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SANTIAGO SURINGENIERÍA EN BIOTECNOLOGIAQUÍMICA Y SUPERFICIE DE LOS COLOIDES.

Informe de Laboratorio: Obtención de sistemas coloidalmente dispersos (SCD).

Nombre Alumno (s): Erick Guiñez

Bozo

Nombre Profesor: Guillermo Aguiar

Fecha: 10 de Julio de 2011

1. Introducción.

Para mayor entendimiento de los conceptos expuestos en esta práctica definiremos un sistema coloidal el cual es un sistema material compuesto por una fase fluida continua, y otra dispersa en forma de partículas. Estas partículas no se logran ver a simple vista, pero son bastante más grandes que cualquier molécula las cuales forman de igual manera un sistema homogéneo. Los sistemas coloidales se pueden diferenciar según el estado de agregación de cada fase.

Un sistema coloidal posee fases características una de ellas es la fase Dispersa, la cual Se compone de partículas sólidas, pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran en otros estados de agregación, estos se encuentran distribuidos en el interior de otra fase, en forma de pequeñas partículas y el Medio de Dispersión se conoce como la fase en donde se distribuyen las partículas de una fase dispersa.

La clasificación que se le da a los coloides según el estado de agregación del medio disperso y del medio de dispersión, estas son ocho divisiones y son según los estados combinados de la materia y se presentan en la siguiente tabla.

Fase dispersa Fase dispersante EjemploSólido Sólido Aleaciones, piedras preciosas

coloreadasSólido Líquido Suspensiones de almidón, pinturas, tintaSólido Gas HumoLíquido Sólido Jaleas, quesoLíquido Líquido Emulsiones, mayonesaLíquido Gas Nubes, nieblaGas Sólido Lava, piedra pómezGas Líquido Espumas, nata batida

La clasificación según la afinidad es debido a las interacciones entre las moléculas que componen las partículas y las que componen el medio dispersante determinan las propiedades de la interfase. Cuando las interacciones entre ambos tipo de molécula a través de la interfase son fuertes el sistema disperso resulta muy estable. Lo contrario ocurre cuando las interacciones son muy pequeñas, debido a esto los sistemas coloidales pueden clasificarse de acuerdo al tipo de interacción que presente con el solvente. Si las partículas son fuertemente atraídas (alta interacción) será liofílicos, y si no son atraídas (baja interacción) por el solvente, liofóbicos. Si el solvente con el cual interaccionan es el agua, se les llama hidrofílicos e hidrofóbicos.

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Estos sistemas tienen características que los hace singulares, como por ejemplo, que las partículas en suspensión refractan y reflejan la luz (efecto Tyndall); se encuentran animadas por un constante movimiento de rotación y traslación, producto de la transferencia de cantidad de movimiento por parte de las moléculas del solvente (movimiento Browniano), y poseen una gran estabilidad, aunque sean estás, partículas disueltas de gran tamaño.

De los sistemas que se prepararon esta práctica de laboratorio estos se pueden Clasificar en:

Formación de un Sol de azufre: Sistema Liofóbico, medio dispersante líquido y fase dispersa sólido, suspensión.

Preparación del Sol de oxido de hierro (III) hidratado por hidrólisis: Sistema Liofílico, medio dispersante líquido y fase dispersa líquido, emulsión.

Obtención de un Sol de Yoduro de plata: Sistema Liofóbico, medio dispersante líquido y fase dispersa líquido, emulsión.

Obtención de un Gel de Gelatina: Sistema Liofílico, medio dispersante líquido y fase dispersa sólido, suspensión.

Para poder preparar sistemas coloidales se usan los métodos de agregación y de dispersión, en los métodos de agregación están los de coagulación y floculación, se les utiliza en los procesos de clarificación artificial, estos consisten en agregar determinadas sustancias en estado coloidal, las cuales al coagular y flocular, arrastran por acción físico química los compuestos coloidales. Ambos procesos se pueden resumir como una etapa en la cual las partículas se aglutinan en pequeñas masas llamadas floculos, para que su peso específico supere a la del líquido y puedan precipitar.

