Química de Superficies y Coloides
La química de superficies y coloides estudia la física y la química de las interfaces y de la materia finamente dividida, donde la gran relación superficie-volumen hace que las fuerzas interfaciales dominen el comportamiento.
Definition
La química de superficies y coloides es la rama de la química física que se ocupa de las propiedades de las interfaces y de los sistemas coloidales, en los que una sustancia se dispersa finamente en otra y los fenómenos interfaciales rigen el comportamiento.
Scope
Esta área abarca la química de interfaces y sistemas dispersos: la tensión superficial y la termodinámica de las interfaces; la adsorción de gases y solutos en superficies y sus isotermas; las propiedades y la estabilidad de las dispersiones coloidales; los surfactantes y su autoensamblaje en micelas y membranas; y la estructura de las interfaces cargadas y la doble capa eléctrica. La química catalítica de las superficies está conectada con la cinética, mientras que aquí el énfasis se pone en la termodinámica interfacial, las fuerzas y la estructura.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo surge la tensión superficial de la termodinámica de las interfaces?
- ¿Cómo se adsorben las moléculas en las superficies y qué isotermas describen el proceso?
- ¿Qué fuerzas estabilizan o desestabilizan las dispersiones coloidales?
- ¿Cómo se autoensamblan los surfactantes y cómo estructuran las interfaces cargadas la solución circundante?
Key concepts
- Tensión superficial y energía interfacial
- Isotermas de adsorción
- Dispersiones coloidales y estabilidad
- Surfactantes y autoensamblaje
- Doble capa eléctrica
Key theories
- Isoterma de adsorción de Langmuir
- La adsorción en una superficie uniforme con un número fijo de sitios equivalentes y sin interacción entre las moléculas adsorbidas conduce a una cobertura que se satura con la presión o la concentración, siendo este el modelo fundamental de adsorción superficial.
- Teoría DLVO de la estabilidad coloidal
- La estabilidad de los coloides cargados se rige por el equilibrio entre las fuerzas atractivas de van der Waals y las fuerzas repulsivas de la doble capa eléctrica, lo que explica por qué las dispersiones floculan cuando la sal añadida apantalla la repulsión.
Clinical relevance
La química de superficies y coloides subyace en la catálisis heterogénea, los detergentes y emulsiones, las pinturas, los alimentos y los productos farmacéuticos, la estabilidad de las tintas y cerámicas, el comportamiento de las membranas y células biológicas, y procesos como la flotación, la humectación y el tratamiento del agua.
History
Thomas Graham distinguió los coloides de los cristaloides en la década de 1860; Gibbs sentó las bases termodinámicas de las interfaces, el trabajo de Langmuir a principios del siglo XX estableció la teoría molecular de la adsorción y las monocapas, y la teoría DLVO de la década de 1940 explicó cuantitativamente la estabilidad coloidal.
Key figures
- Irving Langmuir
- Thomas Graham
- Jacob Israelachvili
Related topics
Seminal works
- langmuir1916
- adamson1997
- israelachvili2011
Frequently asked questions
- ¿Por qué los efectos interfaciales dominan en los coloides pero no en la materia a granel?
- Las partículas coloidales son tan pequeñas que una enorme fracción de sus moléculas se encuentra en la superficie; la consiguiente gran relación superficie-volumen hace que la energía y las fuerzas interfaciales, despreciables en muestras a granel, controlen el comportamiento del sistema.
- ¿Qué impide que una dispersión coloidal se asiente?
- Las fuerzas repulsivas entre las partículas, principalmente la repulsión electrostática de las superficies cargadas y la repulsión estérica de las capas adsorbidas, las mantienen separadas frente a las fuerzas atractivas de van der Waals; cuando estas repulsiones se reducen, las partículas se agregan y la dispersión se desestabiliza.