COLOIDES: DEFINICION, COLOIDES: DEFINICION, CARACTERISTICAS Y CARACTERISTICAS Y PROPIEDADESPROPIEDADES

Alexis Aceituno PhD

pharmaceutics

Facultad de Farmacia

Universidad de Valparaíso

Historia

•Los coloides fueron por primera vez descritos por el químico inglés Thomas Graham, en 1860.

•Sustancias que no filtran a través de una membrana semipermeable (proceso denominado DIALISIS)

•Diálisis separa componentes que no pueden ser filtrados

Sistemas coloidalesSistemas con tamaño de partícula de soluto entre 10-9 m (10Å) y 10-6 m (1 )1 = micron= 1 x 10-4 cm1 nm= nanómetro = 1 x 10-9 m1Å = Amstrong = 1 x 10-10 m = 1 x 10-8 cmPartículas de soluto dispersas en medio dispersor o dispersanteQué se dispersa? partículas pequeñas o moléculas “grandes”

Dispersión molecular

Ej. NaCl en agua

COLOIDESDispersión

gruesa

Ej. Arena en agua de mar

Límites arbitrarios

Solución Solución verdaderaverdadera ColoidesColoides SuspensionSuspension

eses

Tipo partícula

Iones, moléculas pequeñas

Partículas, macromoléculas

Partículas grandes

Tamaño partícula

0.1-1nm 1-100 nm100 nm y mayores

Tamaño Tamaño comparativo de comparativo de

solutos dispersos solutos dispersos a nivel molecular a nivel molecular

o coloidalo coloidal

Tipos de dispersiones coloidales

Medio dispersor

Fase dispersa

Nombre Ejemplos

Gas Líquido Aerosol Niebla

Gas Sólido Aerosol Humo

Líquido Gas Espuma Crema batida

Líquido Líquido Emulsión Mayonesa

Líquido Sólido Suspensión Leche magnesia

Sólido Sólido Sol sólido Aleaciones

Coloides en productos de uso común

•Aerosol

•Soles

•Emulsion

•Espumas

•Geles

Diferencia entre soluciones verdaderas, coloides y Diferencia entre soluciones verdaderas, coloides y dispersionesdispersionesConsidere dos experimentos:

Partículas de tamaño coloidal =

macromoléculas

Dos fasesDos fases

agitaragitar

Solución verdadera

Dos fasesDos fases

agitaragitar

Coloide o dispersión

Dos fasesDos fases

Presencia de Presencia de límiteslímites

Más terminologíaCaso 1

Partículas de Partículas de tamaño coloidaltamaño coloidal= = macromoléculasmacromoléculas

Coloide puesto que las Coloide puesto que las moléculas originales están moléculas originales están en el rango de 10en el rango de 10-9 -9 a 10a 10-6 -6 mm

Este se denomina un coloide Este se denomina un coloide

LIOLIOFILICOFILICOSignifica afinidad por solvente y por tanto Significa afinidad por solvente y por tanto solublesoluble

Caso 2

Límites presentes

1 fase

2 fases

Límite significa que las moléculas Límite significa que las moléculas que componen la partícula que componen la partícula no tienen no tienen afinidadafinidad por el solvente: por el solvente: coloide coloide LIOLIOFOBICOFOBICO

Conclusión:Conclusión:

Siempre cuando se tenga más de 1 fase en contacto, se constata la presencia de una “superficie” que

separa las fases

Superficie Superficie entre entre

sólido & sólido & líquidolíquido

sólido

líquido

Superficie Superficie entre dos entre dos líquidoslíquidos

Líquido Líquido

Líquido

Superficie tiene un significado químico y uno geométrico:

QuímicoQuímico: región en la cual las propiedades varían desde : región en la cual las propiedades varían desde una fase a la fase adyacenteuna fase a la fase adyacente

GeométricoGeométrico: Un objeto con área pero sín grosor: Un objeto con área pero sín grosor

αα

Superficie Superficie químicaquímica con con

cambio gradualcambio gradual

αα

Reduce a

Superficie Superficie geométricageométrica

:: posee posee área pero área pero no grosorno grosor

Cuál es el objetivo de nuestra Cuál es el objetivo de nuestra obsesión con superficies en obsesión con superficies en

coloides?coloides?

