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QUIMICA GENERAL E INORGANICAQUIMICA GENERAL E INORGANICACurso 2005 Curso 2005

Clase 7. Marzo 30Clase 7. Marzo 30

Coloides. Coloides. Soluciones cristaloides y coloidalesSoluciones cristaloides y coloidales

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ColoidesColoides

■ Tamaño de partícula de 50-1000 nm■ Las partículas no se ven al microscopio pero

presentan “efecto Tyndall”■ No pasan las membranas semipermeables■ Las partículas tienen una carga eléctrica, el

potencial de superficie, que contribuye a su estabilidad

El reconocimiento de los “coloides” comienza con la diferenciación de las soluciones acuosas en “cristaloides o verdaderas” y “coloidales”. De acuerdo a Graham (1861):

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Solución cristaloide “verdadera”: transparente y sin dispersión de la luz

90 ° 180 °

Solución o dispersión coloidal: efecto Tyndall (A) y/o dispersión de la luz (opalescencia) (B)

A B

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Concepto actual de coloidesConcepto actual de coloides

■ Tamaño de las partículas: de 10 nm a 10 ■ Propiedades ópticas: Las partículas mas

pequeñas presentan “efecto Tyndall”, las medianas dan dispersiones opalescentes, y las mas grandes se ven al microscopio.

■ Propiedades eléctricas: Las partículas tienen una carga eléctrica, el potencial de superficie, que es esencial en la estabilidad de la dispersión.

En las dispersiones (suspensiones) coloidales se diferencia una “fase dispersa” (coloide o partícula coloidal) y una “fase dispersante”:

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Coloides Coloides

■ Partículas de sólidos (AuPartículas de sólidos (Auoo y AgCl) y AgCl)■ Macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos, Macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos,

polisacáridos, polímeros)polisacáridos, polímeros)■ Agregados moleculares (micelas)Agregados moleculares (micelas)■ Emulsiones (dispersiones W/O y O/W)Emulsiones (dispersiones W/O y O/W)■ Organismos (virus)Organismos (virus)

Los coloides constituyen un grupo heterogéneo (verdadero Los coloides constituyen un grupo heterogéneo (verdadero zooloógico) con límites imprecisos en cuanto a (a) tamaño zooloógico) con límites imprecisos en cuanto a (a) tamaño de la partícula, y (b) a la diferenciación entre soluciones de la partícula, y (b) a la diferenciación entre soluciones verdaderas, soluciones coloidales, suspensiones y verdaderas, soluciones coloidales, suspensiones y emulsiones. Los coloides incluyen:emulsiones. Los coloides incluyen:

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Molécula soluto

Molécula solvente

Solución verdadera o cristaloide

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Fase dispersa

Fase dispersante(continua)

Solución coloidal o coloide

El diámetro de las partículas de la fase dispersa es de 50 a 50000 diámetros de la molécula de agua

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Tipo Fase dispersa Fase continua ó dispersante

Aerosol sólido sólido gasAerosol líquido líquido gasEspuma gas líquidoEmulsión líquido líquidoSuspensión sólido líquidoEspuma sólida gas sólidoEmulsión sólida líquido sólidoSuspensión sólida sólido sólido

Sistemas dispersos con muy baja afinidad molecular (sin uniones intermoleculares) entre fase dispersa y fase dispersante,

incluyendo a los coloides con fase dispersante gaseosa o líquida

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Las partículas coloidales tienen carga eléctrica y se encuentran rodeadas de iones con la carga eléctrica contraria, los contraiones. Se genera una doble capa eléctrica.

Las cargas eléctricas establecen una repulsión entre las partículas que las hace estables.

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––– +

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Las partículas coloidales adquieren su carga Las partículas coloidales adquieren su carga eléctrica por (a) ionización, o (b) adsorción de eléctrica por (a) ionización, o (b) adsorción de

ionesiones

■ Adsorción de iones: Auo, AgCl, emulsiones O/W (adsorben ácidos grasos y tensioactivos en la interfase).

■Ionización: geles, proteínas, acidos nucleicos, polisacáridos, micelas.

