sistemas dispersos heterogéneos

MODULO IIIMODULO III

SECCION 3SECCION 3

SISTEMAS DISPERSOS SISTEMAS DISPERSOS HETEROGENEOSHETEROGENEOS

Mercedes Fernández Arévalo

SISTEMAS DISPERSOS HETEROGÉNEOSSISTEMAS DISPERSOS HETEROGÉNEOS

•• Sistemas en el que una sustancia está Sistemas en el que una sustancia está dispersadadispersada, en forma de unidades discretas, en , en forma de unidades discretas, en el seno de otra en la cuál es insoluble.el seno de otra en la cuál es insoluble.

•• Ambas sustancias pueden estar en forma de Ambas sustancias pueden estar en forma de sólido, líquido o gas.sólido, líquido o gas.

•• Son sistemas Son sistemas termodinámicamente inestablestermodinámicamente inestables

•• Componentes: Componentes:

1. Fase interna, dispersada, discontinua (FI) 1. Fase interna, dispersada, discontinua (FI)

2. Fase externa, dispersante, continua, 2. Fase externa, dispersante, continua, medio de dispersión (FE) medio de dispersión (FE)

3. Interfase 3. Interfase ((4. 4. EstabilizanteEstabilizante))


CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓN::

1. Según afinidad por el medio de dispersión:1. Según afinidad por el medio de dispersión:

•• LiofílicasLiofílicas

•• LiofóbicasLiofóbicas

Interacción Interacción fuerte con las fuerte con las moléculas de moléculas de

la FEla FE

Interacción mucho Interacción mucho menor, estabilizándose menor, estabilizándose por otros mecanismos por otros mecanismos (cargas eléctrica,…)(cargas eléctrica,…)






2. Según el tamaño de la FI: Clasificación de 2. Según el tamaño de la FI: Clasificación de OstwaldOstwald

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CLASIFICACIÓN DE OSTWALDCLASIFICACIÓN DE OSTWALD

Dispersiones groserasDispersiones groseras

ColoidesColoides

Soluciones verdadesSoluciones verdades

Ø part. > 0.1 Ø part. > 0.1 µµµµµµµµmm

0.1 0.1 µµµµµµµµm > Ø part. > 0.001 m > Ø part. > 0.001 µµµµµµµµmm

Ø part. < 0.001 Ø part. < 0.001 µµµµµµµµmm

FIFI






2. Según el tamaño de la FI: Clasificación de 2. Según el tamaño de la FI: Clasificación de OstwaldOstwald

3. Según el estado de agregación de ambas 3. Según el estado de agregación de ambas fasesfases

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ESTADO DE AGREGACIÓN DE LA MATERIAESTADO DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

FE FI TIPO DE SISTEMA EJEMPLOFE FI TIPO DE SISTEMA EJEMPLO

Gas Sólido Aerosol Gas Sólido Aerosol HumoHumo

Gas Líquido Aerosol Gas Líquido Aerosol NieblaNiebla

Líquido Sólido Suspensión, sol. Líquido Sólido Suspensión, sol. colidalcolidal SuspSusp., tinta., tintaLíquido Líquido EmulsiónLíquido Líquido Emulsión LecheLecheLíquido Gas Espuma Líquido Gas Espuma E. de afeitarE. de afeitar

Sólido Sólido Sol sólido Sólido Sólido Sol sólido PerlasPerlasSólido Líquido Sólido Líquido EmulEmul. sólida Mantequilla . sólida Mantequilla Sólido Gas Espuma sólidaSólido Gas Espuma sólida

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Propiedades cinéticas:

• 1. Movimiento Browniano

• 2. Difusión

• 3. Presión Osmótica

• 4. Sedimentación

• 5. Viscosidad


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• 1. Movimiento Browniano


• Movimiento errático observado en partículas menores de 5µm.

• La velocidad de las partículas esinversamente proporcional a sutamaño y a la viscosidad del medio

22--5 5 µ µ µ µ µ µ µ µmm 2. 2. DifusiónDifusión

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• 2. Difusión


• Las partículas difunden espontáneamente desdezonas de mayor a menor concentración, hasta quela concentración de todo el sistema es homogénea.

• Resulta directamente del mocimiento Browniano

Ley de Frick

dq = - DS (dc/dx) dtD - coeficiente de difusiónS - área del planoC - concentraciónx - distanciat - tiempoq - cantidad de sustancia

dq/dt = -DS (dc/dx)si S = 1dq/dt = -D (dc/dx)

D = constante

dq/dt ≈≈≈≈ - dc/dx

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• 3. Ósmosis


• Cuando las partículas no pueden difundir en el sistema por la presencia de una membranasemipermeable, son las moléculas del solventelas que se mueven desde la zona de menor a la de mayor concentración.

