Coloides: suspensiones y emulsiones

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• Coloides suspensiones y emulsiones
• Sistemas dispersos

2006 Teórico 21 6 de Octubre
Dra. Mónica Galleano mgallean_at_ffyb.uba.ar
Bibliografía Fisicoquímica de coloides. Material
de Enseñanza Complementario. Fisicoquímica. 2006
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• SISTEMAS DISPERSOS

COLOIDES Partículas grandes (1-10nm a 1-10 mm)
Interacciones atractivas
fuertes
CLASIFICACIÓN De acuerdo a la afinidad entre la
fase dispersante y la fase dispersa
LIÓFOBOS/HIDRÓFOBOS Termodinámicamente
inestables LIÓFILOS/HIDRÓFILOS
Termodinámicamente estables
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CONCEPTO DE COLOIDE (Graham, 1861)

• Soluciones viscosas, lentamente difusibles, que
  no atraviesan membranas semipermeables.

• PROPIEDADES CLASICAS
• No se ven al microscopio óptico común
• Presentan efecto Tyndall
• Poseen carga eléctrica

INCLUYEN Emulsiones y Suspensiones Agregados
moleculares (micelas) Soluciones de
macromoléculas Sistemas biológicos
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• CLASIFICACIÓN DE COLOIDES LIÓFOBOS

Tipo Fase dispersa Fase
continua Aerosol líquido Líquido
Gas Aerosol sólido Sólido
Gas Espuma Gas
Líquido Emulsión Líquido
Líquido Suspensión Sólido
Líquido Espuma Gas Sólido Emulsión
sólida Líquido Sólido Suspensión sólida
Sólido Sólido No existe Gas Gas
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• ESTABILIDAD DE COLOIDES LIÓFOBOS/HIDRÓFOBOS (1)

Relación Superficie/volumen grande ( A/V)
Tendencia de las partículas a asociarse para
reducir su área superficial (G g A)
EMULSION
SUSPENSION
Espontáneo
Estabilización por formulación
Flotación o creaming
Sedimentación, floculación, coalescencia
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ESTABILIDAD DE COLOIDES LIÓFOBOS (2)
Movimiento de encuentros
creaming o partículas
sedimentación
Velocidad de creaming o sedimentación v
Ley de Stokes v 2 g r2 (r1 - r2)
9 h
r radio de la partícula (r1 - r2) diferencia
de densidad entre las dos fase h viscosidad de
la fase dispersante
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ESTABILIDAD DE COLOIDES LIÓFOBOS (2)
Fuerzas intermoleculares entre partículas
coloidales Fuerzas de van der Waals
(electromagnéticas de atracción) Fuerzas
electrostáticas de repulsión Fuerzas de Born
(repulsivas de corto alcance) Fuerzas estéricas
dependientes de la geometría y la conformación de
las moléculas Fuerzas de solvatación debido a
cambios en la cantidad absorbida del solvente
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ESTABILIDAD DE COLOIDES LIÓFOBOS (2)
Fuerzas intermoleculares entre partículas
coloidales Fuerzas de van der Waals
(electromagnéticas de atracción) Fuerzas
electrostáticas de repulsión

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ENERGÍA DE INTERACCIÓN TOTAL (V o Eint)
V Einteracción Eatracción Erepulsión
Componente Componente de atracción
de repulsión -
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ENERGÍA DE ATRACCIÓN
2 partículas del mismo tipo FUERZAS DE VAN DER
WAALS ATRACTIVAS
r
D
Eatr - A r
12D
A constante de Hamaker
D/r pequeña (partículas grandes y cercanas)
atracción fuerte D/r grande (distancias
mayores a 5-10 veces el r) atracción débil


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ENERGÍA DE REPULSION
Si las partículas están cargadas FUERZAS
ELECTROSTÁTICAS REPULSIVAS

• La carga se obtiene por
• ionización
• adsorción (Ej tensioactivos)
• fricciones

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DOBLE CAPA ELÉCTRICA (1)
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DOBLE CAPA ELÉCTRICA (2)
?
rd
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ENERGÍA DE REPULSION
Si las partículas están cargadas FUERZAS
ELECTROSTÁTICAS REPULSIVAS
r
R
Erep cte r2 ?2 e-D/rd R

