Coloides y suspensionesLos coloides son el puente que une la materia en una disolución y la materia dispersa en una suspensión. En una disolución, las partículas están dispersas de una manera homogénea y no se sedimentan con el reposo debido a que pueden estar parcialmente unidas a las moléculas del disolvente (sección 14.1). En una suspensión, las partículas no están unidas a las moléculas del disolvente y por lo tanto se sedimentan durante el reposo. En los coloides, las partículas se encuentran dispersas sin que estén unidas en forma apreciable a las moléculas del disolvente y no se sedimentan al dejarlas en reposo. En esta sección analizaremos las propiedades de los coloides, veremos ejemplos y relacionaremos los coloides con las disoluciones.Al tratar de las disoluciones hablamos de solutos y disolventes, pero al referirnos a los coloides utilizamos los términos “partículas dispersas” (fase dispersa) y “medio dispersante” (fase dispersante o dispersora). Las partículas dispersas (fase dispersa) son las partículas coloidales, comparables al soluto en una disolución. El medio dispersante (fase dispersante) es la sustancia en la cual están distribuidas las partículas coloidales, comparable al disolvente en una disolución. La leche es un ejemplo de un coloide; la grasa de la leche forma las partículas dispersas y el agua es el medio dispersante. Coloide Mezcla de partículas dispersas en un disolvente, donde las partículas no están unidas en forma apreciable a las moléculas del disolvente y no presentan sedimentación al dejar la mezcla en reposo.Partículas dispersas (fase dispersa) Las partículas coloidales con un diámetro en el rango de 1000 a 200,000 pm que forman un coloide, pueden compararse con el soluto en una disolución.Medio dispersante (fase dispersante) En un coloide, es la sustancia en la cual se encuentran distribuidas las partículas coloidales; puede compararse con el disolvente en una disolución.

FIGURA 14.12Una caminata en la niebla. La niebla y la neblina son ejemplos de coloides (agua líquida dispersaen aerosol gas-líquido). (Dr. E. R. Degginger).

En una disolución, las partículas de soluto y de disolvente son moléculas o iones con una o más moléculas de disolvente unidas a cada partícula de soluto. En los coloides, las partículas suspendidas son moléculas o agregados moleculares, más grandes que las que se encuentran en las disoluciones, pero más pequeñas que las que están en las suspensiones y en promedio tienen menos de una molécula del medio dispersante unida

por molécula de partículas dispersas. Las partículas coloidales son de diversas formas y tienen un diámetro que va de 1000 a 200,000 pm (véase la sección 2.2). Pueden estar formadas por una enorme molécula, como una molécula de almidón o por agregados de muchas moléculas.Al igual que las disoluciones, los coloides pueden existir en cualquiera de los tres estados físicos de la materia. Estos diferentes tipos de coloides tienen nombres distintos: una espuma es un gas disperso en un líquido o en un sólido; un aerosol líquido es un líquido disperso en un gas (véase la figura 14.12); un aerosol sólido o humo es un sólido disperso en un gas; una emulsión es un líquido disperso en un líquido; un gel es un líquido disperso en un sólido; y un sol es un sólido disperso en un líquido o sólido. La tabla 14.4 detalla estos diversos tipos de coloides y algunos ejemplos de cada uno de ellos.

La mezcla de aceite y agua con un agente especial puede formar un coloide de un líquido disperso en un líquido —una emulsión. Ésta es la manera de remover una película oleosa.Además del tamaño de partícula, los coloides tienen otras propiedades peculiares que los identifican y que son: (1) efecto óptico, (2) efecto de movimiento, (3) efecto de carga eléctrica, y (4) efecto de adsorción.Efecto ópticoCuando un haz de luz relativamente angosto pasa a través de un coloide como son las partículas de polvo que están en el aire (tabla 14.4, sólido en gas), éstas desvían la luz y aparecen en el haz como pequeñas y brillantes manchitas de luz (véase la figura 14.13). En una disolución, la apariencia es diferente. La desviación de la luz en un coloide ocurre porque las grandes partículas que están en él reflejan la luz produciendo un haz visible de luz que se pueda observar. Por lo tanto, un haz de luz que pasa a través de una disolución es invisible. A este efecto óptico se le llama efecto Tyndall, en honor del físico británico JohnTyndall (1820-1893) quien lo investigó en 1869.