Ecuación de Van't Hoff

ΠΠΠΠ = cRTΠ - Presión osmóticac - concentración (g/l)R - constante de los gasesT - Temperatura absoluta

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Ley de Stokev = 2r2 (D - d) g / 9ηv - velocidad de sedimentaciónr - radio de la partículag - fuerza de la gravedadD - densidad de la partículad - densidad del medioη - viscosidad del medio

22--5 5 µ µ µ µ µ µ µ µmm

MovimientoMovimientoBrownianoBrowniano

V= f(Ø, g, V= f(Ø, g, δδ, , ηη))

GravedadGravedad

Equilibrio de sedimentation

Fuerza de gravedad neutralizadapor el movimiento Browniano

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Ley de Stoke

v = 2r2 (D - d) g / 9η

14

v = 2r2 (D - d) g / 9ηη = 2r2 (D - d) g / 9v

= 2 (0.2)(0.2) [2.33 - 1.33] 980 / 9(4.35)

= 2.0 poise

Ejemplo:

Determine la viscosidad absoluta de un jarabeusando una bola de acero de 0.2 cm de radio. La densidad de la bola es de 2.33 g / cc y la densidaddel jarabe es 1.33 g / cc a 250 ºC. La velocidad de caída de la bola es de 4.35 cm / s.



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Ejemplo:

Determine la velocidad de sedimentación de un sulfuro en agua. El diámetro medio de partículaes de 5.5 µm. Las densidades del sulfuro y del aguaa 250 ºC son 1.96 y 0.977 g/cc, respectivamente. La viscosidad del agua a 250 ºC es 0.00895 poise.

v = 2r2 (D - d) g / 9η

= 2 (5.5*10-4)(5.5*10-4)(1.96 - 0.977) *980 / 9(0.00895)

= 7.1*10-3 cm/s

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Ejemplo:

Si la altura de la botella de la suspensión anterior del sulfuro es de 10 cm, ¿cuánto tardará el sistema en

sedimentar completamente?

Sedimenta demasiado rápidamente.

v = 7.1*10-3 cm/s

1/x = 7.1*10-3/10

x = 1408 s = ap. 24 min.

Convendría aumentar la viscosidad parareducir la velocidad de sedimentación.

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v = 2r2 (D - d) g / 9ηr2 = v 9η / 2 (D - d) g

= (0.0071)(9)(0.00895) / 2(1.96 - 0.997)980

r = 5.5*10-4 cm

diámetro medio = 11*10-4 cm

Ejemplo:

Del ejemplo anterior, calcule el tamaño medio de partícula del sulfuro

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Ejemplo:

¿Cuál deberá ser la viscosidad del sistema anterior

para reducir su velocidad de sedimentacióndesde 0.0071 cm/s a 0.00071 cm/s?

v = 2r2 (D - d) g / 9η

η = 2r2 (D - d)g / 9v

= 2 (5.5*10-4)2 (1.96 - 0.997)(980) / 9(0.00071)

= 0.0894 poise

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Ley de Stokev = 2r2 (D - d) g / 9η

• Otro factor importante es la DENSIDAD.

• Es posible modificar la densidad de la dispersiónadicionando sustancias no iónicas

• Ejemplos:SORBITOL

PVP

GLICERINA

AZUCAR

PEG

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REOLOGÍAREOLOGÍA

Propiedades de flujo (ΦΦΦΦ) y deformación de lasdispersiones cuando se someten a una presión(tensión, compresión o cizalla (ττττ) (fuerza por unidadde área: F/A)

CIZALLA VELOCIDAD DE CIZALLACIZALLA VELOCIDAD DE CIZALLA

ττττ (F/A) D (dv/dx)

FluidezFluidez = = ΦΦΦΦΦΦΦΦ = 1/= 1/ηηηηηηηη

Newtoniano:Newtoniano: ττττττττ = = ηηηηηηηη DD((ηη y y ΦΦ = = ctesctes.).)

BinghamBingham (plástico ideal) (plástico ideal) ττττττττ = = ττττττττo o + + ηηηηηηηη DD

ηηηηηηηηFuerza de cizalla

Fuerza de cizalla

F/A

F/A

Velocidad de cizalla Velocidad de cizalla dvdv//dxdx

ττττττττ

DD


Pseudoplástico: aclaramiento por Pseudoplástico: aclaramiento por cizallacizalla (>(>ττττττττ <<ηηηηηηηη >>ΦΦΦΦΦΦΦΦ))

Dilatante Dilatante (>(>ττττττττ >>ηηηηηηηη <<ΦΦΦΦΦΦΦΦ) ) ((ΦΦΦΦΦΦΦΦ 0)0)

