférica, aerosoles, espumas, purificación de agua, lodos, pesticidas, etc. <br />Productos de consumo doméstico y alimentación: Leche, mantequilla, productos lácteos, bebidas, cosméticos, agentes de limpieza, aditivos alimentarios, etc. <br />* Usos Industriales de los Sistemas Coloidales de Importancia Práctica:<br /> Sílica Gel: Se usa como agente espesante en pinturas, productos farmacéuticos, y en otros tipos de dispersiones, tanto acuosas como no acuosas. <br />Óxidos e Hidróxidos: De titanio, como pigmento, de Aluminio como abrasivo, pasta dentífrica, papel, com relleno en materiales plásticos y en pinturas, de Hiero en las cintas magnéticas y en la fabricación de ferritas. <br />Sulfuros: Vulcanización y como fungicida en la viticultura y fruticultura. Arcillas: Industria Cerámica.<br />Coloides Hidrófilos: Agentes espesantes o como emulgentes en productos farmacéuticos, cosméticos y alimentos (ejemplos son gelatina, pecticas, alginatos, proteínas, etc). <br />Aplicación de los Coloides <br />*En la Medicina: La plata coloidal es un coloide de las partículas de plata en agua. Tiene algunas características antimicrobianas, y es demandada por alguno ser un suplemento alimenticio beneficioso. La ingestión de la plata coloidal en cantidades o excedente grandes al período del tiempo largo puede causar el argyria de la condición que se descolora, en el cual la piel da vuelta azul-gris. <br />*En la Industria Alimentaria: Las soluciones coloidales se clasifican de acuerdo con el estado de agregación en que se presentan el soluto y el solvente y, corno los estados de la materia son tres, de sus posibles combinaciones se podrían obtener 9 tipos de soluciones coloidales. Si no fuera porque la novena posibilidad (de gas en gas) es imposible de realizar por cuanto los gases no pueden existir uno junto a otro sin mezclarse.<br />Tipos de Coloides: <br />1.-Emulsiones: Se llama emulsión a una dispersión coloidal de un líquido en otro inmiscible con él, y puede prepararse agitando una mezcla de los dos líquidos ó, preferentemente, 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 preparación se añaden pequeñas cantidades de sustancias llamadas agentes emulsificantes ó emulsionantes, que sirven para estabilizarlo. Estas son generalmente jabones de varias clases, sulfatos y ácidos sulfúricos de cadena larga o coloides liófilos.<br />2.-Soles: Las soluciones coloidales con un medio de dispersión líquido se dividen en dos clases: soles liófobos (que repelen los líquidos), y soles liófilos (que atraen a los líquidos). Si el agua es el medio, se emplean los términos hidrófobo ó hidrófilo. Los soles liófobos son relativamente inestables (o metaestables); a menudo basta una pequeña cantidad de electrólito ó una elevación de la temperatura para producir la coagulación y la precipitación de las partículas dispersadas. Los liófilos tienen una estabilidad considerable. Al evaporar un sistema liófobo, se obtiene un sólido que no puede convertirse de nuevo en sol por adición del disolvente; pero los soles liófilos siguen siendo en esencia sistemas moleculares dispersados, son reversibles en este respecto. Son ejemplos típicos de soles liófobos los de metales, azufre, sulfuros metálicos y otras sales. Los soles de gomas, almidones, proteínas y muchos polímeros sintéticos elevados son de índice liófila. No es posible trazar una línea de separación entre los soles liófilos y liófobos, así por ejemplo, las soluciones coloidales de varios hidróxidos metálicos y sílice hidratada (sólidos de ácido sílico) poseen propiedades intermedias. En esos casos, la fase dispersa tiene probablemente una estructura molecular análoga a la de un polímero elevado. De algunos soles liófilos o liófobos puede obtenerse un gel, sistema que tiene ciertas propiedades elásticas o incluso rígidas. <br />3.-Aerosoles: Los aerosoles fueron definidos antes como sistemas coloidales que consistían en las partículas líquidas o sólidas muy finalmente subdivididas dispersados en un gas. Hoy el aerosol del término, en uso general, ha llegado a ser sinónimo con un paquete presurizado. Los aerosoles de Superficie capa producen un aerosol grueso o mojado y se utilizan cubrir superficies con una película residual. Los propulsores usados en aerosoles están de dos tipos principales: gases licuados y gases comprimidos. Lo anterior consisten en fácilmente los gases licuados tales como hidrocarburos halógenos. Cuando éstos se sellan en el envase, el sistema se separa en un líquido y una fase del vapor y pronto alcanza un equilibrio. La presión del vapor empuja la fase líquida encima de la columna de alimentación y contra la válvula. Cuando la válvula es abierta apretando, la fase líquida se expele en el aire en la presión atmosférica y se vaporiza inmediatamente. La presión dentro del envase se mantiene en un valor constante mientras que más líquido cambia en el vapor. Los aerosoles farmacéuticos incluyen soluciones, suspensiones, emulsiones, polvos, y preparaciones semisolidas. <br />4.