COLOIDES: DEFINICION, CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES Alexis Aceituno PhD pharmaceutics Facultad de...
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COLOIDES: DEFINICION, COLOIDES: DEFINICION, CARACTERISTICAS Y CARACTERISTICAS Y PROPIEDADESPROPIEDADES
Alexis Aceituno PhD
pharmaceutics
Facultad de Farmacia
Universidad de Valparaíso
Historia
•Los coloides fueron por primera vez descritos por el químico inglés Thomas Graham, en 1860.
•Sustancias que no filtran a través de una membrana semipermeable (proceso denominado DIALISIS)
•Diálisis separa componentes que no pueden ser filtrados
Sistemas coloidalesSistemas con tamaño de partícula de soluto entre 10-9 m (10Å) y 10-6 m (1 )1 = micron= 1 x 10-4 cm1 nm= nanómetro = 1 x 10-9 m1Å = Amstrong = 1 x 10-10 m = 1 x 10-8 cmPartículas de soluto dispersas en medio dispersor o dispersanteQué se dispersa? partículas pequeñas o moléculas “grandes”
Dispersión molecular
Ej. NaCl en agua
COLOIDESDispersión
gruesa
Ej. Arena en agua de mar
Límites arbitrarios
Solución Solución verdaderaverdadera ColoidesColoides SuspensionSuspension
eses
Tipo partícula
Iones, moléculas pequeñas
Partículas, macromoléculas
Partículas grandes
Tamaño partícula
0.1-1nm 1-100 nm100 nm y mayores
Tamaño Tamaño comparativo de comparativo de
solutos dispersos solutos dispersos a nivel molecular a nivel molecular
o coloidalo coloidal
Tipos de dispersiones coloidales
Medio dispersor
Fase dispersa
Nombre Ejemplos
Gas Líquido Aerosol Niebla
Gas Sólido Aerosol Humo
Líquido Gas Espuma Crema batida
Líquido Líquido Emulsión Mayonesa
Líquido Sólido Suspensión Leche magnesia
Sólido Sólido Sol sólido Aleaciones
Coloides en productos de uso común
•Aerosol
•Soles
•Emulsion
•Espumas
•Geles
Diferencia entre soluciones verdaderas, coloides y Diferencia entre soluciones verdaderas, coloides y dispersionesdispersionesConsidere dos experimentos:
Partículas de tamaño coloidal =
macromoléculas
Dos fasesDos fases
agitaragitar
Solución verdadera
Dos fasesDos fases
agitaragitar
Coloide o dispersión
Dos fasesDos fases
Presencia de Presencia de límiteslímites
Más terminologíaCaso 1
Partículas de Partículas de tamaño coloidaltamaño coloidal= = macromoléculasmacromoléculas
Coloide puesto que las Coloide puesto que las moléculas originales están moléculas originales están en el rango de 10en el rango de 10-9 -9 a 10a 10-6 -6 mm
Este se denomina un coloide Este se denomina un coloide
LIOLIOFILICOFILICOSignifica afinidad por solvente y por tanto Significa afinidad por solvente y por tanto solublesoluble
Caso 2
Límites presentes
1 fase
2 fases
Límite significa que las moléculas Límite significa que las moléculas que componen la partícula que componen la partícula no tienen no tienen afinidadafinidad por el solvente: por el solvente: coloide coloide LIOLIOFOBICOFOBICO
Conclusión:Conclusión:
Siempre cuando se tenga más de 1 fase en contacto, se constata la presencia de una “superficie” que
separa las fases
Superficie Superficie entre entre
sólido & sólido & líquidolíquido
sólido
líquido
Superficie Superficie entre dos entre dos líquidoslíquidos
Líquido Líquido
Líquido
Superficie tiene un significado químico y uno geométrico:
QuímicoQuímico: región en la cual las propiedades varían desde : región en la cual las propiedades varían desde una fase a la fase adyacenteuna fase a la fase adyacente
GeométricoGeométrico: Un objeto con área pero sín grosor: Un objeto con área pero sín grosor
αα
Superficie Superficie químicaquímica con con
cambio gradualcambio gradual
αα
Reduce a
Superficie Superficie geométricageométrica
:: posee posee área pero área pero no grosorno grosor
Cuál es el objetivo de nuestra Cuál es el objetivo de nuestra obsesión con superficies en obsesión con superficies en
coloides?coloides?