FluidezFluidez = = ΦΦΦΦΦΦΦΦ = 1/= 1/ηηηηηηηη

Fuerza de cizalla

Fuerza de cizalla

F/A

F/A

Velocidad de cizalla Velocidad de cizalla dvdv//dxdx

ττττττττ

DD

SISTEMAS DISPERSOS HETEROGÉNEOSSISTEMAS DISPERSOS HETEROGÉNEOSFluidezFluidez = = ΦΦΦΦΦΦΦΦ = 1/= 1/ηηηηηηηη

•• Pseudoplástico con Pseudoplástico con

•• Fuerza de ruptura y Fuerza de ruptura y

•• Comportamiento Comportamiento tixotrópicotixotrópico


** Se obtienen al Se obtienen al dispersardispersar una sustancia en el una sustancia en el seno de otra en la cuál es insoluble.seno de otra en la cuál es insoluble.

* Son sistemas * Son sistemas termodinámicamente termodinámicamente inestablesinestables

* Componentes: * Componentes:

1. Fase interna, dispersada, discontinua (FI) 1. Fase interna, dispersada, discontinua (FI)

2. Fase externa, dispersante, continua, 2. Fase externa, dispersante, continua, medio de dispersión (FE) medio de dispersión (FE)

3. Interfase 3. Interfase (4. (4. EstabilizanteEstabilizante))


TERMODINÁMICAMENTE INESTABLESTERMODINÁMICAMENTE INESTABLES

POTENCIAL ELECTROCINÉTICOPOTENCIAL ELECTROCINÉTICO

* FENÓMENOS SUPERFICIALES* FENÓMENOS SUPERFICIALES

* FENÓMENOS INTERFACIALES* FENÓMENOS INTERFACIALES

1.1. FUERZAS DE FUERZAS DE INTERACCIONES INTERACCIONES MOLECULARESMOLECULARES

2. 2. FUERZASFUERZAS DE INTERACCIONES DE INTERACCIONES PARTICULARESPARTICULARES

MoléculasMoléculas de de AguaAgua

Las moléculas del agua presentan unadisposición característica.

Tiene la posibilidad de formar puentesde H, lo que le confieren al aguapropiedades especiales.

Las moléc. de agua experimentan unagran atracción unas por otras.

HH HHOO

+ + + +

--

HH HHOO

+ +

--

+ +

1. FUERZAS DE INTERACCIONES MOLECULARES1. FUERZAS DE INTERACCIONES MOLECULARES

Esto causa alta tensión superficial, baja presión de vapor, alto calor específico, alto calor de vaporización y alto punto de ebullición.

TensiónTensión SuperficialSuperficial

Una moléc. de agua en el interiorde la soluc. está sometida a fuerzasde atracción en todas las direcciones.

Esto causa la tensión superfical.

1. FUERZAS DE INTERACCIONES MOLECULARES1. FUERZAS DE INTERACCIONES MOLECULARES

En la superficie, las mólec. están atraídas sólo hacia los lados

y hacia abajo, mateniéndolasfuertemente unidas.

γγγγγγγγ: : relaciónrelación inversainversa con la T y la Pcon la T y la P

• El cristal tiene molóculas polares, porlo que puede formar puentes de H.

• Atrae moléculas de agua.

• Algunas son empujadas hacia arriba, curvando así la superficie del agua.

Las gotas de agua son redondasporque todas las moléculassituadas en su superficie

experimentan una atracciónneta hacia el interior.

TensiónTensión SuperficialSuperficial1. FUERZAS DE INTERACCIONES MOLECULARES1. FUERZAS DE INTERACCIONES MOLECULARES

cristal plastico

Superficie líquido Superficie líquido -- gas gas

•• Fuerza resultante de las interacciones Fuerza resultante de las interacciones interinter--molecularesmoleculares, que tienden a reducir al máximo la , que tienden a reducir al máximo la razón área superficial / volumenrazón área superficial / volumen

•• Menor superficie = menor energía asociada Menor superficie = menor energía asociada (esfera)(esfera)

•• Energía Superficial = Tensión superficial * área Energía Superficial = Tensión superficial * área superficialsuperficial

Tensión superficialTensión superficial γγγγγγγγ

Energía por unidad de áreaEnergía por unidad de área

(mJ/m2; mN/m)

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Líquido

Vapor

SuperficieSuperficie


¿Formación de superficie?

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Liquido

Vapor

REGION REGION INTERFACIALINTERFACIAL



31



Las Las moleculasmoleculas en el interior son en el interior son establesestables ((expuestasexpuestas a un campo a un campo

de de fuerzafuerza simetricosimetrico))

Liquido

Vapor

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Las Las moleculasmoleculas en la en la interfaseinterfaseson son inestablesinestables, se , se venven

empujadasempujadas haciahacia el interior, el interior, paraparaminimizarminimizar el area interfacialel area interfacial

33

Expansión de la interfase



34

Expansión de la interfase ...