• rd es el espesor de la doble capa de iones.
• ? potencial zeta

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Donde rd
a) Es el espesor de la doble capa de iones. b) Se
calcula a partir de la teoría de Debye-Huckel rd
? R T 2 r I2 b I c)
Depende inversamente de la fuerza iónica (I) LA
DOBLE CAPA SE CONTRAE A MEDIDA QUE AUMENTA LA
FUERZA IONICA
1/2
0
rd
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ESPESOR DE LA DOBLE CAPA
LA DOBLE CAPA SE CONTRAE A MEDIDA QUE AUMENTA LA
FUERZA IONICA
Electrolito Espesor (M)
(nm) 0.00001 100 0.001
10 0.1 1
Alta I, rd pequeño
Baja I, rd grande
(Gouy-Chapman)
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• Las partículas coloidales se mueven en un
• campo eléctrico y su movimiento se sigue al
• microscopio (efecto Tyndall)
• La movilidad electroforética (m) de los
• coloides (?/seg)/(V/cm) esta dada por
• m ?.e / 4.p.?
• donde ? es el potencial zeta, e la constante
  dieléctrica
• y ? la viscosidad
• Coloides
  (m)
• Vidrio Pyrex (100 nm, pH 4.0)
  2.10
• Albúmina de huevo (pH 3.4) 1.25
• ADN de timo (pH 8.5) 4.85
• Vaselina líquida (1 prot., pH 4.2)
  0.97
• Eritrocitos de conejos (pH 7.4)
  0.55
• Eritrocitos humanos (pH 7.4)
  1.31

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CURVA DE ENERGÍA DE INTERACCIÓN
r
rD o rd
r
r
r
Etot
D
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V Eint Eatr Erep
Componente Componente de atracción de
repulsión -
MAXIMO PRIMARIO
cte r2 ?2 e-D/rd R
Eint - A r 12 D
D (distancia)
Energía interna (J)
MINIMO
SECUNDARIO
Floculación
Agregación reversible
MINIMO
PRIMARIO
Coagulación
Agregación irreversible
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• CLASIFICACIÓN DE EMULSIONES

Emulsión o/w Fase dispersa Aceite
Fase dispersante
Agua Emulsión w/o Fase dispersa Agua
Fase dispersante Aceite Emulsiones
múltiples w/o/w o o/w/o Microemulsiones
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SISTEMA HLB (1) Balance hidrófílico-lipofílico
de un surfactante
Aproximación empírica para la elección de un
emulsificante (Griffin, 1949)

• Es una medida relativa de la contribución de cada
  región de la molécula
• Se mide en una escala arbitraria de 0 a 20
• A valor más alto es un compuesto más hidrofílico
  y a valor más bajo es un compuesto más lipofílico

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SISTEMA HLB (2) Balance hidrófílico-lipofílico
de un surfactante
CompuestoHLB Oleato de potasio (referencia,
tensioactivo iónico) 20 Monoestearato de
sorbitán polihidroxoietilénico 14.9 Éter
esteárico de polioxietilenglicol
12.4 Monolaureato de sorbitán
8.6 Monolaureato de propilenglicol
6.7 Monopalmitato de sorbitán 4.5 Estearato de
propilenglicol 3.4 Triestearato de sorbitán
2.1 Alcohol etílico (referencia, PM lt 100)
1.0 Tetraestearato de sorbitán 0.5
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
Solubilizantes Detergentes Emulgentes
o/w Emulgentes w/o Antiespuma
Solubles en agua
Solubles en aceite
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SISTEMA HLB (3) Elección de un emulgente
10 20
Tamaño promedio de glóbulo
6 7 8 9 10 11
Monooleato de sorbitán polihidroxietilénico
HLB
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HLB 20 1 - S A
HLB (E P) 5
SISTEMA HLB (3) Formas de cálculo - Griffin y
Davies
S índice de saponificación del éster A índice
de acidez del ácido liberado
E Porcentaje en peso de grupos óxido de etileno
P Porcentaje en peso de polioles
HLB S números de grupos hidrofílicos - S
números de grupos lipofílicos 7
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DETERGENCIA Eliminación de la suciedad a) Sales
sódicas de Acidos grasos de cadena larga
(Jabones) Precipitan en medio ácido los ácidos
grasos Precipitan sales insolubles con cationes
Ca2 y Mg2 b) Sintéticos Sulfatos de alquilo
sulfonatos de alquilo, derivados del óxido
polietilénico Agregado de aditivos
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• MECANISMOS DE DETERGENCIA
• Buenas carácterísticas de mojado (C12-C14)
• Capacidad para separar la suciedad de una
  superficie o ayudar a pasarla al seno del líquido
• Capacidad para solubilizar o dispersar la
  suciedad separada y que se vuelvan a dispersar

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DETERGENCIA
w ?G ? G/A ? S/A - ? S/G
El detergente disminuye ? G/A y ? S/A
? G/S gt ? G/A ? S/A ? ?G lt 0
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(No Transcript)
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SISTEMAS MULTIFASE SEMISOLIDOS Crema o/w al
menos 4 fases