SISTEMAS COLOIDALESQu son los coloides?Son una dispersin de partculas de una sustancia (la fase dispersa) entre un medio dispersor formado por otra sustancia. Una suspensin coloidal carece de homogeneidad de una solucin comn es decir la fase dispersa y el medio dispersor pueden ser lquidos, slidos y gases o una combinacin de estas fases. Las partculas coloidales miden de 1 nm a un m.

Las sustancias que son atradas por el disolvente y que se disuelven con facilidad en l (coloides lifilos), no requieren normalmente procedimientos especiales para dispersarlas, pero aquellas otras que no son atradas por l medio con tanta facilidad (sustancias lifobas) precisan, con el fin de pasar al estado coloidal y distribuirse en un medio de dispersin, uno de los mtodos generales de preparacin: el de condensacin o el de dispersin. El proceso para preparar soles: coloidales lifobos est representado en la figura 1.

Preparacin y purificacin de coloides.

Condensacin. Las condiciones necesarias para la formacin de coloides lifobos por condensacin o agregacin de molculas o iones implican, en primer lugar, un alto grado de sobresaturacin, seguido de la formacin y crecimiento de los ncleos que han de formar despus las partculas coloidales. La sobresaturacin puede conseguirse disolviendo las sustancias, por ejemplo, azufre, en un disolvente adecuado, que en este caso puede ser alcohol, y vertiendo luego esta disolucin concentrada en un exceso de agua. En la disolucin sobresaturada de azufre que se forma, surgen muchos ncleos pequeos que crecen rpidamente y dan lugar as al sol coloidal. Para evitar la cristalizacin completa, o sea, el crecimiento excesivo de las partculas, puede aadirse una goma o un coloide hidrfilo similar, que acta como agente protector. Dispersin. Para la dispersin mecnica de una muestra cualquiera, con el fin de obtener un coloide lifobo, es necesario el empleo de un equipo formado por molinos coloidales y homogeneizadores, aunque tambin puede utilizarse para este fin el mortero. La adicin de coloides lifilos protege tambin el sistema frente a la re agregacin o agrupamiento de las partculas dispersas. Sin embargo, con este mtodo, no llega, en general, a alcanzar el tamao coloidal una cantidad importante de material. Dilisis y ultrafiltracin. La dilisis es un proceso por el cual los iones y las micromolculas del medio de dispersin de un coloide pueden difundirse a travs de las paredes semipermeables de una membrana de colodin, o de un saco de celofn conteniendo el coloide, y que est rodeado por el medio dispersante puro. En realidad, este proceso se reduce a la purificacin de la fase dispersa que permanece dentro de la clula dializadora, mientras que las impurezas micromoleculares se difunden hacia afuera. Tambin se ha recurrido a la ultrafiltracin para la separacin y purificacin de los coloides, y una variante de este mtodo consiste en realizar la filtracin a presin negativa (succin), a travs de una membrana de dilisis que se coloca sobre un embudo de Buchner. Cuando se emplean la dilisis y la ultrafiltracin, la separacin de las impurezas con carga elctrica puede acelerarse aplicando una diferencia de potencial elctrico a ambos lados de la membrana (electrodilisis).

Las partculas de tamao coloidal comunican al sistema ciertas propiedades caractersticas, que son las que diferencian a los coloides de los solutos micromoleculares, en las disoluciones verdaderas, por un lado, y de las dispersiones groseras, por otro. Entre estas propiedades se encuentran las pticas de dispersin y absorcin de la luz, las propiedades cinticas del movimiento browniano, las de difusin, sedimentacin y presin osmtica, las propiedades viscosimtricas y, finalmente, las de emigracin en un campo elctrico. Propiedades pticas. Tomando en cuenta el efecto Faraday-Tyndall, que se produce cuando un rayo potente de luz atraviesa un sol coloidal, segn el cual los rayos de luz que pasan a travs de un sistema de este tipo dan lugar a un cono visible, como consecuencia de la dispersin de la luz por las partculas coloidales. Con el ultramicroscopio, ideado por ZSIGMONDY, se pueden examinar los puntos luminosos responsables del citado cono de Tyndall. Para ello se hace pasar un intenso rayo de luz, que forma un ngulo recto con la direccin de observacin, a