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W = W = TrabajoTrabajo realizadorealizado parapara expandirexpandir la la superciesupercie∆∆∆∆∆∆∆∆A = A = IncrementoIncremento de de superficiesuperficie

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¿¿AumentoAumento de de superficiesuperficie? ?

• No existe un potencial molecular compensadoen la superficie

• Por tanto, la creación de más superficesiempre estará acompañada de un aumentoen la energía libre del sistema(∆∆∆∆GA > 0)

• Así que la formación de nueva superficiesiempre es un proceso termodinámicamentedesfavorable


DesfavorableDesfavorable!!

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Tensión superficialTensión superficial γγγγγγγγ -- SuperficieSuperficieALGUNAS ECUACIONES ALGUNAS ECUACIONES

• Tensión superficial (σσσσ or γγγγ) - incremento de energía libre como resultado de la formación de 1 unidad de superfice (cm2, m2)

(siempre positivo!)(siempre positivo!)00;; >>>>>>>>

ΑΑΑΑΑΑΑΑ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂

======== σσσσσσσσσσσσσσσσp,Tp,T

GG

00>>>>>>>>∆Α∆Α∆Α∆Α∆Α∆Α∆Α∆Α⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅========∆∆∆∆∆∆∆∆ ΑΑΑΑΑΑΑΑ σσσσσσσσGG

• La formación de superficie (∆∆∆∆ A) implica siempreun aumento en la energía libre (∆∆∆∆G)

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EXPRESIÓN MATEMÁTICA: EXPRESIÓN MATEMÁTICA: W = W = ∆∆∆∆∆∆∆∆G = G = γγγγγγγγ ∆∆∆∆∆∆∆∆AA

•• γγγγγγγγ: constante de proporcionalidad entre el trabajo : constante de proporcionalidad entre el trabajo que es necesario aplicar para crear nueva que es necesario aplicar para crear nueva superficie y el área de la mismasuperficie y el área de la misma

•• Newton / metro (SI)Newton / metro (SI)Más frecuente: dinas / cm (CGS)Más frecuente: dinas / cm (CGS)

Tensión superficialTensión superficial γγγγγγγγ -- SuperficieSuperficieALGUNAS ECUACIONES ... ALGUNAS ECUACIONES ...

40

InterfasesInterfases

Gas / Gas / LiqLiq.. Liq.1 / Liq.2Liq.1 / Liq.2LiqLiq. / Sol.. / Sol.Gas / Sol. Gas / Sol. Sol.1 / Sol.2Sol.1 / Sol.2

Tension interfacial

Tensiones de superficieTensiones de superficie

Tension superficial

•• Sustancias inmiscibles: diferencia entre fuerzas de Sustancias inmiscibles: diferencia entre fuerzas de cohesión y fuerzas atractivas entre dos moléculas cohesión y fuerzas atractivas entre dos moléculas diferentesdiferentes

•• F F atracatrac. (mol. polar . (mol. polar -- m. polar) >>>>m. polar) >>>>F F atracatrac. (m. polar . (m. polar -- m. m. apolarapolar) )

•• La fuerza resultante cerca de la interfase está dirigida La fuerza resultante cerca de la interfase está dirigida hacia el interior. Por el contrario, la resultante en el interiohacia el interior. Por el contrario, la resultante en el interior r es nula.es nula.

•• Para aumentar la superficie de contacto total (desplazar Para aumentar la superficie de contacto total (desplazar moléculas del interior al exterior), es necesario un aporte moléculas del interior al exterior), es necesario un aporte neto de energía neto de energía ((ENERGÍA LIBRE INTERFACIALENERGÍA LIBRE INTERFACIAL))

•• Sistema termodinámicamente inestableSistema termodinámicamente inestable

Tensión interfacial Tensión interfacial γγγγγγγγ1212

42

SISTEMAS LIQUIDO-LIQUIDO


43


AceiteAceite y y aguaagua


¿¿AgitaciónAgitación??

44

La La agitaciónagitación distribuyedistribuye el el aceiteaceite a a travéstravés del del aguaagua..




¿¿QuéQué pasapasacuandocuando cesacesa la la agitaciónagitación??