La coagulación se refiere al proceso de desestabilización de las partículassuspendidas de modo que se reduzcan las fuerzas de separación entre ellas.La floculación tiene relación con los fenómenos de transporte dentro del líquidopara que las partículas hagan contacto. Esto implica la formación de puentesquímicos entre partículas de modo que se forme una malla de coágulos, la cualsería tridimensional y porosa. Así se formaría, mediante el crecimiento departículas coaguladas, un floculo suficientemente grande y pesado como parasedimentar.

La floculación es el proceso mediante en que las moléculas desestabilizadas entran en contacto, agrandando los floculos de modo de facilitar la precipitación. La floculación puede presentarse mediante dos mecanismos: floculación ortocinética y pericinética, según sea el tamaño de las partículasdesestabilizadas (en general todas las partículas se ven afectadas por ambos

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mecanismos). Las partículas pequeñas (< 1um) están sometidas a floculaciónpericinética, motivada por el movimiento browniano, mientras las quepresentan un tamaño mayor, están afectadas principalmente por el gradientede velocidad del líquido, predominando en ella la floculación ortocinética.

En Los métodos de Dispersión se tiene varios tipos: desintegración mecánica: se basan en la trituración o molienda de una macrofase hasta obtener partículas de tamaño coloidal. Por ejemplo en un mortero o en un molino coloidal, desintegración eléctrica: se hace saltar un arco eléctrico entre dos electrodos que se encuentran sumergidos en un líquido y que están construidos por el material que se desea dispersar. La elevada temperatura produce la fusión del metal que luego se disgrega en el líquido, también se puede producir una vaporización del metal y la brusca condensación del vapor origina muchas micelas. El líquido debe ser continuamente enfriado y agitado para evitar la evaporación que se produce debido al calor liberado, la desintegración por ondas ultrasónicas: consiste en la dispersión de precipitados y formación de SCD mediante ondas ultrasonoras, pectización: es la formación de un SCD por la acción de un solvente o un electrolito sobre una sustancia precipitada.

Los métodos de condensación son: métodos químicos: se emplean reacciones químicas en las que se producen sustancias insolubles en el medio de dispersión que esto se debe cumplir para formar cristalitos y no macrocristales, dependiendo de las condiciones, pueden quedar en suspensión, las reacciones pueden ser por oxidación–reducción, por hidrólisis o por reacciones de intercambio. Métodos Químico-Físicos: Se basan en la disminución de la solubilidad y puede realizarse por cambio de solvente y/o por disminución de la temperatura. El método de cambio de solvente es muy cómodo para la obtención de soles de varias sustancias. Para la obtención del sol por cambio de solvente, la sustancia de interés se disuelve en el solvente adecuado en el que se forma una solución verdadera. Esta solución se vierte sobre un volumen relativamente grande del otro solvente, el que en general no se disuelve la sustancia en cuestión. De esta forma se obtiene una mezcla de solventes en la cual la sustancia no es soluble y por tanto precipita, como la precipitación se produce rápidamente se produce gran cantidad de pequeños cristalitos que se mantienen en suspensión coloidal.

Los métodos utilizados en este practico fueron el de condensación en la preparación del Sol de oxido de hierro (III) hidratado por hidrólisis y de dispersión para la obtención de un Sol de Yoduro de plata, floculación y coagulación en la preparación gelatina.

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El umbral de coagulación disminuye con el aumento de la carga de los iones de carga opuesta a la carga de las partículas coloidales, a esta se le llama la regla de Schulze-Hardy .Hay distintas cosas que se deben aclarar los sistemas coloidales como es la doble capa eléctrica (DCE),Tanto por adsorción de iones como por disociación de grupos ionogénicos en la superficie de la fase sólida se forma una doble capa eléctrica en la interfase: la superficie sólida tiene una carga y la disolución tiene otra. Después que la partícula adquirió carga, atrae iones de signo opuesto en proporción suficiente como para equilibrar su carga.