Propiedades de los coloides

travs del sol, situado sobre un fondo oscuro, consiguindose de esta forma que aquellas partculas no perceptibles directamente puedan ahora observarse y contarse como puntos brillantes. El microscopio electrnico, con el cual pueden apreciarse las partculas en su forma real y con un gran poder de resolucin, se emplea, actualmente, para observar el tamao, la forma y la estructura de partculas ms pequeas. El aspecto notablemente coloreado de muchos coloides se debe a que presentan absorcin de la luz en ciertas longitudes de onda. As se observa que una dispersin coloidal de, cloruro de oro finamente dividido tiene un profundo color rojo, que los proteinatos de plata, como las disoluciones de Argirol y Protargol, son de color castao, y que la dispersin de yoduro de plata es amarilla. Movimiento browniano. Se trata de un movimiento errtico, donde las partculas del solvente continuamente colisionan con la partcula coloidal y transfieren momento a esta, de una manera ms o menos catica. Este movimiento, pese a ser errtico, se puede apreciar microscpicamente, aumentando la viscosidad del medio, por adicin de glicerina u otro agente similar, el movimiento browniano disminuye y, finalmente, cesa. Difusin. En un sistema disperso, las partculas se difunden, espontneamente, desde las zonas de concentracin ms elevada a aquellas otras de concentracin inferior, hasta que la concentracin se hace completamente uniforme en todo el sistema. Segn la expresin conocida como primera ley de Fick, la cantidad, dq, de sustancia que se difunde en un tiempo dt, a travs de un plano de rea A, es directamente proporcional a la variacin de la concentracin, dc, con la distancia recorrida, o sea, que esta ley viene dada por la ecuacin: [1] en donde D es el coeficiente de difusin, que representa la cantidad de sustancia difundida, por unidad de tiempo, a travs de un rea unidad cuando dc/dx, o sea, el gradiente de concentracin, es la unidad. Por tanto, las dimensiones de D sern superficie por unidad de tiempo. El signo negativo que aparece en la ecuacin [1], es debido a que la difusin se produce en la direccin en que la concentracin disminuye. El coeficiente puede determinarse mediante experimentos de difusin, en los que se hace pasar la sustancia a difundir a travs de un disco poroso que separa la disolucin coloidal del medio dispersante puro y peridicamente se extraen y analizan muestras tomadas de ambos lados del citado disco. Tambin se emplean otros mtodos, en uno de los cuales lo que se mide es la variacin de la concentracin o el gradiente del ndice de refraccin del lmite libre de separacin, que se forma cuando se ponen en contacto el disolvente y la disolucin y se dejan difundir libremente. Si se admite que las partculas coloidales son aproximadamente esfricas, pueden emplearse las siguientes ecuaciones para calcular el radio de la partcula y su peso, o peso molecular en el caso en que las partculas coloidales sean monomoleculares. La ecuacin propuesta por SUTHERLAND y EINSTEIN para obtener el, radio de una partcula es: [2] en la que D es el coeficiente de difusin, obtenido a partir de la ley de Fick como antes se indic, R la constante molar de los gases, T la temperatura absoluta, la viscosidad del disolvente, r el radio de la partcula esfrica y N el nmero de Avogadro. La medida del coeficiente de difusin puede emplearse para obtener el peso molecular de las molculas aproximadamente esfricas, como las de albmina de huevo o de hemoglobina, mediante la ecuacin: [3]

siendo M el peso molecular y el volumen parcial especfico (aproximadamente igual al volumen, en centmetros cbicos, de 1 g de soluto, obtenido a partir de la medida de la intensidad). Sedimentacin. La velocidad v de sedimentacin de las partculas esfricas, cuya densidad es p, en un medio de densidad p0 y de viscosidad o ; viene dada por la ley de Stokes: [4] en donde g es la aceleracin de la gravedad. Esta ecuacin [4] permite calcular el radio de las partculas grandes, si se mide su velocidad de sedimentacin bajo la accin de la gravedad. Sin embargo, para que se produzca la sedimentacin de las partculas coloidales, a una velocidad factible de medirse, es necesario aplicar una fuerza mayor que la gravitatoria, lo cual