45




1. Las gotas de aceite se vuelvanesféricas

CuandoCuando la la agitaciónagitación cesacesa, la , la acciónacción de de la la energíaenergía librelibre interfacialinterfacial haráhará queque::

46





2. La acción de la gravedad empice a actuar sobre las gotas esféricas de aceite.


47


2. La acción de la gravedad empice a actuar sobre las gotas esféricas de aceite.

3. Las gotas coalescen para reducir la energía libre por reducción de la tension interfacial.





48

SISTEMAS SOLIDO-LIQUIDO


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TrabajoTrabajo de cohesionde cohesion

WC = + = 2WC = + = 2 LLγγγγγγγγ

LLγγγγγγγγ

LLγγγγγγγγ

LLγγγγγγγγ

liquidoliquido

LLγγγγγγγγ

liquidoliquido


TrabajoTrabajo de COHESION (Wde COHESION (W1111) (mJ/m) (mJ/m22):):EnergíaEnergía necesarianecesaria parapara separarseparar 2 2 superficies superficies identicasidenticas desdedesde el el contactocontacto hastahasta unauna separacionseparacioninfinitainfinita

liquidoliquido

LLγγγγγγγγ


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liquidoliquido

SSγγγγγγγγ

solidosolido

LLγγγγγγγγ

liquidoliquido


TrabajoTrabajo de ADHESION (Wde ADHESION (W1212) (mJ/m) (mJ/m22):):EnergiaEnergia necesarianecesaria parapara separarseparar 2 2 superficies superficies diferentesdiferentes desdedesde el el contactocontacto hastahasta unaunaseparacionseparacion infinitainfinita

SSγγγγγγγγ

solidosolidoWA = + WA = + --

LSLSLLγγγγγγγγ

SSγγγγγγγγ γγγγγγγγ

LSLSγγγγγγγγ

= + = + -- WA WA LLγγγγγγγγ

SSγγγγγγγγ

LSLSγγγγγγγγ

TrabajoTrabajo de adhesionde adhesion

GRADO DE AFINIDAD


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DIFUSIÓN DE UN LÍQUIDO SOBRE UN SÓLIDO SÓLO OCURRIRÁ SI EL TRABAJO SE ADHESIÓN SUPERA AL DE COHESIÓN

WA > WCS = Spreading CoefficientS = WA - WC

Tensión interfacial Tensión interfacial γγγγγγγγ1212SISTEMAS SOLIDO-LIQUIDO

Si S > 0, el líquido difundirá sobre el sólido permitiendo generar el sistema


¿¿PorPor quéqué laslas gotasgotasadquierenadquieren unauna forma forma

esféricaesférica??

La La tendendiatendendia del del sistemasistema eses reducirreducir susuenergíaenergía librelibre. El . El resultadoresultado eses adoptaradoptar unaunaconfiguraciónconfiguración con la con la queque presentepresente la la menormenoráreaárea superficial superficial posibleposible. Y la . Y la esferaesfera eses la la forma forma geométricageométrica queque permitepermite unauna superficiesuperficiemenormenor parapara un un volumenvolumen dado.dado.


¿¿PorPor quéqué la la tensióntensiónsuperficial del superficial del aguaagua eses

mayor mayor queque la del la del aceiteaceite??

La La tensióntensión superficial superficial derivaderiva de de laslasinteraccionesinteracciones entreentre laslas moléculasmoléculas de de unauna fasefase. . El El aguaagua eses polar, y polar, y laslas interaccionesinteraccionesintermolecularesintermoleculares entreentre moléculasmoléculas polarespolares son son mayoresmayores queque laslas interaccionesinteracciones entreentremoléculasmoléculas no no polarespolares..


¿¿PorPor quéqué la la tensióntensióninterfacial interfacial eses menormenor queque laslastensionestensiones superficialessuperficiales??

PorPor el el trabajotrabajo de de adhesiónadhesión

Cuando dos fases condensadas (2 líquidos) están en contacto, la interacción a través de de la interfaz es mayor que la que existe entre una fase condensada y un gas.

56

La La interaccióninteracción a a travéstravés de la de la interfaseinterfase eses posibleposible. .

Tensión interfacial Tensión interfacial γγγγγγγγ1212¿Fuerzas moleculares en la interfaz Liquido / Gas?

Sin embargo, la baja densidadque hay en el gas hace que

existan pocas moléculas parainteraccionar.

57

Tensión interfacial Tensión interfacial γγγγγγγγ1212¿Fuerzas moleculares en la interfaz Liq.1 / Liq.2?

La densidad elevada de la faseliquida vecina significa que existensuficientes moleculas cerca para

interacturar.

La La interaccióninteracción a a travéstravés de la de la interfaseinterfase eses posibleposible. .

El resultado es que la fuerza netade atraccion en las moleculas de

la interfase es menor.


¿¿PorPor quéqué loslos tensioactivostensioactivosdisminuyendisminuyen la la tensióntensión en la en la

interfazinterfaz??

