SISTEMAS DISPERSOS

Fase dispersante: mayor proporción y define el estado de agregación del sistema.

Fase dispersa: menor proporción.

Ejm:

Solución diluida de NaCl en agua

Alcohol al 98%

Clasificación:

En este curso nos centraremos en el estudio de los coloides.

Rango de tamaños Ejemplo

Solución menor a 1 nm Agua de caño

Coloide entre 1 nm y 1 m Leche

Suspensión mayor de 1 m Agua con arena

COLOIDES Son sistemas microscópicamente heterogéneos y

macroscópicamente homogéneos.

Son de gran importancia debido a su elevada área superficial (m2/g)

Presentan dos efectos muy marcados:

Efecto Tyndall: dispersión de luz

Movimiento Browniano: movimiento en zigzag

Clasificación:

De acuerdo a la fase dispersa y dispersante:

Fase dispersante

Fase dispersa Nombre Ejemplo

SolidoSólido Sol sólido rubí

Líquido Gel gelatinaGas Espuma sólida piedra pomez

LiquidoSólido Sol pinturas

Líquido Emulsión lecheGas Espuma espuma de afeitar

GasSólido Aerosol sólido humo

Líquido Aerosol nieblaGas x x

De acuerdo a la afinidad por la fase dispersante:

Afinidad por el STE

Termodinámica Ejemplo

Liófilos Buena Estables‘soluciones’ de

macromoléculasLiófobos Mala Inestables soles de AgI

COLOIDES LIOFOBOS Baja afinidad entre la fase dispersa y la fase

dispersante.

Termodinámicamente inestable: tendencia a la separación: Sedimentación: soles AgI, Fe2O3, etc

‘Creaming’: proceso de flotación

Ambos efectos dependen de la densidad de las fase aglomerada vs la densidad de la fase dispersante

Cinéticamente estables por un tiempo. Depende de T, pH, I, surfactantes, etc.

Es difícil determinar por cuanto tiempo será estable un coloide. Monitoreo por microscopía (TEM) o light scattering (DLS).

La separación de un sistema coloidal en dos fases perfectamente diferenciadas se denomina coagulación (o agregación).

Esta se puede llevar a cabo por dos mecanismos distintos:

Floculación:

Básicamente para sólidos.

Las partículas se aglomeran entrando en contacto unas con otras, manteniendo su identidad (racimo de uvas)

El área superficial permanece casi constante

La densidad de la fase dispersa cambia: se vuelve cada vez más parecida a la de la fase dispersante.

Coalescencia:

Básicamente para líquidos y burbujas.

Los componentes de la fase dispersante colisionan y se fusionan

El área superficial disminuye

La densidad de la fase dispersa permanece constante

Formación de coloides hidrófobos:

Principalmente óxidos metálicos (Fe2O3, Fe3O4, ZnO, TiO2, CuO, Al2O3), no metálicos (SiO2) y sulfuros (CdS).

Diferentes formas geométricas:

Esferas

Rods (varillas)

Tubos

Hilos

Cada forma tiene una aplicación diferente.

Rutas de síntesis: orientadas según la aplicación

Esferas: nucleación homogénea. Dejar que el sistema forme sus propios centros de nucleación sin interferir con los planes de crecimiento preferencial.

Rods y tubos: sembrado de nanopartículas esféricas en un soporte y posterior crecimiento de los tubos o rodssobre esas semillas. Se genera un crecimiento direccionado: se trunca el crecimiento del sólido hacia los lados.

Hilos: coarsening: superficie termodinámicamente inestable, disminución del área superficial

Técnicas:

Sol-gel: control de los procesos químicos.

CVD (chemical vapor deposition): reacción en fase gas, ultravacio.

Miscelas inversas: Control de tamaño en microemulsiones. Fase inorgánica/orgánica.

Molienda: molinos de óxido de zirconio.

Ablación laser: impacto láser de elevada energía.

Estabilización de coloides hidrófobos:

Coloides estabilizados electrostáticamente:

Cargas superficiales generan repulsión entre los componentes de la fase dispersa: impiden que éstas entren en contacto.

Superficies deben estar fuertemente cargadas:

Baja fuerza iónica

Adsorción específica de iones.

pH extremos.

Coloides estabilizados estéricamente:

Adsorción de surfactantes.

Barrera que impide que lo componentes de la fase dispersa entren en contacto.

Depende fuertemente del pH, T y la afinidad del surfactante por el material.

Evaluación de tamaños de partícula:

DLS:

Dynamic light scattering.

Dispersión de luz debido a la presencia de partículas en el coloide.

Sistema:

Medida de radios hidrodinámicos

Detector

Fuente de luz

Muestra coloidal

TEM:

Transmission electron microscopy

Foto real de la muestra.

Conteo de las partículas mediante software dereconocimiento gráfico (JMicroVision 1.2.5)

Evaluación de forma y distribución estadística detamaños.

La más aceptada, sobre todo en caso de que laspartículas no sean esféricas

COLOIDES LIOFILOS

Afinidad entre la fase dispersa y dispersante.

Termodinámicamente estables.

‘Soluciones’ de macromoléculas: polímeros, proteínas, ADN, etc.

Tienden a maximizar el área de contacto entre la molécula y la fase dispersante: las moléculas se estiran

Ejm: polímeros basados en acrilatos y derivados:

Para su disolución:

Agregar agua sin agitación.

Esperar a que el polímero se hinche

Agitar fuertemente hasta desaparición de los agregados.

El polímero debe abrir la estructura que posee en el estado sólido: ovillada estirada

Primera etapa de disolución: el agua debe penetrar en la estructura del polímero. La agitación reduce la velocidad de este proceso.

El polímero se hincha cuando este proceso se lleva a cabo: las moléculas se desenrollan.

Agitación fuerte: completa homogenización del sistema.

Estos coloides tienen elevada tendencia a la formación de geles.

Fase sol: las macromoléculas se estiran a modo de maximizar el área de contacto entre ellas y la fase dispersante.

Si estas continúan maximizando su área de contacto: red 3D de dichas moléculas.

Las moléculas del medio quedan atrapadas dentro de su red: formación del gel.

OJO: los soles hidrófobos también pueden formar geles: mecanismos de gelación (proceso sol-gel) Medio ácido: poliméricos

Medio básico: particulados

Formación del gel depende de la tendencia de la red para atrapar moléculas de la fase dispersante dentro de su estructura.

Si el intercambio es rápido: tendencia a formar el gel

Si el intercambio es lento: baja tendencia a formar el gel, posibilidad de separación en dos fases.

Efecto marcado de I y del tipo de iones presentes en el medio: sales de iones de carga elevada suelen solvatarse fuertemente y dificultan el intercambio de moléculas de la fase dispersante.