Coloide
En física y química un coloide, sistema coloidal, suspensión coloidal o dispersión coloidal es un sistema conformado por dos o más fases, normalmente una fluida (líquido o gas) y otra dispersa en forma de partículas generalmente sólidas muy finas, de diámetro comprendido entre 10-9 y 10-5 m.[1] La fase dispersa es la que se halla en menor proporción. Normalmente la fase continua es líquida, pero pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran en otros estados de agregación de la materia.
El nombre de coloide proviene de la raíz griega kolas que significa «que puede pegarse». Este nombre se refiere a una de las principales propiedades de los coloides: su tendencia espontánea para agregar o formar coágulos. De ahí viene también la palabra "cola", el fluido pastoso que sirve para pegar. Los coloides también afectan al punto de ebullición del agua y son contaminantes.
Los coloides se diferencian de las suspensiones químicas, principalmente en el tamaño de las partículas de la fase dispersa. Las partículas en los coloides no son visibles directamente, son visibles a nivel microscópico (entre 1 nm y 1 µm), y en las suspensiones químicas sí son visibles a nivel macroscópico (mayores de 1 µm). Además, al reposar, las fases de una suspensión química se separan, mientras que las de un coloide no lo hacen. La suspensión química es filtrable, mientras que el coloide no es filtrable.
Los sistemas coloidales son sistemas no homogéneos en los que las partículas constituyentes de uno o varios de sus componentes (fase dispersa o dispersoide) tienen tamaños comprendidos entre 10 y 2000 Å, mientras que los restantes componentes están constituidos por partículas con tamaño inferior a unos 10 Å (fase dispersante o medio de dispersión).[2]
Las partículas coloides tienen propiedades intermedias entre las disoluciones y las suspensiones químicas; se encuentran dispersas sin que estén unidas a las moléculas del disolvente y no se sedimenta al dejarlas en reposo.[3]
En algunos casos las partículas son moléculas grandes, como proteínas. En la fase acuosa, una molécula se pliega de tal manera que su parte hidrofílica se encuentra en el exterior, es decir la parte que puede formar interacciones con moléculas de agua a través de fuerzas ión-dipolo o fuerzas puente de hidrógeno se mueven a la parte externa de la molécula. Los coloides pueden tener una determinada viscosidad (la viscosidad es la resistencia interna que presenta un fluido: líquido o gas, al movimiento relativo de sus moléculas).
Tipos de coloides
Los coloides se clasifican según la magnitud de la atracción entre la fase dispersa y la fase continua o dispersante. Si esta última es líquida, los sistemas coloidales se catalogan como «soles» y se subdividen en «liófobos» (poca atracción entre la fase dispersa y el medio dispersante) y «liófilos» (gran atracción entre la fase dispersa y el medio dispersante). En los coloides liófilos la fase dispersa y el medio dispersante son afines, por lo tanto forman soluciones verdaderas y tienen carácter termodinámicamente estable; en tanto que los coloides liófobos son aquellos donde la fase dispersa y el medio dispersante no son afines, pueden formar dos fases y tienen carácter cinéticamente estable. Una característica fundamental de los coloides liófobos es que no son termodinámicamente estables, como ya se mencionó anteriormente, aunque poseen una estabilidad de tipo cinético que les permite mantenerse en estado disperso durante largos períodos de tiempo. Las partículas coloidales son lo suficientemente pequeñas como para que su comportamiento esté controlado por el movimiento browniano y no por efectos macroscópicos, como las fuerzas gravitatorias. Al agregarles cierta cantidad de electrolito pueden coagular, la cantidad depende de la valencia y la naturaleza del electrolito. Respecto a la clasificación de coloides, cabe destacar también que, si el medio dispersante es agua se denominan «hidrófobos» (repulsión al agua) e «hidrófilos» (atracción al agua).
En la siguiente tabla se recogen los distintos tipos de coloides según el estado de sus fases continua y dispersa:[4]
| Fase dispersa | ||||
|---|---|---|---|---|
| Gas | Líquido | Sólido | ||
| Fase continua | Gas | No es posible porque todos los gases son solubles entre sí. | Aerosol líquido, Ejemplos: niebla, bruma |
Aerosol sólido, Ejemplos: humo, polvo en suspensión |
| Líquido | Espuma, Ejemplos: espuma de afeitado, nata |
Emulsión, |
Sol, Ejemplos: pinturas, tinta china | |
| Sólido | Espuma sólida, Ejemplos: piedra pómez, aerogeles, merengue. |
Gel, |
Sol sólido, Ejemplos: cristal de rubí | |
En principio, no existe una regla fija que establezca el estado de agregación en el que se tienen que encontrar, tanto la fase dispersa como el medio dispersante. Por lo tanto, son posibles todas las combinaciones imaginables, como se mostró en la tabla anterior.
Actualmente, y debido a sus aplicaciones industriales y biomédicas, el estudio de los coloides ha cobrado una gran importancia dentro de la fisicoquímica y de la física aplicada. Así, numerosos grupos de investigación de todo el mundo se dedican al estudio de las propiedades ópticas, acústicas, de estabilidad y de su comportamiento frente a campos externos. En particular, el comportamiento electrocinético (principalmente las medidas de movilidad electroforética) o la conductividad eléctrica de la suspensión completa.