Las Las moléculasmoléculas tensioactivastensioactivas son son anfifílicasanfifílicas

Polar regionPolar region NonpolarNonpolar regionregion


Las Las moléculasmoléculas anfifílicasanfifílicas se se localizanlocalizan, , preferentementepreferentemente, ,

en la en la interfazinterfaz. .

EstoEsto hacehace queque disminuyadisminuya la la diferenciadiferencia entreentre laslas dos dos

fasesfases..


Las Las moléculasmoléculas anfifílicasanfifílicas se se localizanlocalizan, , preferentementepreferentemente, ,

en la en la interfazinterfaz. .

EstoEsto hacehace quequedisminuyadisminuya la la diferenciadiferenciaentreentre laslas dos dos fasesfases..


TERMODINÁMICAMENTE INESTABLESTERMODINÁMICAMENTE INESTABLES


* FENÓMENOS SUPERFICIALES* FENÓMENOS SUPERFICIALES

* FENÓMENOS INTERFACIALES* FENÓMENOS INTERFACIALES

1.1. FUERZAS DE FUERZAS DE INTERACCIONES INTERACCIONES MOLECULARESMOLECULARES

2. 2. FUERZASFUERZAS DE INTERACCIONES DE INTERACCIONES PARTICULARESPARTICULARES

2. FUERZAS DE INTERACCIONES PARTICULARES2. FUERZAS DE INTERACCIONES PARTICULARES

•• La mayoría de las partículas de un SDH La mayoría de las partículas de un SDH (sean iónicas o no) presentan una (sean iónicas o no) presentan una carga eléctrica superficialcarga eléctrica superficialdesarrollada por distintos mecanismos:desarrollada por distintos mecanismos:

1.1. Disociación de grupos Disociación de grupos ionógenosionógenos

2.2. Adsorción de iones Adsorción de iones (aniones: < hidratación (aniones: < hidratación -- > movilidad)> movilidad)

3.3. Electrificación por fricción, ...Electrificación por fricción, ...

REGLA DE COHEN: la fase de > constante REGLA DE COHEN: la fase de > constante dieléctricadieléctrica se carga positivamentese carga positivamente


63


SUPERFICIESUPERFICIE

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

--

--

--------

--

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

--

--

--

--

--

------------------------

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

DDSS

DOBLE CAPA DOBLE CAPA ELÉCTRICAELÉCTRICA

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Punto de neutralidadPunto de neutralidad

A partir de donde la A partir de donde la carga eléctrica de la carga eléctrica de la partícula no se hace partícula no se hace

sentir mássentir más

SS

Capa de Capa de SternStern

Capa Capa monomolecularmonomolecular de de contraionescontraionesdel medio en contacto con la del medio en contacto con la superficie, en posiciones muy superficie, en posiciones muy

determinadas. A partir de aquí, la determinadas. A partir de aquí, la concentración de iones va concentración de iones va

disminuyendo.disminuyendo.

DD Capa difusaCapa difusa de de contraionescontraiones en en posiciones menos estrictas.posiciones menos estrictas.

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

--

--

--------

--

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

--

--

--

--

--

------------------------

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

65


DOBLE CAPA DOBLE CAPA ELÉCTRICAELÉCTRICA⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

--

--

--------

--

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

--

--

--

--

--

------------------------

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕

DDSS

Potencial ZPotencial Z (ζ)(ζ)Diferencia del potencial que hay Diferencia del potencial que hay entre la zona de separación de la entre la zona de separación de la capa fija y la capa difusa y el punto capa fija y la capa difusa y el punto

de neutralidad.de neutralidad.

Se estima en función de la Se estima en función de la movilidad electroforéticamovilidad electroforética

No se puede medir directamente la carga de la partícula

> ζ> ζ

Mayor repulsión Mayor repulsión interpaticularinterpaticular

66



¿ ESTABILIDAD ¿ ESTABILIDAD DE LOS SDH?DE LOS SDH?

TEORÍA DLVOTEORÍA DLVO: : ((DeryaginDeryagin y y LandauLandau, , VerweyVerwey y y OverbeekOverbeek))

Energía Energía potencial potencial

total total

Distancia Distancia entre las entre las partículaspartículas

+ Repulsión

- Atracción

Mínimo Mínimo primarioprimario

Mínimo Mínimo secundariosecundario

Máximo Máximo primarioprimario

Agregación tipo Agregación tipo coaguladocoagulado

(IRREVERSIBLE)

Agregación tipo Agregación tipo floculado floculado

(REDISPERSABLE)


TEORÍA DLVOTEORÍA DLVO: : ((DeryaginDeryagin y y LandauLandau, , VerweyVerwey y y OverbeekOverbeek))

Energía Energía potencial potencial

total total

Distancia Distancia entre las entre las partículaspartículas

+ Repulsión

- Atracción

Mínimo Mínimo primarioprimario

Mínimo Mínimo secundariosecundario

Máximo Máximo primarioprimario


La curva de energía potencial se puede modificar La curva de energía potencial se puede modificar variando la concentración de electrolitos. variando la concentración de electrolitos.

