Mezclas Heterogéneas

Se le llama mezcla a la combinación de al menos dos sustancias que continúan manteniendo sus propiedades y en las que dicha unión no causa ninguna reacción química. Al no producirse reacción, las sustancias pueden ser separadas a partir de métodos físicos.

Se habla de dos clases de mezclas: homogéneas y heterogéneas:

Mezclas Homogéneas: son aquellas mezclas que poseen la máxima fuerza de cohesión entre las sustancias combinadas; las partículas de la fase dispersa son muy pequeñas y se encuentran distribuidas uniformemente. De esta manera sus componentes no son identificable a simple vista, es decir, se perciben como una sola fase . También reciben el nombre de soluciones o disoluciones.
Mezclas Heterogéneas : son aquellas mezclas en las que la fuerza de cohesión entra las sustancias es menor ; las partículas de la fase dispersa son más grandes que en las soluciones y dichas partículas no se encuentran distribuidas de manera uniforme. Las mezclas heterogéneas pueden ser suspensiones o coloides.

Las DISOLUCIONES son mezclas homogéneas con un tamaño de partícula igual a un átomo (de 0.3 a 10 A), son trasparentes, no sedimentan en reposo y no se pueden separar por filtración.

Los COLOIDES a simple vista son sistemas homogéneos, pero con ayuda de un microscopio electrónico se pueden diferenciar las fases. Son una transición entre las disoluciones y las suspensiones; sus partículas son de 10 a 10 000 A de diámetro, no se ven a simple vista, no sedimentan en reposo y no se pueden separar por filtración. Están formados por una fase dispersa y una fase dispersora.

Las SUSPENSIONES son mezclas heterogéneas, cuando están en reposo sedimentan, se pueden separar por filtración, son turbias y sus partículas se ven a simple vista, son mayores a 10 000 A.

Características importantes de cada dispersión

SUSPENSIONES

Mayores de 10 000 A*.
Partículas de soluto es visible a simple vista.
Sistema de 2 fases.
No son transparentes, tienen aspecto nebuloso.
Presentan movimiento solo por gravedad.
Sedimentan al dejar en reposo.
No pasan a través del papel de filtro.
Al paso de la luz, tienen aspecto nebuloso a opacas, y a menudo son translúcidas.
Constituye sistemas heterogéneos – macroheterogéneos

COLOIDES

Tamaños de entre 10 A á 10000 A.
Partículas de soluto son visibles en microscopio electrónico.
Sistema de 2 fases.
Por lo general no son transparentes, son translúcidos y opacos.
Presentan movimiento Browniano.
No sedimentan al dejar en reposo.
Pasan a través de papel de filtro y no por membranas como el papel pergamino.
Reflejan y dispersan la luz, presenta efecto Tyndall.
Constituye sistemas heterogéneos – microheterogéneos.

SOLUCIONES

Tamaños de entre 0.3 A a 10 A.
Partículas de soluto son invisibles al microscopio.
Sistema de una sola fase.
Son transparentes.
Poseen movimiento molecular.
No sedimentan al dejar en reposo.
Pasan a través del papel de filtro y membranas como el papel pergamino.
No reflejan ni dispersan la luz, no presenta efecto Tyndall.
Constituye un sistema homogéneo.

*1A = 10-8 cm

El ángstrom (A) es una unidad de medida utilizada, que equivale a 0.00000001 cm

SUSPENSIONES

COLOIDES

SOLUCIONES

Caracterización general de los sistemas coloidales

Diferentes a las soluciones verdaderas las soluciones coloidales son estados intermedios y transitorios, muy comunes en el mundo que nos rodea, como es la gelatina que es un coloide tipo alimenticio muy conocido por su consistencia, generalmente se ven caracterizados por su gran área superficial, su carga eléctrica adquirida y sus propiedades ópticas particulares. Además de sufrir procesos de absorción, diálisis, coagulación, humectación, tensión superficial, cohesión y adhesión.

ADSORCIÓN

Por su tamaño, las partículas coloidales tienen una relación área/masa extremadamente grande, por ello son excelentes materiales adsorbentes.

En la superficie de las partículas existen fuerzas de Van der Waals e incluso enlaces interatómicos que el estar insatisfechos pueden atraer y retener átomos, iones o moléculas de sustancias extrañas. A esta adherencia de sustancias ajenas en la superficie de una partícula se le llama adsorción. Las sustancias adsorbidas se mantienen firmemente unidas en capas que suelen tener no más de una o dos moléculas (o iones) de espesor. Aunque la adsorción es un fenómeno general de los sólidos, resulta especialmente eficiente en dispersiones coloidales, debido a la enorme cantidad de área superficie.