Hay dos regiones de cargas eléctricas: La partícula y el medio de dispersión. En sentido global debe cumplirse electro neutralidad. Los iones del medio de dispersión, que poseen carga contraria a la de la partícula se llaman contra-iones y los de igual signo se llaman co-iones.

En general se considera la DCE formada por dos regiones. Región interior esa se Forma por los iones adsorbidos y la Región difusa cuando los iones se distribuyen bajo la influencia de fuerzas eléctricas y del movimiento térmico al azar.

Hay una Teoría asociada a la doble capa eléctrica esta es la más validad y es combinación de teorías anteriores, esta es denomina la teoría de Helmontz de la DCE, teoría de la doble capa fija se consideran las cargas distribuidas en dos planos paralelos separados a una distancia muy pequeña d (del orden del radio iónico), no considera movimientos ni se describe la distribución de los contraiones y co-iones. Se les asemeja mucho a un modelo de condensador plano el potencial decrece linealmente con la distancia.

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El potencial eléctrico en un plano es igual al trabajo contra las fuerzas electrostáticas requerido para llevar una unidad de carga eléctrica desde el seno de la disolución a dicho plano, está relacionado con la densidad de carga neta en dicho el plano.

Si el plano es la superficie de la partícula, el potencial eléctrico es llamado potencial de superficie, mide el potencial total de la doble capa eléctrica (también se le llama potencial termodinámico)

Al alejarnos de la superficie hacia el seno de la disolución, el potencial irá disminuyendo y al llegar al seno de la disolución, donde la concentración de cationes y aniones es la misma y no hay carga neta, su valor se aproxima a cero.

Las partículas de los sistemas coloidales están cargadas eléctricamente en su superficie. La carga constituye un factor estabilizante que demora el proceso de agregación de las partículas casi indefinidamente y las partículas dispersadas no pueden acercarse unas a otras lo suficiente como para que las fuerzas atractivas de Van der Waals provoquen la agregación de las partículas y se produzca la coagulación del sistema.

La carga eléctrica de las partículas de los sistemas coloidales puede ser adquirida por dos vías fundamentalmente.

Ionización. Disociación de grupos ionogénicos o moléculas de la superficie de la partícula.

Cuando la partícula posee grupos ionizables y está en un medio polar (proteínas COO- ; NH3+.

Adsorción iónica. Adsorción de iones determinantes del potencial

Cuando las partículas adsorben iones o SSA desde el medio de dispersión.

Hay ecuaciones químicas importantes de las reacciones que se realizaran en este práctico de laboratorio para preparar los sistemas coloidales estas son:

Obtención de un Sol de Yoduro de plata:

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Si las cantidades de AgNO3 y KI son estequiométricas se produce un precipitado de AgI.

Ahora bien, si hay un exceso de alguno de los reactivos las partículas de sólido permanecen en suspensión coloidal

2. OBJETIVOS:

Preparar sistemas coloidalmente dispersos (SCD) utilizando métodos de condensación.

Comprobar experimentalmente la Regla de Schultze - Hardy. Determinar experimentalmente el umbral de coagulación de un electrolito.

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3. Resultados

Obtención de un sol de azufre.

Observaciones: se observo en el sol de azufre formado efecto Tyndall, ya que docente aplico un luz láser y se veía pasar la luz roja por la muestra, el sol aparentemente se ve de color blanco espeso, pero al ser ilumina con luz blanca es violeta, y al ponerlo al luz de ambiente con el fondo de cielo se ve amarillo.

Obtención de un sol de hierro |||.

Observaciones: se forma un espesa mezcla de color amarillo con tendencia a naranja, se podría decir que es color ladrillo, y la mezcla se ve espesa y su color varía de superficie de naranja claro a oscuro.