ESTABILIZACIÓN DE SDH.ESTABILIZACIÓN DE SDH.

69

CLASIFICACIÓN DE OSTWALDCLASIFICACIÓN DE OSTWALD

Dispersiones groserasDispersiones groseras

ColoidesColoides

Soluciones verdadesSoluciones verdades

Ø part. > 0.1 Ø part. > 0.1 µµµµµµµµmm

0.1 0.1 µµµµµµµµm > Ø part. > 0.001 m > Ø part. > 0.001 µµµµµµµµmm

Ø part. < 0.001 Ø part. < 0.001 µµµµµµµµmm

FIFI

ColoidesColoides

Son dispersiones en las que el tamañode FI es superior al de moléculas perodemasiado pequeñas para que les afectela gravedad. (sólo mov. Browniano)

Tamaño:

10 - 2000 Å

0.1 µµµµm - 0.001 µµµµm

FIFI FEFETipo de Tipo de coloide coloide

EjemploEjemplo

Aerosol Aerosol LiquidLiquid Gas Gas FogFogAerosol Aerosol SolidSolid Gas Gas SmokeSmokeFoamFoam Gas Gas LiquidLiquidSolidSolid foamfoam Gas Gas SolidSolid MarshmallowMarshmallowEmulsionEmulsion LiquidLiquid LiquidLiquid MilkMilkSolidSolid emulsionemulsion LiquidLiquid SolidSolid ButterButterSol Sol SolidSolid LiquidLiquid PaintPaint; ; cellcell fluidfluidSolidSolid sol sol SolidSolid SolidSolid OpalOpal

WhippedWhipped CreamCream

ColoidesColoides

FIFI FEFETipo de Tipo de coloide coloide

EjemploEjemplo

Aerosol Aerosol LiquidLiquid Gas Gas FogFogAerosol Aerosol SolidSolid Gas Gas SmokeSmokeFoamFoam Gas Gas LiquidLiquidSolidSolid foamfoam Gas Gas SolidSolid MarshmallowMarshmallowEmulsionEmulsion LiquidLiquid LiquidLiquid MilkMilkSolidSolid emulsionemulsion LiquidLiquid SolidSolid ButterButterSol Sol SolidSolid LiquidLiquid PaintPaintSolidSolid sol sol SolidSolid SolidSolid Opal, Opal, pearlpearl

WhippedWhipped CreamCream

ColoidesColoides

Atomos simples, Atomos simples, molécmoléc. pequeñas, . pequeñas, iones.iones.

Transparente Transparente MovimMovim. molecular . molecular Nunca sedimenta Nunca sedimenta

Agregados de Agregados de átomos, átomos, molécmoléc. o . o iones.iones.

Transp. Transp. ef.ef. TyndallTyndallMovMov. browniano . browniano Coagulación Coagulación ((sedimsedim.).)

Grupos de part., Grupos de part., partículas (de partículas (de minerales (arena)) minerales (arena))

Translúcido Translúcido MovMov. por gravedad. por gravedad

SOLUCIONESSOLUCIONES COLOIDESCOLOIDES SUSPENSIONESSUSPENSIONES

< 1 nm< 1 nm > 100 nm> 100 nm

USANDO SANGRE ENTERA A MODO DE EJEMPLO:USANDO SANGRE ENTERA A MODO DE EJEMPLO:

Comp. Comp. dtosdtos. en . en agua: sales, agua: sales, glucosa, gases glucosa, gases

Prot. plasmáticas: Prot. plasmáticas: albúminas, albúminas, globulinas, globulinas, fibrinógenofibrinógeno

CélCél. sanguíneas: . sanguíneas: glóbglób. rojos, . rojos, blancos, plaquetasblancos, plaquetas

SOLUCIONESSOLUCIONES COLOIDESCOLOIDES SUSPENSIONESSUSPENSIONES

< 1 nm< 1 nm > 100 nm> 100 nm

DIFRACCIÓN EN TODAS

DIRECCIONES

DIFRACCIÓN EN FORMA DE

BARRA

ColoidesColoides

1. SOLUCIONES VERDADERAS DE MACROMOLÉCULAS

2. DISPERSIONES COLOIDALES (SOLES)

3. COLOIDES DE ASOCIACIÓN

El elemento común entre las tres clases de coloides es el hecho de que son sostenidos en la dispersión por interacciones electrostáticas con las moléculas de agua.

Las tres clases de coloides diferencian en su composición química.