-Geles<br />*Formación de los geles (gelación): Cuando se enfrían algunos soles liófilos por ejemplo, gelatinas, pectinas, o una solución medianamente concentrada de jabón o cuando se agregan electrólitos, en condiciones adecuadas, a ciertos soles liófobos, por ejemplo: óxido férrico hidratado, óxido alumínico hidratado ó sílice, todo el sistema se cuaja formando una jalea aparentemente homogénea que recibe el nombre de gel. Se forman geles cuando se intentan preparar soluciones relativamente concentradas de grandes polímeros lineales. La formación de los geles se llama gelación. En general, la transición de sol a gel es un proceso gradual. Por supuesto, la gelación va acompañada por un aumento de viscosidad, que no es repentino sino gradual. <br />Tipos de Geles.<br />Hay geles de muchos tipos y no es posible una clasificación sencilla. En general, se dividen en: elásticos o no elásticos ó rígidos. En realidad, todos los geles poseen elasticidad apreciable, y la división citada se refiere más particularmente a la propiedad del producto obtenido cuando se seca el gel. La deshidratación parcial de un gel elástico, como un gel de gelatina, conduce a la formación de un sólido elástico, por medio del cual puede regenerarse el sol original añadiéndole el disolvente éstos sólidos secos o semisecos se llaman xerogeles. Los precipitados gelatinosos de los óxidos metálicos hidratados no tienen en realidad una estructura diferente de la de los geles no elásticos correspondientes. La diferencia esencial es en que éstos tienen todo el líquido de dispersión incluido en la estructura semisólida, lo cual no ocurre en el precipitado gelatinoso. Si las condiciones son tales que las partículas coloidales se juntan lentamente, es posible que se forme un gel, pero la coagulación rápida irá acompañada por la formación de un precipitado. <br />4.3.1.MOVIMIENTE BROWNIANO.<br />El movimiento browniano es el movimiento aleatorio que se observa en algunas partículas microscópicas que se hallan en un medio fluido (por ejemplo polen en una gota de agua). Recibe su nombre en honor al escocés Robert Brown, biólogo y botánico que descubrió éste fenómeno en 1827. Él observó que pequeñas partículas de polen se desplazaban en movimientos aleatorios sin razón aparente. En 1785, el mismo fenómeno había sido descrito por JanIngenhousz sobre partículas de carbón en alcohol.<br />El movimiento aleatorio de estas partículas se debe a que su superficie es bombardeada incesantemente por las moléculas (átomos) del fluido sometido a una agitación térmica.<br />Este bombardeo a escala atómica no es siempre completamente uniforme y sufre variaciones estadísticas importantes. Así la presión ejercida sobre los lados puede variar ligeramente con el tiempo provocando el movimiento observado.<br />Tanto la difusión como la ósmosis son fenómenos basados en el movimiento browniano.<br />El movimiento browniano, caracterizado por la independencia y la normalidad de la<br />Distribución de sus incrementos, es uno de los modelos más utilizados para describir el precio de una acción.<br />Movimiento browniano en dos dimensiones<br />Una partícula suficientemente pequeña como un grano de polen, inmersa en un líquido, presenta un movimiento aleatorio, observado primeramente por el botánico Brown en el siglo XIX. El movimiento browniano pone de manifiesto las fluctuaciones estadísticas que ocurren en un sistema en equilibrio térmico. Tienen interés práctico, por que las fluctuaciones explican el denominado "ruido" que impone limitaciones a la exactitud de las medidas físicas delicadas.<br />El movimiento browniano puede explicarse a escala molecular por una serie de colisiones en una dimensión en la cual, pequeñas partículas (denominadas térmicas) experimentan choques con una partícula mayor.<br />38671594615<br />Ejemplo: Si un día vamos al cine y observamos en la oscuridad el haz de luz que emite el proyector, nos daremos cuenta de que hay muchas partículas, muy pequeñas, que se están moviendo incesantemente. Veremos que lo hacen en forma zigzagueante y en todas direcciones. Observaremos que ¡también se mueven hacia arriba! ¿Qué partículas son éstas? Sencillamente son las partículas de polvo que hay en el aire.