Por lo general, el estudio de los coloides es experimental, aunque también se realizan grandes esfuerzos en los estudios teóricos, así como en desarrollo de simulaciones informáticas de su comportamiento. En la mayor parte de los fenómenos coloidales, como la conductividad y la movilidad electroforética, estas teorías tan solo reproducen la realidad de manera cualitativa, pero el acuerdo cuantitativo sigue sin ser completamente satisfactorio.
Sistemas coloidales
- Emulsiones: Se llama emulsión a una suspensión coloidal de un líquido en otro inmiscible con él, y puede prepararse agitando una mezcla de los dos líquidos ó, pasando la muestra por un molino coloidal llamado homogenizador. Una emulsión es un sistema donde la fase dispersa y la fase continua son líquidas.
- Soles: Los soles liófobos son relativamente inestables (o meta estables); a menudo basta una pequeña cantidad de electrólito o una elevación de la temperatura para producir la coagulación y la precipitación de las partículas dispersadas.
- Aerosoles: Los aerosoles se definen como sistemas coloidales con partículas líquidas o sólidas muy finalmente subdivididas, dispersadas en un gas. Hoy en día el término aerosol, en lenguaje general, es sinónimo de un envase metálico con contenido presurizado, aunque se habla de aerosoles atmosféricos.
- Gel: La formación de los geles se llama gelación. En general, la transición de sol a gel es un proceso gradual. Por supuesto, la gelación va acompañada por un aumento de viscosidad, que no es repentino sino gradual.
- Espuma: La fase dispersante puede ser líquida o sólida y la fase dispersa un gas.
Propiedades de los coloides
- Adsorción
Por su tamaño, las partículas coloidales tienen una relación área/masa extremadamente grande, por ello son excelentes materiales adsorbentes. En la superficie de las partículas existen fuerzas llamadas de Van der Waals e incluso enlaces inter-atómicos que al estar insatisfechos pueden atraer y retener átomos, iones o moléculas de sustancias extrañas. A esta adherencia de sustancias ajenas en la superficie de una partícula se le llama adsorción. Las sustancias adsorbidas se mantienen firmemente unidas en capas que suelen tener no más de una o dos moléculas (o iones) de espesor. Aunque la adsorción es un fenómeno general de los sólidos, resulta especialmente eficiente en dispersiones coloidales, debido a la enorme cantidad de área superficial.
- Efecto Tyndall
Consiste en que un haz luminoso se hace visible cuando atraviesa un sistema coloidal. Este fenómeno se debe a que las partículas coloidales dispersan la luz en todas las direcciones haciéndola visible. Los rayos de luz pueden ser vistos al pasar a través de un bosque, por ejemplo, como resultado de la dispersión de la luz por las partículas coloidales suspendidas en el aire del bosque. Aunque todos los gases y líquidos dispersan la luz, la dispersión por una sustancia pura o por una solución es muy pequeña, que generalmente no es detectable.
- Movimiento browniano
Son ejemplos de este fenómenos los movimientos observados en partículas de polvo que se desplazan libres al azar en un rayo de sol que ingresa a través de una ventana (o una cortina abierta), o partículas de polvo y humo moviéndose en un rayo de luz proveniente del cuarto de proyección de una sala de cine. El movimiento desordenado de dichas partículas coloidales es debido al bombardeo o choque con las moléculas del medio dispersante, y en los ejemplos citados seria por las moléculas presentes en el aire (N², O²,Ar, Cr², etc). El movimiento se conoce como movimiento browniano en memoria del botánico inglés Robert Brown, quien observó por primera vez este movimiento irregular de partículas en 1827, mientras estudiaba con el microscopio el comportamiento de los granos de polen suspendidos en agua. El movimiento browniano impide que las partículas coloidales se asienten o formen sedimentos.
- Electroforesis
Consiste en la migración de partículas coloidales cargadas dentro de un campo eléctrico. Las partículas coloidales absorben iones en su superficie cargándose positiva o negativamente, aunque todo el sistema coloidal es eléctricamente neutro, estas partículas viajan hacia los electrodos (cátodo y ánodo) mediante fuerzas eléctricas de atracción.
- Diálisis
Se define como el movimiento de iones y moléculas pequeñas a través de una membrana porosa, llamada membrana dialítica o dializante, pero no de moléculas grandes o partículas coloidales. La diálisis no es una propiedad exclusiva de los coloides, puesto que ciertas soluciones también se pueden dializar, por ejemplo, en bioquímica se utiliza con frecuencia la diálisis para separar moléculas proteínicas de iones acuosos. En los coloides, la diálisis permite purificar el sistema coloidal, puesto que se eliminan iones y otras moléculas pequeñas consideradas impurezas. Se utilizan como membranas dialíticas, el celofán y las membranas de origen animal.
Véase también
Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre coloide.- Aerosol
- Sólido en suspensión
- Suspensión (química)
- Efecto Tyndall
- Coacervado
Referencias
Bibliografía
- Chang, R. (2007). Química. (Novena ed., p. 1110). México: Mc Graw Hill.
- Verwey, E. J. W. and Overbeek, J. TH. G. (1948). Theory of the stability of lyophobic colloids. The interaction of sol particles having an electric double layer. Holanda: Elsevier Pub. Co.
- Valenzuela, C. (1995). Química General: Introducción a la química teórica. España: Ediciones de la Universidad de Salamanca.
- Hiemenz, P. C. (1986). Principles of Colloid and surface chemistry. USA: Marcel Dekker Inc.
