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Propiedades de los coloides






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Propiedades de los coloides. Opticas Interacción con la radiación EM Efecto Tyndal Faraday: dispersión de la luz Cinéticas Sedimentación Difusión Eléctricas Potencial zeta y doble capa eléctrica. Propiedades ópticas. Dispersión de la luz Efecto Faraday-Tyndall
Propiedades de los coloides

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Propiedades de los coloidesSlide 1

Propiedades de los coloides

  • Opticas

    • Interacción con la radiación EM

    • Efecto Tyndal Faraday: dispersión de la luz

  • Cinéticas

    • Sedimentación

    • Difusión

  • Eléctricas

    • Potencial zeta y doble capa eléctrica

Propiedades de los coloidesSlide 2

Propiedades ópticas

  • Dispersión de la luz

    • Efecto Faraday-Tyndall

    • Depende del tamaño de partícula

    • La intensidad (I) de la luz transmitida se reduce y está dada por la expresión:

      -La turbidez se relaciona con la concentración de la macromolécula:

  • = turbidez

    l= longitud disolución o muestra

    I0= intensidad incidente

Propiedades de los coloidesSlide 3

Cuando se grafica Hc/ versus c, la ordenada en el origen proporciona el MMP en peso

Hc/ 

y = mx + b

m= 2B

b= 1/M

c

Aplicaciones para la determinación de masas molares de macromoléculas, se conoce como turbidimetría

Propiedades de los coloidesSlide 4

Aplicación de la dispersión de la luz por coloides

Se estudió la turbidez de soluciones de Ludox (silica coloidal) en función de la concentración con los siguientes resultados:

c x 103 (g.cm-3) 2.70 4,20 7,70 9,70 13,2 17,7 22,2

 x 104 (cm-1) 1,10 1,29 1,71 1,98 2,02 2,14 2,33

Para este sistema el valor de H es 3,99 x 10-6 mol.cm2.g-2

Evalue la masa molar de las partículas de ludox

Del gráfico de Hc/  versus c :

Obtener línea recta por regresión lineal

Fijarse en las unidades y dimensiones

consideraciones

Intercepto: 1/M=1,41 x 10-7; de donde M= 7,12 x 106 g/mol

Propiedades de los coloidesSlide 5

Propiedades cinéticas

Movimiento browniano

Partículas coloidales verdaderas experimentan ‘movimiento Browniano’ causado por el constante “bombardeo” de las moléculas del medio dispersante

Colisiones moleculares aleatorias

Resultado final “camino aleatorio” por ejemplo polen observado con microscopio

D = desplazamiento partícula en función del tiempo

T = temp.; t = tiempo; R = constante

N = # Avogadro;  = viscosidad

r = radio de la partícula

Propiedades de los coloidesSlide 6

Difusión

Primera ley de Fick

Cantidad dq de una sustancia que difunde en un tiempo dt a través de un área S es directamente proporcional al cambio de concentración dC con la distancia recorrida dx

D= coeficiente de difusión

Ecuación de Einstein Sutherland para partículas esféricas

Propiedades de los coloidesSlide 7

Si no se tiene el volumen de una molécula, utilizar el volumen específico parcial:

Volumen específico parcial = volumen en cc de un g de soluto obtenido por mediciones de densidad

Propiedades de los coloidesSlide 8

Sedimentación

Las partículas de dimensiones coloidales tienden a sedimentar por acción de la gravedad

Sedimentación permite calcular parámetros tales como radio de la partícula, volumen, masa, PM, pues es una propiedad cinética

Para partículas suspendidas en un medio de densidad m, dos fuerzas opuestas actúan:

Fuerza de gravedad

F2 V

V = velocidad estado estacionario (no aceleración)

Factor de fricción de Stokes

Esferas

Propiedades de los coloidesSlide 9

  • Qué sucede cuando el factor de fricción debe calcularse para partículas no esféricas:

  • Puede conocerse a partir de combinar estudios de:

    • Sedimentación

    • Difusión

    • Resultado no asume forma particular

  • k = constante de Boltzmann

  • T= temperatura

  • D= coeficiente de difusión

Cambia en función de la solvatación y elipticidad de la partícula. Corresponde a 1 para esferas no hidratadas

Propiedades de los coloidesSlide 10

El volumen específico parcial y D de una enzima se midieron en una solución tampón diluida a 20oC, siendo los valores para D = 13,1 x 10-7 cm2/seg y v =0,707 (cc/g). La masa molar de la proteína es de 13690 g/mol. Calcular el coeficiente de fricción. Averigue si se trata de una forma esférica hidratada o no.

Propiedades de los coloidesSlide 11

El equilibrio de sedimentación se logra cuando F1=F2

Ecuación de Stokes

De esta expresión se puede calcular r, luego la masa de una molécula, y finalmente su masa molar

Sedimentación por gravedad muy lenta por lo que g se reemplaza por 2X (aceleración de campo centrífugo), donde  es la velocidad angular de rotación (rad/seg) y X es la distancia al eje de rotación en un PROCESO DE CENTRIFUGACION

Propiedades de los coloidesSlide 12

Reemplazando g e integrando entre limites X1 y X2 en el intervalo de tiempo t1 y t2 se obtiene la expresión:

  • Se define:

  • coeficiente de sedimentación (S) como velocidad instantánea de sedimentación por unidad de campo centrífugo

S Coef. de sedimentación de SVEDBERG (S)

(1 S = 10-13 seg)

Propiedades de los coloidesSlide 13

Ej. Qué magnitud de campo centrífugo se necesita para obtener una velocidad de sedimentación de 1 mm por minuto en una suspensión coloidal típica con partículas de 100 amstrong de radio,  1,5 suspendidas en agua.Cuál es el coeficiente de sedimentación. La viscosidad del agua a 250C es de 0,00895 poises.