<br />110490110490<br />Otro caso es el siguiente: Póngase polvo de color en un vaso y luego, poco a poco, viértase agua sobre él. Observaremos que las partículas de polvo, una vez que empiezan a estar en contacto con el líquido se mueven en forma incesante, accidentada y en todas las direcciones. En particular veremos que se mueven también ¡hacia arriba! Si esperamos un intervalo de tiempo lo suficientemente grande nos daremos cuenta de que el polvo se mezcla con el agua, formando lo que se llama una suspensión. Esta mezcla con el tiempo se homogeniza sin que ocurra, como uno esperaría intuitivamente, que las partículas de polvo caigan y se depositen en el fondo del vaso. Veremos que algunas partículas efectivamente caen, pero hay otras que suben. <br />4.3.2 DIFUSION<br />La difusión es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disolvente.Normalmente los procesos de difusión están sujetos a la Ley de Fick. La membrana permeable puede permitir el paso de partículas y disolvente siempre a favor del gradiente de concentración. La difusión, proceso que no requiere aporte energético, es frecuente como forma de intercambio celular. La ley de Fick es una ley cuantitativa en forma de ecuación diferencial que describe diversos casos de difusión de materia o energía en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio químico o térmico.<br />La experiencia nos demuestra que cuando abrimos un frasco de perfume o de cualquier otro líquido volátil, podemos olerlo rápidamente en un recinto cerrado. Decimos que las moléculas del líquido después de evaporarse se difunden por el aire, distribuyéndose en todo el espacio circundante. Lo mismo ocurre si colocamos un terrón de azúcar en un vaso de agua, las moléculas de sacarosa se difunden por todo el agua. Estos y otros ejemplos nos muestran que para que tenga lugar el fenómeno de la difusión, la distribución espacial de moléculas no debe ser homogénea, debe existir una diferencia, o gradiente de concentración entre dos puntos del medio.<br />Supongamos que su concentración varía con la posición al lo largo del eje X. Llamemos J a la densidad de corriente de partículas, es decir, al número efectivo de partículas que atraviesan en la unidad de tiempo un área unitaria perpendicular a la dirección en la que tiene lugar la difusión. La ley de Fick afirma que la densidad de corriente de partículas es proporcional al gradiente de concentración.<br />La constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de difusión D y es característico tanto del soluto como del medio en el que se disuelve.<br />CONCLUSION<br />Microscópicamente en las suspensiones son sistemas heterogéneos donde la fase dispersa está constituida por granos del sólido visible a simple vista, que por la acción de la gravedad que se tiene de la densidad pueden sedimentar o flotar en la fase dispersora. Las suspensiones son casos particulares de mezclas mecánicas que se separan fácilmente por la filtración podemos decir que cada mezcla tiene una composición química y física ya que se habla de propiedades y sistemas.<br />Las propiedades de los sistemas coloidales son diferentes tanto de las soluciones como de las suspensiones, así como en la investigación se tienen como las propiedades exclusivas como el efecto Tyndall, propiedad óptica debido al tamaño pequeño de las partículas que funcionan como espejitos que reflejan la luz y por eso se ven y el movimiento Browniano que consiste en un movimiento desordenado continuo con trayectorias de zigzag de las partículas, fenómeno observado por el botánico inglés Robert Brown en partículas de polen suspendidas en agua. que fue un gran descubrimiento de la ciencia.<br />Prácticamente todas las sustancias bien sean sólidas, líquidas o gases, pueden existir como coloides El estudio de los coloides es un campo multidisciplinario donde intervienen conjuntamente la química, la biología y la física.<br />Resumiendo todo lo que se investigo se puede tener las siguientes conclusiones:1. Al mezclar 2 o más sustancias, una de las cuales es líquida se pueden encontrar 3 comportamientos: soluciones, coloides y suspensiones.<br />2.- El que una mezcla se comporte como solución, coloide o suspensión depende del tamaño de la partícula dispersa y de la afinidad entre las fases.3.- Las suspensiones son sistemas heterogéneos en donde la fase dispersa es fácilmente observable.<br />4.- Las suspensiones son fácilmente separables por métodos como la filtración5.- Los coloides tienen propiedades.<br />BIBLOOGRAFIA<br />http://es.wikibooks.org/wiki/f%c3%adsica/el_estado_gaseoso.<br />Burns, ralpha; fundamentos quimicos. iv edición, pearson educación, méxico. 2003.<br />Brescia, Frank. Arent, John. Meislich, Herbert. Turks, amos. Fundamentos de química, i.edición, editorial, continental, s.a. de c.v. méxico, 1986.<br />

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