EFECTO TYNDALL

MOVIMIENTO BROWNIANO

¿Ha observado alguna vez partículas de polvo bailando o moviéndose al azar en un rayo de sol que ingresa a través de una ventana, o partículas de polvo y humo moviéndose al azar en un rayo de luz proveniente de la caseta de proyección de una sala de cine? Pues, dichos fenómenos son ejemplos de movimiento browniano.

El movimiento desordenado de dichas partículas coloidales es debido al bombardeo o choque con las moléculas del medio dispersante, y en los ejemplos citados seria por las moléculas presentes en el aire (N2, O2, Ar, etc).

El movimiento se conoce como movimiento browniano en memoria del botánico ingles Robert Brown, quien en 1827, observó por primera vez este movimiento irregular de partículas, mientras estudiaba con el microscopio el comportamiento de los granos de polen suspendidos en agua. El movimiento browniano impide que las partículas coloidales se asienten o sedimentos.

ADSORCIÓN

EFECTO TYNDALL

Consiste en que un haz luminoso se hace visible cuando atraviesa un sistema coloidal. Este fenómeno se debe a que las partículas coloidales dispersan la luz en todas las direcciones haciéndola visible. Los rayos de luz pueden ser vistos al pasar a través de un bosque, por ejemplo, como resultado de la dispersión de la luz por las partículas coloidales suspendidas en el aire del bosque.

Aunque todos los gases y líquidos dispersan la luz, la dispersión por una sustancia pura o por una solución es muy pequeña, que generalmente no es detectable.

MOVIMIENTO BROWNIANO

ELECTROFORESIS

Consiste en la migración de partículas coloidales cargadas dentro de un campo eléctrico. Las partículas coloidales adsorben iones en su superficie cargándose positiva o negativamente, aunque todo el sistema coloidal es eléctricamente neutro, estas partículas viajan hacia los electrodos (cátodo y ánodo) mediante fuerzas eléctricas de atracción.

DIÁLISIS

Se define como el movimiento de iones y moléculas pequeñas a través de una membrana porosa, llamada membrana dialítica o dializante, pero no de moléculas grandes o partículas coloidales.

En los coloides, la diálisis permite purificar el sistema coloidal, puesto que se eliminan iones y otras moléculas pequeñas consideradas impurezas. Se utilizan como membranas dialíticas, el celofán y las membranas de origen animal.

Tipos de sistemas coloidales

Un sistema coloidal esta compuesto de dos partes: la fase dispersa o discontinua, que está formada por partículas coloides, y la fase dispersante o dispersora que está constituida por una sustancia continua en la que se han dispersado las partículas coloidales.

Por ejemplo, en la dispersión coloidal, llamada neblina, las partículas de agua líquida representan la fase dispersa y el aire la dispersora.

POR SU ESTADO FÍSICO

Existen ocho tipos de dispersiones coloidales debido a que la fase dispersa, así como la dispersante, puede ser un gas, un líquido o un sólido.

Un sol se produce cuando se dispersa un sólido en un líquido. Los geles están estrechamente relacionados con los soles. Los geles son un tipo especial de sol en los que las partículas sólidas están compuestas de moléculas muy grandes que interactúan mutuamente. El resultado es que la estructura de un gel es más rígida que la de un sol. Ejemplos de geles son las gelatinas y la mermelada. Una emulsión es otro tipo de coloide. Una emulsión se presenta cuando un líquido se dispersa en otro líquido. La leche homogeneizada es un ejemplo de emulsión que contiene grasa líquida dispersa en agua. Una espuma resulta de la dispersión de burbujas pequeñas de gas en un líquido. La crema batida es un ejemplo de espuma. Las partículas líquidas y sólidas pueden dispersarse en un gas. Un líquido disperso en un gas es un aerosol líquido y un sólido disperso en un gas es un aerosol sólido. La neblina es un ejemplo de aerosol líquido y el humo es un ejemplo de aerosol sólido.

Los coloides se encuentran en todo nuestro cuerpo. La mayor parte de nuestro cuerpo tiene dispersiones coloidales de proteínas y grasas, excepto en huesos y dientes. La mayoría de los coloides de importancia biológica se producen cuando las proteínas y las moléculas de grasa forman enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua.