AG ENERGIA ENERGIA LIBRE DE LIBRE DE
GIBBSGIBBS
Características de los sistemas coloidales
Area superficialArea superficial• A volumen constante, dispersión coloidal posee un
área superficial específica enorme
• Disminución del tamaño de partícula produce un aumento del cuociente area superficial/volumen (denominado area superficial específica)
AS=6 cm2
V = 1 cm3
a = 1 cm
a = 0.1 mm AS = 600 cm2 V = 1 cm3
masa
ASASE
V
ASASE
EFECTO DEL GRADO DE DIVISION Y AREA EFECTO DEL GRADO DE DIVISION Y AREA SUPERFICIALSUPERFICIAL
Forma de las Forma de las partículaspartículas
•Polidispersidad
•Afecta el área superficial
•Esfera perfecta el área superficial corresponde a:
RASE
3
= densidad material
R= radio de la partícula
•Todas esferas perfectas, monodisperso caracteriza por un diámetro
•Irregulares, polidisperso, difícil de caracterizar
Realidad:
Polidispersidad
Ausencia de esfericidad
Ejemplo: El área superficial específica de las partículas de polvo en el aire de Santiago es de 5,61 m2/g. Calcule el radio de estas partículas:
Densidad partículas: 2,2 g/cm3
Recordar que: 1 nm...........1 x 10-9 m; 10 Å
1 .............. 1 x 10-6 m = 1 x 10-4 cm
Pesos moleculares promedios (MMN, Pesos moleculares promedios (MMN, MMP)MMP)
• Consecuencia de la polidispersidad
• Coloides (específicamente liofílicos) difieren en sus longitudes de cadenas y PM
• Considérese el caso de un coloide formado por 2 fracciones con PM de 1000 (A) y 100000 (B)
• XA = XB
PM promedio numérico
500,502
1000001000_
M
PM promedio en peso (ponderado)
010,99100000*99,01000*01,0_
M
i
ii
n
MnM
ii
ii
Mn
MnM
2
Para un sistema polidisperso se tiene que:
M (promedio peso) > M (promedio en número)
Indice de polidispersión
(IPD)número)en promedio(
peso)en promedio(
M
M
IPD para un sistema de partículas homogéneas = 1
Comportamiento de sistemas coloidales en soluciónClasificación de sistemas coloidales se basa en:
Grado de interacción entre partículas o macromoléculas de la fase dispersa con moléculas de la fase continuaColoides liofílicosColoides liofílicos
(“atracción” por el solvente o medio dispersante)
Coloides de asociaciónColoides de asociación
Coloides Coloides liofílicosliofílicos
(“repulsión” por el medio dispersor)
Gra
do a
fin
idad
por
med
io
Gra
do a
fin
idad
por
med
io
dis
pers
or
dis
pers
or
Coloides liofílicosColoides liofílicos
i. Fase dispersa disuelta o soluble
ii.Soluciones verdaderas (una fase) G (Gibbs)
iii.Macromoléculas solubles como proteínas, polisacáridos en el medio dispersante adecuado
CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE TIPOS DE CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE TIPOS DE COLOIDESCOLOIDES
Coloides liofóbicosColoides liofóbicos
i. Fase dispersa insoluble en medio dispersante
ii. Sistema real de dos fases, inestable G (Gibbs)
iii. Azufre, oro coloidal, hierro coloidal (III), pinturas (lacas)
Coloides de asociaciónColoides de asociación
i. Agregados de moléculas anfipáticas tensoactivas
ii. Micelas y liposomas, entre otros
iii. Sistemas estables bajo determinadas condiciones
Propiedades de sistemas Propiedades de sistemas coloidalescoloidales-CoalescenciaCoalescencia
Aplicable solo a coloides de dos fases (liofóbicos)
Coalescencia o fusión
Disminución área superficial
EL Gibbs disminuye coalescencia o disminución de TS
AG
--FloculacióFloculaciónn
Partículas primarias
Flóculo (agregado)
Floculación o asociación de dos o más partículas
Flóculos se movilizan como solo una unidad
No hay cambio en el área superficial
Flóculo se mantiene unido por: Interacción hidrofóbica, Van der Waals, electrostática-iónica, puentes de H
Métodos de preparación de coloides*
* Excluye coloides de asociación y liofílicos
Por dispersión:
1. Pulverización: molienda de un sólido en partículas de tamaño coloidal
1. Aumento de G depende de la TS del sólido
2. Molienda hasta nivel molecular:
W = energía de sublimación o evaporación del sólido
3. Molienda se realiza en un líquido para reducir la tensión superficial de la superficie del
sólido (levigación)
Ej. Azufre coloidal
2. Emulsificación
1. Dispersión de un líquido en presencia de otro líquido
2. Obtenida mecánicamente (simple agitación u otra técnica)
3. Disminución de tensión interfasial (entre líquidos) promueve proceso de emulsificación
4. Proceso puede ser espontáneo si TI es lo suficientemente baja (agentes emulgentes)
5. Termodinámicamente inestables en ausencia de emulgentes
6. En algunos casos (microemulsiones) dispersión es termodinámicamente estable
LIPIDO
LIPIDO
Por condensación:
Nucleación y crecimiento de partícula
Preparación de complejos moleculares aumentando su tamaño hasta alcanzar el rango coloidal
Implica reacción química de los componentes solubles siendo los productos de reacción insolubles (agregados) en el medio dispersor
Ej, preparación de azufre coloidal por oxidación de Na2S2O3
e22HSOSOHOS 242
-232