AG ENERGIA ENERGIA LIBRE DE LIBRE DE

GIBBSGIBBS

Características de los sistemas coloidales

Area superficialArea superficial• A volumen constante, dispersión coloidal posee un

área superficial específica enorme

• Disminución del tamaño de partícula produce un aumento del cuociente area superficial/volumen (denominado area superficial específica)

AS=6 cm2

V = 1 cm3

a = 1 cm

a = 0.1 mm AS = 600 cm2 V = 1 cm3

masa

ASASE

V

ASASE

EFECTO DEL GRADO DE DIVISION Y AREA EFECTO DEL GRADO DE DIVISION Y AREA SUPERFICIALSUPERFICIAL

Forma de las Forma de las partículaspartículas

•Polidispersidad

•Afecta el área superficial

•Esfera perfecta el área superficial corresponde a:

RASE

3

= densidad material

R= radio de la partícula

•Todas esferas perfectas, monodisperso caracteriza por un diámetro

•Irregulares, polidisperso, difícil de caracterizar

Realidad:

Polidispersidad

Ausencia de esfericidad

Ejemplo: El área superficial específica de las partículas de polvo en el aire de Santiago es de 5,61 m2/g. Calcule el radio de estas partículas:

Densidad partículas: 2,2 g/cm3

Recordar que: 1 nm...........1 x 10-9 m; 10 Å

1 .............. 1 x 10-6 m = 1 x 10-4 cm

Pesos moleculares promedios (MMN, Pesos moleculares promedios (MMN, MMP)MMP)

• Consecuencia de la polidispersidad

• Coloides (específicamente liofílicos) difieren en sus longitudes de cadenas y PM

• Considérese el caso de un coloide formado por 2 fracciones con PM de 1000 (A) y 100000 (B)

• XA = XB

PM promedio numérico

500,502

1000001000_

M

PM promedio en peso (ponderado)

010,99100000*99,01000*01,0_

M

i

ii

n

MnM

ii

ii

Mn

MnM

2

Para un sistema polidisperso se tiene que:

M (promedio peso) > M (promedio en número)

Indice de polidispersión

(IPD)número)en promedio(

peso)en promedio(

M

M

IPD para un sistema de partículas homogéneas = 1

Comportamiento de sistemas coloidales en soluciónClasificación de sistemas coloidales se basa en:

Grado de interacción entre partículas o macromoléculas de la fase dispersa con moléculas de la fase continuaColoides liofílicosColoides liofílicos

(“atracción” por el solvente o medio dispersante)

Coloides de asociaciónColoides de asociación

Coloides Coloides liofílicosliofílicos

(“repulsión” por el medio dispersor)

Gra

do a

fin

idad

por

med

io

Gra

do a

fin

idad

por

med

io

dis

pers

or

dis

pers

or

Coloides liofílicosColoides liofílicos

i. Fase dispersa disuelta o soluble

ii.Soluciones verdaderas (una fase) G (Gibbs)

iii.Macromoléculas solubles como proteínas, polisacáridos en el medio dispersante adecuado

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE TIPOS DE CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE TIPOS DE COLOIDESCOLOIDES

Coloides liofóbicosColoides liofóbicos

i. Fase dispersa insoluble en medio dispersante

ii. Sistema real de dos fases, inestable G (Gibbs)

iii. Azufre, oro coloidal, hierro coloidal (III), pinturas (lacas)

Coloides de asociaciónColoides de asociación

i. Agregados de moléculas anfipáticas tensoactivas

ii. Micelas y liposomas, entre otros

iii. Sistemas estables bajo determinadas condiciones

Propiedades de sistemas Propiedades de sistemas coloidalescoloidales-CoalescenciaCoalescencia

Aplicable solo a coloides de dos fases (liofóbicos)

Coalescencia o fusión

Disminución área superficial

EL Gibbs disminuye coalescencia o disminución de TS

AG

--FloculacióFloculaciónn

Partículas primarias

Flóculo (agregado)

Floculación o asociación de dos o más partículas

Flóculos se movilizan como solo una unidad

No hay cambio en el área superficial

Flóculo se mantiene unido por: Interacción hidrofóbica, Van der Waals, electrostática-iónica, puentes de H

Métodos de preparación de coloides*

* Excluye coloides de asociación y liofílicos

Por dispersión:

1. Pulverización: molienda de un sólido en partículas de tamaño coloidal

1. Aumento de G depende de la TS del sólido

2. Molienda hasta nivel molecular:

W = energía de sublimación o evaporación del sólido

3. Molienda se realiza en un líquido para reducir la tensión superficial de la superficie del

sólido (levigación)

Ej. Azufre coloidal

2. Emulsificación

1. Dispersión de un líquido en presencia de otro líquido

2. Obtenida mecánicamente (simple agitación u otra técnica)

3. Disminución de tensión interfasial (entre líquidos) promueve proceso de emulsificación

4. Proceso puede ser espontáneo si TI es lo suficientemente baja (agentes emulgentes)

5. Termodinámicamente inestables en ausencia de emulgentes

6. En algunos casos (microemulsiones) dispersión es termodinámicamente estable

LIPIDO

LIPIDO

Por condensación:

Nucleación y crecimiento de partícula

Preparación de complejos moleculares aumentando su tamaño hasta alcanzar el rango coloidal

Implica reacción química de los componentes solubles siendo los productos de reacción insolubles (agregados) en el medio dispersor

Ej, preparación de azufre coloidal por oxidación de Na2S2O3

e22HSOSOHOS 242

-232