Coloides e interfaces

Los coloides son dispersiones de partículas con tamaños entre nanómetros y micrómetros, cuya enorme área interfacial y las fuerzas que actúan a través de ella determinan si permanecen estables o se agregan.

Definition

Los coloides son sistemas heterogéneos en los que las partículas de una fase, de tamaño intermedio entre las moléculas y la materia a granel, se dispersan a través de otra, y las interfaces entre ellas controlan la estabilidad y las propiedades del sistema.

Scope

Este tema abarca los sistemas coloidales y las interfaces dentro de ellos: la clasificación de los coloides en soles, emulsiones, espumas, geles y aerosoles; las propiedades ópticas y de transporte como el efecto Tyndall y el movimiento browniano; y las fuerzas que rigen la estabilidad, incluyendo la atracción de van der Waals, la repulsión de la doble capa electrostática y la estabilización estérica. Desarrolla la teoría DLVO de la estabilidad coloidal, los procesos de floculación y coagulación, y el papel del potencial zeta. La autoorganización de surfactantes y la estructura detallada de las interfaces cargadas se tratan en temas relacionados.

Core questions

• ¿Cómo se clasifican los coloides y qué les confiere sus propiedades características?
• ¿Qué fuerzas actúan entre las partículas coloidales a través del medio intermedio?
• ¿Cómo explica la teoría DLVO la estabilidad coloidal y la floculación?
• ¿Cómo mantienen la estabilidad de las dispersiones los mecanismos electrostáticos y estéricos?

Key concepts

• Clasificación de coloides
• Efecto Tyndall y movimiento browniano
• Fuerzas de van der Waals y de doble capa
• Teoría DLVO
• Floculación, coagulación y potencial zeta

Key theories

Teoría DLVO

La interacción entre partículas coloidales cargadas es la suma de las contribuciones atractivas de van der Waals y las repulsivas de la doble capa eléctrica; la barrera de energía resultante determina si las partículas se agregan, y la adición de sal reduce la barrera al apantallar la repulsión.

Estabilización estérica y electrostática

Las dispersiones se mantienen estables ya sea por cargas similares en las superficies de las partículas que se repelen entre sí o por capas de polímero adsorbidas que resisten la superposición, los dos mecanismos principales explotados para prevenir la agregación coloidal.

Clinical relevance

La ciencia de los coloides rige la estabilidad y formulación de pinturas, tintas, alimentos, cosméticos y sistemas de administración de fármacos, la clarificación de agua y aguas residuales, el comportamiento de arcillas y suelos, y muchas dispersiones biológicas, siendo la floculación controlada fundamental para la separación y purificación.

History

Graham acuñó el término coloide en 1861, y a principios del siglo XX, Einstein y Perrin establecieron la realidad molecular del movimiento browniano coloidal; la teoría DLVO, desarrollada independientemente por Derjaguin y Landau y por Verwey y Overbeek en la década de 1940, proporcionó una base cuantitativa para la estabilidad coloidal.

Key figures

• Thomas Graham
• Boris Derjaguin
• Jan Theodoor Gerard Overbeek

Seminal works

• israelachvili2011
• adamson1997

Frequently asked questions

¿Por qué la adición de sal a menudo provoca que un coloide se agrupe?

Los iones disueltos apantallan la repulsión electrostática entre partículas cargadas al comprimir la doble capa eléctrica; una vez que la barrera repulsiva se reduce lo suficiente, las fuerzas atractivas de van der Waals dominan y las partículas floculan y se sedimentan.

¿Qué hace que un haz de luz sea visible al pasar a través de un coloide?

Las partículas coloidales son lo suficientemente grandes como para dispersar la luz, produciendo el efecto Tyndall; las soluciones verdaderas, cuyas partículas de soluto son de tamaño molecular, dispersan de forma insignificante, lo cual es una forma de distinguir un coloide de una solución.