Efecto de movimientoSi se observa un coloide con un microscopio especial, parece que las partículas dispersas se mueven en zigzag, un movimiento al azar en todo el medio dispersante. El microscopio especial consiste en un microscopio normal que utiliza una fuente de luz intensa para enfocar el coloide en ángulos rectos. Si se lo mira contra un fondo negro, lo que en realidad se ve son los reflejos de las partículas coloidales. El movimiento errático, al azar (un “baile inquieto”) de las partículas coloidales dispersas en el medio dispersante ocurre porque el medio las bombardea creando un movimiento aleatorio en zigzag, como se ve en la figura 14.14. Como esta reflexión de la luz se debe al tamaño de la partícula coloidal, tal movimiento no se observa en una disolución, aun cuando las partículas de soluto y de disolvente están en continuo movimiento al azar. Este efecto de movimiento de los coloides es una razón por la que las partículas coloidales no se sedimentan cuando se dejan en reposo.

El bombardeo constante que hace el medio dispersante sobre las partículas coloidales dispersas las mantiene en suspensión indefinidamente. Este efecto se conoce como el movimiento browniano, en honor del botánico inglés Robert Brown (1773-1858) quien fue el primero en estudiarlo con gránulos citoplasmáticos en los granos de polen durante el verano de 1827.

(b) (a) Efecto óptico (efecto Tyndall) de los coloides.(b) La luz del sol que surge a través de las nubes muestra la trayectoria de los rayos luminosos.

Efecto de movimiento (movimiento browniano) de los coloides.

Efecto de carga eléctrica

Una partícula coloidal dispersa puede adsorber partículas con carga eléctrica (iones) en su superficie. Las partículas con carga eléctrica adsorbidas sobre la superficie de alguna clase de partícula coloidal pueden ser positivas o negativas. Las partículas coloidales de determinada clase tendrán todos los mismos signos de carga en exceso. Debido a que las cargas iguales se repelen entre sí, las partículas coloidales se repelen una a otra.Además del movimiento al azar de las partículas (movimiento browniano), el efecto de la carga eléctrica también evita que las partículas coloidales dispersas se coagulen y se precipiten.En las dispersiones coloidales de óxidos metálicos hidratados, como las del hidróxido de hierro (III), los iones adsorbidos son positivos y las partículas coloidales adquieren una carga positiva. Al contrario, en el caso de ciertos sulfuros, como el sol de sulfuro de arsénico (III), las partículas coloidales adsorben iones negativos y así adquieren una carga negativa. La suciedad de los lechos de los ríos adsorbe iones negativos y adquiere una carga negativa.Si un coloide con una carga entra en contacto con un coloide con otra carga, o con un ion de la carga opuesta, las partículas coloidales dispersas por lo regular se precipitan y se separan del medio dispersante. Tal es el caso en la mezcla de dos coloides, el de hidróxido de hierro (III) y el de sulfuro de arsénico (III). Cuando el agua de un río con partículas cargadas en forma negativa entra en contacto con el océano que tiene partículas con carga positiva, sales iónicas, la suciedad se deposita formando el fértil delta del río.El efecto de coagulación de los coloides con una carga eléctrica se utiliza para eliminar partículas suspendidas de los gases que salen por las chimeneas industriales. El instrumento que se utiliza en esta operación se conoce como precipitador Cottrel y en los hogares se emplean modelos más pequeños como limpiadores electrónicos del aire. Las partículas coloidales que están en el aire (polvo, polen, etc.) se eliminan efectivamente de la atmósfera de los hogares cuando estas partículas pasan a través de una sección “ionizante” del aparato, en donde reciben una carga eléctrica intensa. Enseguida, el aire las conduce hacia una sección de recolección en donde son atraídas hacia las placas metálicas que están bajo la influencia de un poderoso campo eléctrico, como se muestra en la figura 14.15. Las partículas se adhieren a estas placas metálicas y el aire limpio regresa hacia el sistema de ventilación.Efecto de adsorciónDebido a que poseen una gran área superficial, los coloides tienen un gran poder de adsorción.La propiedad de adsorción no está limitada a los coloides; sustancias tales como el carbón, el papel filtro (celulosa), el óxido de aluminio y la bentonita cuentan también con un poder de adsorción. El carbón se utiliza como agente adsorbente en la elaboración de cerveza de tres diferentes maneras. En primer lugar, se emplea para purificar el agua, además de eliminar cualquier olor o sabor que haya en ella. En segundo lugar, se utiliza para clarificar la cerveza y para adsorber los coloides turbios que se forman durante el proceso de fermentación. Y, en tercer lugar, se utiliza para purificar el dióxido de carbono que se adiciona a la cerveza para carbonatarla. El dióxido de carbono le da sabor a la cerveza y su presencia hace que tenga una “presión” y que sea espumosa.

Limpiador eléctrico de aire para el hogar (son partículas grandes que están en el aire; los puntos son partículas más pequeñas).