Obtención de un sol de yoduro de plata.

Observaciones: el sol de formado cambia a un amarillo claro verdoso con apariencia turbia.

Determinación del signo de la carga de un SCD. Comprobación de la regla de Schultze – Hardy.

Tubo

ElectrolitoConcentración

(mol/L)Observaciones

1 0,02 Sin coagulación

2 0,02 Con coagulación

3 0,02 Con coagulación

4 0,02 Sin coagulación

5 0,02 Sin coagulación

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Observaciones: el Hexiciano ferrato ||| al agregarlo al hierro |||

precipito de inmediato, cambio a una coloración rojizo oscura, que el fondo se veía

como tierra o musgo.

Observaciones: el electrolito cambio después de 20 minutos, este

precipito a color de solución de hierro pero más intenso en el fondo y claro en la

parte superior de color amarrillo claro.

Cargas de los electrolitos:

ElectrolitoCarga de la partícula del

SCD

-1

-2

-3

-1

-1

Obtención de un gel de gelatina.

Observaciones: el gel tiene un color amarillo-verdoso, en un comienzo se mantuvo líquido y al esperar 15 minutos no gelifico completamente, solo se gelifico la base de vaso precipitado, no se logro obtener la gelatina para poder observar al forma coloidal gel-líquido.

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4. Discusión y Conclusión.

Los resultados obtenidos fueron los esperados en la gran mayoría de los experimentos realizados, la excepción se presento en la coagulación de los geles, ya que las soluciones utilizadas no se encontraban en la concentración necesitada y la exposición al calor no fue la suficiente. Debido a esto no se logro observar de manera concreta la existencia de coagulación en ambos geles.

En los experimento de formación SCD se cumplió el efecto Tyndall una de los principales objetivos, esto se visualizo con un laser con luz roja utilizado por el docente, el cual lo hizo pasar por los sistemas coloidales, visualizándose dentro de la muestra la luz del laser.

Es interesante ver lo que se estudio, en la teoría durante el semestre sobre todo los cambios de coloración de las soluciones de SCD, expuesta a través de la luz solar o solo de iluminación, se pueden observar diferentes coloraciones como rojos, azules, violetas, amarillos que no son los que uno observa a simple vista, esto también depende de la perspectiva que se observe, esto es otro signo del efecto Tyndall y de la presencia de un SCD.

Otro elemento que es importante tomar en cuenta, se observaron sistemas coloidales que se producen rápidamente y otros que hay que esperar más tiempo para observar realmente la formación de los coloides.

En el experimento VI se determinó el umbral de coagulación de los electrolitos, para esto de diluyeron en forma seriada dos soluciones distintas a las cuales se les adicionó una solución de oxido de hierro (III) hidratado por hidrólisis como coagulante. Los coloides dependiendo del electrolito que se utilicé para su obtención, es la carga que estos tendrán para formar un sistema coloidalmente disperso (SCD). También el tipo de electrolito y la concentración del mismo influyen en el tiempo en que se genera el umbral de coagulación.

También es bueno darse cuenta que los sistemas coloidales están muy asociados a la carrera de biotecnología tanto para la preparación de los medios cultivo y soluciones para la análisis bioquímico en general.

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5. Web bibliográfica

http://www.textoscientificos.com/quimica/coloide. Subido el martes, 19/07/2005 - 23:38. Tema coloide, estado coloidal.

Clases diapositivas profesor Guillermo Aguiar, Química y superficies de los coloides. Clases: Coloides, Sistemas Liofilicos y Liofóbicos, sedimentación.

Libro Coloideoquimica, Juan A. Prohias Rodríguez, Eduardo Rosquete Borrego. Capítulos propiedades eléctricas de los sistemas dispersos, sistemas coloidales liofóbicos pág. 174 y liofilicos pág. 220, propiedades mecánico estructurales pág. 255.

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