se consigue mediante la ultracentrfuga ideada por SVEDBERG en 1925, que puede dar origen a una fuerza, sobre cada partcula, un milln de veces mayor que la ocasionada por la gravedad. En una centrfuga, la aceleracin de la gravedad se sustituye por 2X, siendo la velocidad angular y x la distancia desde la partcula al centro de rotacin, con lo cual, la ecuacin [4] modificada ser:

A la velocidad instantnea de sedimentacin, v = dx/dt, de una partcula por unidad de campo centrfugo se le denomina coeficiente o constante s de sedimentacin de Svedberg, y viene dado por: [5] A causa de la fuerza centrfuga, las partculas de peso molecular elevado pasan desde la posicin x1, en el momento t1, a la posicin x2 en el instante t2, y el coeficiente de sedimentacin se alcanzar integrando, entre estos lmites, la ecuacin [5]: [6] Llegndose a: [7] Las distancias x1, y x2 indican la situacin, en la clula de la ultracentrfuga, del lmite de separacin entre el disolvente y el componente de alto peso molecular; este lmite se localiza mediante la variacin del ndice de refraccin del medio, producida en cualquier momento durante la ultracentrifugacin, y que se registra grficamente, en forma de mximo o pico, sobre una placa fotogrfica. Se toman fotografas a intervalos de tiempo definidos, y los picos de los diagramas "schlieren", como se denominan, dan la posicin x del lmite de separacin en cada momento t. Si la muestra consta de un solo componente de peso molecular definido, el diagrama "schlieren" presentar un solo pico agudo en cualquier momento de la centrifugacin. Pero si en la muestra hay componentes de pesos moleculares diferentes, las partculas de mayor peso se depositarn con mayor rapidez y, como consecuencia, aparecern varios picos sobre la placa fotogrfica. Por tanto, la ultracentrifugacin no es solamente de utilidad para determinar los pesos moleculares de los polmeros, en especial de las protenas, sino que tambin puede emplearse para investigar el grado de homogeneidad de la muestra. As, por ejemplo, se ha encontrado que la gelatina es un polmero proteico polidisperso con fracciones de peso molecular desde 10 000 a 100 000. (Esto explica, en parte, el hecho observado de que la gelatina de diferentes procedencias no tenga las mismas propiedades cuando se emplea en preparaciones farmacuticas.) Por el contrario, se ha podido demostrar que la insulina es una protena monodispersa compuesta de dos cadenas polipeptdicas, formadas cada una de ellas por cierto nmero de molculas de aminocido. Las dos cadenas se mantienen unidas mediante puentes de azufre SS, formando una unidad definida, cuyo peso molecular es aproximadamente 6 000. El coeficiente de sedimentacin s puede calcularse a partir de la ecuacin [7] despus de haber medido las dos distancias x1 y x2 en los "schlieren" fotogrficos obtenidos en los tiempos t1 y t2, y teniendo en cuenta que la velocidad angular es igual a 2 veces la velocidad del rotor, en revoluciones por segundo. Conociendo s y determinando D a partir de los datos de la difusin, se puede obtener el peso molecular de un polmero, por ejemplo, una protena, empleando la expresin:

en donde R es la constante molar de los gases, T la temperatura absoluta, el volumen parcial especfico de la protena y p0 la densidad del disolvente. Para poder aplicar correctamente la ecuacin [8], tanto s como D deben haber sido determinadas o corregidas para una temperatura de 20C. Presin osmtica. La ecuacin de van't Hoff : [9] puede emplearse para calcular el peso molecular de un coloide, en una disolucin diluida, reemplazando en la ecuacin [9] c por C/M, siendo C la concentracin en gramos de soluto por litro de disolucin y M el peso molecular:

Y por lo tanto: [10]