POR SU COMPOSICIÓN QUÍMICA

Los coloides se pueden clasificar en orgánicos e inorgánicos; a su vez estos se subdividen en: metales, no- metales, soles de óxidos y sales coloidales, para los inorgánicos; y en soles homopolares, hidroxisoles y soles heteropolares para el caso de los coloides orgánicos.

POR SU FORMA

Los coloides se clasifican principalmente en coloides esféricos y coloides lineales. Los coloides esféricos tienen partículas globulares más o menos compactas, mientras que los coloides lineales poseen unidades largas y fibrosas.

La forma de las partículas coloidales puede determinarse de manera aproximada ya que, en la mayoría de los casos, puede ser muy compleja: elipsoides de revolución (proteínas), también semejantes a discos (oblatos); cigarro puro (prolatos); barras; tablillas, cintas o filamentos (polietileno y caucho). Como primera aproximación se puede reducir a formas relativamente sencillas, como la esfera que además representa muchos casos reales: partículas esencialmente fluidas, dispersiones de plásticos y caucho en agua (látex), así como en muchos negros de carbono son casi esféricas, al igual que en ciertos virus y las gotitas de un líquido dispersas en otro para formar una emulsión. Las propiedades mecánicas de una dispersión coloidal dependen en primer lugar de la forma de las partículas. Por ejemplo las dispersiones de partículas esféricas tienen bajas viscosidades, y las de partículas lineales, que pueden enredarse entre sí, tienen altas viscosidades. Todos los tejidos estructurales en animales y plantas están formados por coloides lineales.

POR SU ESTRUCTURA ÍNTIMA

Se dividen en coloides moleculares y micelares. En los sistemas micelares las partículas están formadas por la agregación de átomos y o moléculas en gran cantidad. El término agregación significa unión sin enlaces químicos; las moléculas “agregadas” dentro de las micelas están mantenidas en su posición por fuerzas débiles tipo de Van der Waals o similares. Estas sustancias pueden formar soluciones verdaderas o de tipo coloidal, dependiendo de las condiciones. En general una micela es menos estable que una macromolécula. Las moléculas de jabón se pueden agrupar entre sí como micelas porque sus colas hidrófobas tienden a reunirse y sus cabezas hidrófilas proporcionan protección. Si se trata de un detergente no iónico, se pueden agrupar enjambres de 1000 o más. Las micelas son importantes en la industria y en biología por su función solubilizante: la materia puede ser transportada por el agua después de haber sido disuelta en el interior hidrocarbonado de las micelas. Por esta razón, los sistemas micelares se utilizan como detergentes y portadores de drogas, y para la síntesis orgánica, flotación de espuma y recuperación de petróleo. Las partículas de los coloides moleculares son macromoléculas sencillas y su estructura es esencialmente la misma que la de estructura de pequeñas moléculas. Los átomos están unidos entre sí por medio de enlaces químicos, casi siempre del tipo covalente. Tienen especial interés las macromoléculas de polímeros donde una cierta agrupación atómica se repite una enorme cantidad de veces, idénticamente, dentro de la estructura. A este grupo de coloides moleculares pertenece la mayoría de los coloides orgánicos como por ejemplo prótidos, almidón, poliestireno, nitrocelulosa, cloruro de polivinilo y caucho.

MICELAS.

POR LAS INTERACCIONES ENTRE LA FASE DISPERSA Y EL MEDIO DISPERSOR

En coloides liofóbicos y liofílicos. Estos fenómenos que no son exclusivos de los sistemas coloidales y aparecen en muchos otros casos se denominan solvatación y en ellos las partículas se rodean de una “atmósfera” de moléculas del medio dispersor, más o menos débilmente ligadas. Así aparecen dos categorías de soluciones coloidales: a) Soles LIOFILOS: donde hay una estrecha e íntima vinculación entre la fase dispersada y la fase dispersora; b) Soles LIOFOBOS: donde las interacciones son despreciables, casi nulas. Desde luego, el ejemplo más habitual queda referido al agua, y en tal caso, el prefijo se torna más específico: soles hidrófilos y soles hidrófobos. Ambos tipos de sistemas se distinguen bastante bien, ya que muchas propiedades son diferentes:

No siempre la línea demarcatoria está bien definida. Algunos soles, como el hidróxido férrico, evidencia propiedades intermedias y las condiciones experimentales inciden sobre los comportamientos; la gelatina, en medio acuoso, es liófila pero, dispersada en alcohol o benceno, es liófoba.uy sencillo.