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Modelos de la doble capa eléctrica:Modelos de la doble capa eléctrica:

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Helmholtz Gouy-Chapman Stern (1879) (1904) (1924)

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El potencial de doble capa de los coloides

■ El tratamiento matemático del potencial de doble El tratamiento matemático del potencial de doble capa es similar al de un condensador eléctrico de capa es similar al de un condensador eléctrico de placas paralelasplacas paralelas

■ El potencial de doble capa también se conoce como El potencial de doble capa también se conoce como potencial zeta y expresa la movilidad electroforética potencial zeta y expresa la movilidad electroforética de los coloidesde los coloides

= 4 = 4 d / e D d / e D

potencial zeta; d: distancia recorrida; e: potencial zeta; d: distancia recorrida; e: potencial aplicado; D: constante dieléctrica del potencial aplicado; D: constante dieléctrica del medio)medio)

■ Los valores del potencial zeta son del rango de 10 a Los valores del potencial zeta son del rango de 10 a 75 mV75 mV

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Movilidad electroforética de partículas coloidales

Coloides m (/s/V/cm) Vidrio Pyrex (100 nm, pH 4.0) - 2.10Albúmina de huevo (pH 3.4) + 1.25ADN de timo (pH 8.5) - 4.85Vaselina líquida (1% proteína, pH 4.2) + 0.97Eritrocitos de conejo (pH 7.4) - 0.55Eritrocitos humanos (pH 7.4) - 1.31

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Efecto de los electrolitos sobre la estabilidad de los coloides

■ El efecto es claramente bifásico: El efecto es claramente bifásico:

■ (a) a bajas concentraciones, favorecen la (a) a bajas concentraciones, favorecen la estabilidad y el establecimiento de un potencial estabilidad y el establecimiento de un potencial zeta.zeta.

■ (b) a altas concentraciones, las cargas iónicas (b) a altas concentraciones, las cargas iónicas apantallan la repulsión eléctrica entre las partículas apantallan la repulsión eléctrica entre las partículas coloidalescoloidales

■ Bajas concentraciones = 10 mM a 0.15 M; altas concentraciones 0.1 a 3 M, según los sistemas coloidales (“salting in” y “salting out”).

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Interés farmacéutico de las Interés farmacéutico de las soluciones/suspensiones coloidalessoluciones/suspensiones coloidales

■ Soluciones de macromoléculas (proteínas, Soluciones de macromoléculas (proteínas, anticuerpos, antígenos, ácidos nucleicos, anticuerpos, antígenos, ácidos nucleicos, polisacáridos, polímeros conteniendo drogas) polisacáridos, polímeros conteniendo drogas)

■ Drogas que forman coloides micelaresDrogas que forman coloides micelares

■ Micelas con componentes farmacológicamente Micelas con componentes farmacológicamente activosactivos

■ LiposomasLiposomas

■ Emulsiones O/W para alimentación parenteralEmulsiones O/W para alimentación parenteral

■ Virus y bacterias inactivados o atenuados como Virus y bacterias inactivados o atenuados como vacunasvacunas

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• A baja concentración (50-200 M) producen una marcada disminución de la tensión superficial.

Formación de Micelas

• A mayor concentración (1-5 mM) forman en la solución estructuras relativamente estables, llamadas micelas.

Agentes Tensioactivos o Surfactantes

Las micelas son estables cinéticamente e inestables termodinamicamente.

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Es la concentración del tensioactivo en la que las moléculas individuales se agregan para formar micelas.

Formación de Micelas

Concentración micelar crítica (cmc)

Turbidez

ConcentraciónCMC

Propiedad

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Micelas e interés farmacéutico

■ Las micelas poseen un medio interior hidrofóbico■ Las micelas secuestran moléculas hidrofóbicas (con acción farmacológica) en el interior de la micela.

■ Drogas, que son moléculas anfipáticas grandes ( ) en solución forman agrupamientos moleculares (micelas o microemulsiones).

La formulación como microemulsión para la ciclosporina (CP) tiene mejor biodisponibilidad.

[CP] plasma

tiempo

CP - suspensión

CP - microemulsión

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Micelas de interés fisiológico

Las micelas digestivas (A) y las lipoproteínas (B) son micelas fisiológicas

ácidos grasos sales biliares triglicéridos

AB

fosfolípidos colesterol (C)ésteres de C triglicéridos apoproteína

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La lipoproteína plasmática de baja densidad (LDL)

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Química de coloides

Interés actual en la química, la física y la fisicoquímica de los coloides

Muy desarrollado por las aplicaciones en la industria farmacéutica, cosmética y de la alimentación.

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Esquema de una crema semisólida preparada con alcohol cetoesteárico, agua y un surfactante iónico, formando una emulsión w/o/w (w1 es el agua dispersante (bulk water); o es la bicapa lamelar; y w2 es el agua interlamelar. El surfactante encierra una fase oleosa dispersa en estructuras de cristal líquido (hidrato cristalino). La textura de la crema es excelente.