TiposTipos de de coloidescoloides

ColoidesColoides1. SOLUCIONES VERDADERAS DE MACROMOLÉCULAS

-- TermodinámicamenteTermodinámicamente establesestables

-- LiofílicosLiofílicos ((reversiblesreversibles) )

-- EjEj.: .: protprot., MC, ., MC, gomagoma de de tragacantotragacanto, ...., ....

Se caracterizan por una fuerte interacción con el agua, por lo que generan el coloide espontáneamente cuando se introducen en el medio.

Moléculas grandes con grupos funcionales que producen enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua.

2. DISPERSIONES COLOIDALES = SOLES

= Suspensiones coloidales

• Termodinámicamente inestables

• Liofóbicos (irreversibles)

• Fase dispersa polimérica = LATEX

• Reticulación química o física que atrapa al dte. = GEL

ColoidesColoides

Doble capa eléctrica

Las arcillas forman una carga negativa en su superficie cuando están en contacto con agua, y permanecen en la suspensión por la interacción electrostática entre su carga superficial negativa y la carga positiva de cationes del agua.

3. COLOIDES DE ASOCIACIÓN

• Termodinámicamente estables

• Liofílicos (reversibles)Ej.: tensioactivos que forman micelas

ColoidesColoides

Agregados de moléculas anfifílicas

CMC(Concentración porencima de la cuál se empiezan a formar las

micelas)

Interacción electrostática de las cabezas polares de lasmicelas con el agua

82

Concentration del tensioactivo Concentration del tensioactivo porpor debajodebajo de la CMCde la CMC

•3. COLOIDES DE ASOCIACIÓN

ColoidesColoides

Concentration del Concentration del tensioactivo tensioactivo porpor encimaencima

de la CMCde la CMC

83

CMCCMC

•3. COLOIDES DE ASOCIACIÓNColoidesColoides

CAMBIOS DE PROPIEDADES

ConcentraciónConcentración del del tensioactivotensioactivo

MagnitudMagnitud de de la la propiedadpropiedad TENSIÓN TENSIÓN

SUPERFICIALSUPERFICIAL

84

•3. COLOIDES DE ASOCIACIÓNColoidesColoides

ConcentraciónConcentración del del tensioactivotensioactivo

MagnitudMagnitud de de la la propiedadpropiedad TENSIÓN TENSIÓN

SUPERFICIALSUPERFICIAL

CMCCMC

SOLUBILIDAD DE SOLUBILIDAD DE UN SOLUTO UN SOLUTO APOLARAPOLAR

CAMBIOS DE PROPIEDADES

85

SolutoSolutoapolarapolar

Concentration del tensioactivo Concentration del tensioactivo porpor debajodebajo de la CMCde la CMC

Concentration del Concentration del tensioactivo tensioactivo porpor encimaencima

de la CMCde la CMC

MétodosMétodos de de obtenciónobtención

1. 1. MétodosMétodos de de condensacióncondensación

2. 2. MétodosMétodos de de dispersióndispersión

3. 3. AdiciónAdición simple de la simple de la fasefase dispersadispersa al al mediomedio de de dispersióndispersión

ColoidesColoides


1. 1. MétodosMétodos de de condensacióncondensación

ColoidesColoides

Crecimiento de partículas hasta tamaño coloidal: se parte de una solución verdadera y por reacción química se obtienen partículas insolubles de tamaño coloidal


2. 2. MétodosMétodos de de dispersióndispersión

ColoidesColoides

Se parte de partículas mayores de tamaño coloidal:- Dispersión mecánica: molino coloidal (actúa por cizalla)

- Dispersión eléctrica: arco voltaico entre dos electrodos del metal que se quiere dispersar


3. 3. AdiciónAdición simple de la FI al simple de la FI al mediomedio de de dispersióndispersión

ColoidesColoides

(Para sustancias que forman espontáneamentesoluciones coloidales)

Ejemplos:

• proteínas (albúmina, hemoglobina, ...)

• polisacáridos (almidón, MC, dextrinas, ...)

90

ColoidesColoides

MétodosMétodos de de eliminacióneliminación de de coloidescoloides

• Las partículas coloidales son demasiadopequeñas para ser separadas por métodos físicos(e.g. filtración).

• Se puede provocar la coagulación de laspartículas coloidales (aumentan de tamaño) hastaque puedan ser eliminadas por filtración.

91

ColoidesColoidesMétodosMétodos de de eliminacióneliminación de de coloidescoloides

MÉTODOS DE COAGULACIÓN

• Calentamiento (se facilita la colisión entre las

partículas y su atracción entre ellas)

• Adición de electrolitos (neutralización de las

cargas superficiales de las partículas coloidales)

• Diálisis: uso de membranas semipermeables que

separan iones de partículas coloidales.

sistemas dispersos heterogéneos

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