[11] frmula aplicable a disoluciones muy diluidas. Con frecuencia, la cantidad /C, correspondiente a un polmero que tenga un peso molecular del orden de 50 000; es una funcin lineal de la concentracin C que viene dada en la forma de la ecuacin [12] en, la que B es una constante; esta ecuacin se reduce a la [11] cuando la concentracin C se aproxima a cero. La representacin grfica de /C en funcin de los correspondientes valores de C da lugar a una lnea recta (Fig. 2), a partir de cuya ordenada en el origen, RT/M, se obtiene con facilidad el peso molecular M de un polmetro lineal o

FIG. 2. determinacin del peso molecular por medio del mtodo de la presin osmtica. La extrapolacin de la recta hasta el eje de ordenadas, donde C = 0, nos da el valor de RT/M, del cual se deduce M. Los coloides hidrfilos concentrados, la presin osmtica adquiere valores mayores que los que se podra esperar si ella dependiera nicamente de la concentracin del soluto, lo que se debe a que la hidrofilia de las micelas incrementa su avidez por el disolvente, originando una presin de retencin muy superior a la osmtica y a la que se ha denominado onctica. Equilibrio de membrana de Donnan. Si a un sistema de dos compartimientos lquidos con una sal disuelta en ambos, y separados por una membrana semipermeable y en uno de los compartimientos colocamos un proteinato que no puede difundir a travs de la membrana, la distribucin electroltica en este sistema se realizar de una forma particular llamada EQUILIBRIO DONNAN. Los iones se distribuirn de acuerdo a su gradiente de concentracin a- si el C1- pasar del lado B al A ya que en A no hay inicialmente CI- verificndose un traslado de cargas negativas generndose una diferencia de potencial debido al trabajo realizado por este in. Paralelamente el Na+ ser atrado hada el compartimiento A debido a las cargas negativas de este compartimiento (gradiente elctrico) y debido a que est en mayor concentracin en B que en A (gradiente qumico). El sistema llega al equilibrio cuando la suma de los gradientes formados qumicos y elctricos se hace cero.

5 meq / l Pr5 meq / l Na+ 5 meq / l Pr9 meq / l Na+ 4 meq / l Cl-

10 meq / l Na+ 10 meq / l Cl6 meq / l Na+ 6 meq / l Cl-

Propiedades elctricas Propiedades elctricas: las partculas coloidales, con sus grandes superficies, tienen iones unidos a ellas. Estos iones as absorbidos ejercen una pronunciada influencia sobre la estabilidad de los coloides. De acuerdo a esto, todas las partculas tienden a absorber iones positivos o negativos, adquiriendo as una carga. De esta manera, las partculas se repelen unas a otras, impidiendo la precipitacin de la dispersin coloidal. Las partculas cargadas en su superficie tienden a atraer cargas del signo opuesto, formndose una doble capa electrnica (Fig. 2). Cuando los iones absorbidos son de un lquido (particularmente agua), las partculas se denominan micelas. Estos fenmenos elctricos en los coloides son de gran importancia ya que fundamentan una aplicacin mdica: la electroforesis. Electroforesis Hay varias consecuencias importantes debidas a la diferencia de potencial existente en la doble capa de la micela. La aplicacin de un potencial externo hace que las partculas coloidales cargadas se dirijan hacia uno de los polos. Un coloide negativo se dirige al electrodo positivo; y el coloide positivo al negativo. Este fenmeno se conoce con el nombre de electroforesis. Las velocidades con las cuales se desplazan las partculas son muy variables y dependen de varios factores, pero en trmino medio son del orden de 2 a 5. 10 cm/seg cuando la diferencia de potencial es de 1 volt. La velocidad de desplazamiento de las partculas se puede medir. En este desplazamiento intervienen diversas variables que es preciso conocer. Siendo v la velocidad de cada micela, tenemos:

V = diferencia de potencial aplicada a la solucin coloidal d = distancia entre los electrodos = (zeta) diferencia de potencial existente entre la partcula y el medio dispersante. D = constante dielctrica del lquido. n = coeficiente de viscosidad del medio (etan).