COLOIDES: DEFINICION, CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES 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 coloidales Sistemas con tamaño de partícula de soluto entre 10-9 m (10Å) y 10-6 m (1 ) 1  = micron= 1 x 10-4 cm 1 nm= nanómetro = 1 x 10-9 m 1Å = Amstrong = 1 x 10-10 m = 1 x 10-8 cm Partículas de soluto dispersas en medio dispersor o dispersante Qué se dispersa? partículas pequeñas o moléculas “grandes” Límites arbitrarios Dispersión molecular Ej. NaCl en agua Dispersión gruesa Ej. Arena en agua de mar COLOIDES

Tamaño comparativo de solutos dispersos a nivel molecular o coloidal Solución verdadera Coloides Suspensiones Tipo partícula Iones, moléculas pequeñas Partículas, macromoléculas Partículas grandes Tamaño partícula 0.1-1nm 1-100 nm 100 nm y mayores Tamaño comparativo de solutos dispersos a nivel molecular o coloidal

Tipos de dispersiones coloidales Medio dispersor Fase dispersa Nombre Ejemplos Gas Líquido Aerosol Niebla Sólido Humo Espuma Crema batida Emulsión Mayonesa Suspensión Leche magnesia Sol sólido Aleaciones

Coloides en productos de uso común Aerosol Soles Emulsion Espumas Geles

Partículas de tamaño coloidal = macromoléculas Diferencia entre soluciones verdaderas, coloides y dispersiones Considere dos experimentos: agitar Partículas de tamaño coloidal = macromoléculas Dos fases Solución verdadera agitar Presencia de límites Dos fases Dos fases Coloide o dispersión

Partículas de tamaño coloidal= macromoléculas Más terminología Caso 1 Partículas de tamaño coloidal= macromoléculas Coloide puesto que las moléculas originales están en el rango de 10-9 a 10-6 m Este se denomina un coloide LIOFILICO Significa afinidad por solvente y por tanto soluble 1 fase Caso 2 Límites presentes Límite significa que las moléculas que componen la partícula no tienen afinidad por el solvente: coloide LIOFOBICO 2 fases

Conclusión: Siempre cuando se tenga más de 1 fase en contacto, se constata la presencia de una “superficie” que separa las fases Líquido  Superficie entre sólido & líquido Superficie entre dos líquidos líquido Líquido  sólido Superficie tiene un significado químico y uno geométrico: Químico: región en la cual las propiedades varían desde una fase a la fase adyacente Geométrico: Un objeto con área pero sín grosor

Cuál es el objetivo de nuestra obsesión con superficies en coloides? Superficie geométrica: posee área pero no grosor   Reduce a Superficie química con cambio gradual α α Cuál es el objetivo de nuestra obsesión con superficies en coloides? ENERGIA LIBRE DE GIBBS

Características de los sistemas coloidales Area 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 AS = 600 cm2 V = 1 cm3 a = 0.1 mm

EFECTO DEL GRADO DE DIVISION Y AREA SUPERFICIAL

Ausencia de esfericidad Forma de las partículas Polidispersidad Afecta el área superficial Esfera perfecta el área superficial corresponde a: Realidad: Polidispersidad Ausencia de esfericidad  = densidad material R= radio de la partícula Todas esferas perfectas, monodisperso caracteriza por un diámetro Irregulares, polidisperso, difícil de caracterizar

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, 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 PM promedio en peso (ponderado)

Indice de polidispersión (IPD) Para un sistema polidisperso se tiene que: M (promedio peso) > M (promedio en número) Indice de polidispersión (IPD) IPD para un sistema de partículas homogéneas = 1

Grado afinidad por medio dispersor Comportamiento de sistemas coloidales en solución Clasificación de sistemas coloidales se basa en: Grado de interacción entre partículas o macromoléculas de la fase dispersa con moléculas de la fase continua Coloides liofílicos (“atracción” por el solvente o medio dispersante) Coloides de asociación Coloides liofílicos (“repulsión” por el medio dispersor)   Grado afinidad por medio dispersor 

Coloides liofílicos Fase dispersa disuelta o soluble CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE TIPOS DE COLOIDES Coloides liofílicos Fase dispersa disuelta o soluble Soluciones verdaderas (una fase) G (Gibbs) Macromoléculas solubles como proteínas, polisacáridos en el medio dispersante adecuado

Coloides liofóbicos Fase dispersa insoluble en medio dispersante Sistema real de dos fases, inestable G (Gibbs) Azufre, oro coloidal, hierro coloidal (III), pinturas (lacas)

Coloides de asociación Agregados de moléculas anfipáticas tensoactivas Micelas y liposomas, entre otros Sistemas estables bajo determinadas condiciones

Propiedades de sistemas coloidales -Coalescencia Aplicable solo a coloides de dos fases (liofóbicos) Coalescencia o fusión Disminución área superficial EL Gibbs disminuye coalescencia o disminución de TS

-Floculación 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* Por dispersión: Pulverización: molienda de un sólido en partículas de tamaño coloidal Aumento de G depende de la TS del sólido 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 * Excluye coloides de asociación y liofílicos

2. Emulsificación Dispersión de un líquido en presencia de otro líquido Obtenida mecánicamente (simple agitación u otra técnica) Disminución de tensión interfasial (entre líquidos) promueve proceso de emulsificación Proceso puede ser espontáneo si TI es lo suficientemente baja (agentes emulgentes) Termodinámicamente inestables en ausencia de emulgentes 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