Nota: conversión rpm o rps en radianes/segundo

Propiedades de los coloidesSlide 14

Conocido S y determinado D a partir de datos de difusión, se puede obtener el peso molecular de un polímero con la siguiente expresión:

La hemoglobina humana posee un coeficiente de sedimentación de 4,48 S y un coeficiente de difusión de 6,9 x 10-7 cm2/seg en solución acuosa a 20°C, el volumen específico parcial es 0,746 cc/g. Caclular la masa molar de la hemoglobina

62270 g/mol

Recordar que: si M está en g/mol entonces R= 8,314 x 107 Erg/mol K

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Propiedades eléctricas de coloides

  • Relacionada con la estabilidad de los coloides liofóbicos

  • Carga superficial impide la aproximación de partículas

  • Doble capa electrica

  • Potencial zeta

  • Potencial de Nerst

Propiedades de los coloidesSlide 16

  • Potencial zeta

  • Gobierna grado de atracción repulsión partículas

  • Carga efectiva de partículas coloidales

  • Modificado por la adición de electrolitos de carga contraría

  • Resultado final: coagulación INESTABLIDAD

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  • Cómo se cuantifica el potencial zeta?

  • La magnitud y signo se determina a partir de la velocidad de migración y dirección al aplicar un campo magnético

  • = potencial zeta

    v = velocidad migración coloide (cm/seg)

  • = Constante dieléctrica del medio

    E = Gradiente de potencial (volt/cm)

     = viscocidad medio (poises, dinas sec/cm2)

Mobilidad electroforética

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Para un sistema coloidal a 20o cuando el medio dispersante es agua, la ecuación anterior se puede reducir a:

El coeficiente 141 a 20o corresponde a 128 a 25o

Ej. La velocidad de migración de un sol de hidróxido férrico en agua se determinó a 20o y fue de 16,5 x 10-4 cm/seg. La distancia entre los electrodos en la celda era de 20 cm, y la fem aplicada de 110 volts. a) cuál es el potencial zeta de las partículas de hidróxido férricob) cuál es el signo de cargas sobre las partículas

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Coloides de asociación

Ordenamiento de moléculas anfipáticas por sobre una concentración específica, conocida como Concentración micelar crítica (CMC)

Moléculas se ordenan en una estructura conocida como micela

Sobre CMC la formación de micelas es espontánea

Diámetro micela aprox. 50A, rango coloidal

Nº moléculas/micelas = Nº agregación

Nº agregación aprox. 50 o más

Propiedades de los coloidesSlide 20

Moléculas anfipáticas poseen una parte polar y otra apolar Debido a su estructura actúan como agentes tensoactivos (TA) y reducen la tensión entre fases

La TS disminuye hasta valor constante, momento en el cual los TA se asocian en micelas

Tensión superficial

Concentración tensoactivo

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Clasificación Surfactantes

  • Anióncos

  • Catiónicos

  • Zwitteriónico

  • Noniónico

Dodecilsulfato de sodio (DSS)

Bromuro cetilpiridinio, BCP

Dipalmitoilfosfatidilcolina (lecitina)

Polioxietilen(4) lauril éter (Brij 30)

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Micelas no corresponden a partículas!!!!

Se hallan formando parte de un equilibrio dinámico con monómeros o moléculas individuales de TA en el seno de la solución o interfase

Por ejemplo, en la formación de una micela iónica se tiene:

Q-= n-m: carga neta micela

n: número de agregación

Para una micela de n=50 y m=45, la carga neta de la micela será Q= n-m= 5 cargas negativas

Por el principio de electroneutralidad, 5 cargas + deben estar presentes en alrededor de la micela

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La constante de equilibrio para la relación anterior es:

La energía libre estándar de micelización, Gomic, corresponde a la energía libre estándar por mol de TA:

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En la CMC se cumple que: [R-] = [X+] = CMC

En la CMC el término

puede despreciarse (n grande) y la ecuación se reduce a:

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Puesto que m= n-Q-

G0 puede calcularse para una micela aniónica, conociendo cmc, n y la carga. Si la micela es catiónica, entonces Q+.

Una micela no iónica (m = O) requiere solo el conocimiento de la CMC

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La entalpía estándar y la entropía estándar de micelización puede calcularse igualmente como:

Ej. Calcule el cambio de energía libre y de entalpía en la micelización de un tensoactivo no iónico, si el efecto tensoactivo se hace más o menos constante a una concentración 0,04M del TA a 25°C

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Equilibrio de Gibbs Donnan: Distribución desigual de electrolitos a través de una membrana semipermeable

En el equilibrio se cumple que:

i

o



-

K+ Cl-

Cl- K+

[K]i[Cl]i =[K]o[Cl]o

-

-

Balance de cargas:

Membrana, permeable a Na, Cl

Relación anión difusible fuera y adentro es ≠ 1 por el efecto del coloide cargado negativamente


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