Preparación de las dispersiones coloidales

Muchas sustancias sólidas forman dispersiones coloidales al ser puestas en contacto, o calentadas en un medio de dispersión adecuado. A este tipo de coloides se los llama coloides intrínsecos y por lo general son macromoléculas que tiene un carácter liófilo. Contrariamente, se llaman coloides extrínsecos a las dispersiones de pequeñas partículas de materiales insolubles de bajo peso molecular. Este tipo de dispersiones son casi invariablemente soles liófobos y deben ser preparados mediante métodos especiales que produzcan partículas de tamaño adecuado.

Existen diferentes técnicas, agrupables en dos grandes categorías

1. Método de dispersión cuando partículas de tamaño mayor que el coloidal son apropiadamente subdivididas:

Molienda mecánica: tiene buen resultado en sustancias quebradizas utilizando para ello equipos especiales denominados molinos coloidales. este consiste en una serie de discos separados por espacios muy pequeños que giran a gran velocidad en sentidos opuestos. El medio dispersante se pasa a través del molino junto con las sustancias a dispersar y el agente estabilizante, obteniéndose después de un tiempo la solución coloidal.
Ultrasonido: se realiza con ondas sonoras, de frecuencia superior a la audible, entre 50.000 y 200.000 ciclos/seg

Dispersión eléctrica: se dispone de dos electrodos metálicos muy próximos dentro del agua y se conectan a un circuito apropiado para hacer estallar el arco. Debido a la alta temperatura del metal vaporiza y, súbitamente enfriado, los átomos, se agrupan en micelas.

Peptización: que consiste en la desintegración directa de una sustancia en partículas de dimensiones coloidales mediante un agente agregado que se conoce como agente peptizante.

2. Métodos de condensación: cuando se opera a la inversa asociando partículas primarias (iones, átomos y/o moléculas) hasta sobrepasar el límite inferior de los coloides. El principio esencial de este método es que las sustancias con las cuales se preparan los soles están originariamente en solución verdadera, en estado de iones o moléculas. Como resultado de la reacción química que se efectúa entre ellas se obtienen partículas insolubles de tamaño coloidal. Las condiciones experimentales deben ser estrictamente controladas. En la preparación de dispersiones coloidales por el método de la condensación se han empleado reacciones químicas de varios tipos.

Coagulación y floculación de los coloides

El proceso de floculación es precedido por la coagulación, por eso muchas veces se habla de los procesos de coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión y de las partículas coloidales.
La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas hace que las partículas tiendan a unirse entre sí.
La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores.

Hay muchas maneras de producir la coagulación, una de ellas es la acción de los electrolitos, también esta la radiación y el calor. Algunos soles son muy estables a la acción de electrolitos, mientras que otros pueden ser floculados muy fácilmente. Se han realizado muchos experimentos sobre los efectos floculantes de varios electrolitos sobre diferentes soles, los resultados dependen de las condiciones en que se efectúan, pero se pueden sacar dos conclusiones: primero, el ion que produce la floculación de un sol es aquel cuya carga es de signo opuesto al de las partículas coloides; segundo, el efecto precipitante aumenta notablemente al aumentar la carga del ion. Cuando se agrega una sustancia liófila a un sol liófobo, este se vuelve menos sensible al efecto precipitante de los electrolitos; este es un ejemplo de acción protectora, siendo la sustancia liófila un coloide protector. Entonces el coloide protector confiere a los soles liófobos estabilidad en presencia de electrolitos.

Estabilidad

Es tradicional establecer la “estabilidad” del sol pero de un punto de vista termodinámico estricto, no existe estabilidad total para ningún sistema coloidal, debido a la subdivisión de partículas y al incremento de superficies. Pero un sol es prácticamente “estable” cuando sus propiedades se mantienen constantes en lapsos de tiempo sumamente prolongados. Los sistemas liófobos pueden ser estables, pero la perturbación introducida por diversos factores y agentes, los afecta visiblemente; entre tales características será necesario considerar: cargas eléctricas de las partículas, sean propias o adquiridas; la mayor o menor solvatación de las partículas y la presencia de sustancias auxiliares.

Mezclas Heterogéneas

Las DISOLUCIONES son mezclas homogéneas con un tamaño de partícula igual a un átomo (de 0.3 a 10 A), son trasparentes, no sedimentan en reposo y no se pueden separar por filtración.

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Las SUSPENSIONES son mezclas heterogéneas, cuando están en reposo sedimentan, se pueden separar por filtración, son turbias y sus partículas se ven a simple vista, son mayores a 10 000 A.