Qumica de superficie y coloidal

1 Estado coloidal

Las partculas coloidales estn del orden [10-9 a 10-6]m donde son partculas inmersas en otro medio, en general puede generarse distintos sistemas (solido, liquido, gas) donde una fase esta dispersa y la otra es la fase en la que esta disuelta. La fase dispersa presenta una alta rea superficial dada a la gran dispersin de las partculas. (Adsorcin, doble capa)

1.1 Caractersticas estructurales

1.1.1 Forma

En general existen varias estructuras, como disco, cilindro, hebras, esferas, elipsoide. Dependiendo de la forma las propiedades macroscpicas pueden varias en gran medida.

1.1.2 Flexibilidad

Generalmente el enlace C-C presenta gran facilidad en rotar, por lo que los polmeros poseen gran flexibilidad.

1.1.3 Solvatacin

Las partculas coloidales pueden atrapar molculas del solvente de manera mecnica, fsica o qumica. Esto se da principalmente a iones que por fuerzas elctricas se adhieren.

1.2 Formar un sistema coloidal

Para formar un sistema con alta dispersin de la fase sol puede ser de dos maneras:

Degradacin de slidos por molienda

Agregacin de molculas o iones

ptimamente la segunda opcin es ms favorable, dependiendo de la concentracin del sistema la solucin resultante puede variar en gran medida:

Alta concentracin genera un gel

Media concentracin genera un precipitado

Baja concentracin genera un sol

1.2.1 Sol mono disperso

Generalmente ocurre que se forma sistemas polidisperso (distinto tamao), esto se debe a las distintas velocidades de crecimiento. Para generar un arreglo monodisperso se debe controlar el tiempo de nucleacin dado que a mayor tiempo la agregacin entre molculas aumenta y genera la polidispersin.

1.2.2 Coloide macromoleculares

Bajo el mismo mecanismo que el de generacin de polmeros por adicin de monmeros, en general se utiliza un radical para general la adicin entre ellos y luego un elemento para terminar.

1.2.3 Emulsin de polimerizacin

Se prepara una emulsin (liquido dentro de otro liquido) que genera un polmero mono disperso. Se prepara a partir de monmeros, surfactantes, iniciadores, agente de transferencia de la cadena, agua. Este mtodo evita el control de la temperatura que la polimerizacin posee normalmente. Tambin controla el tamao del polmero resultante.

1.2.4 Dilisis y filtracin

Los papeles de filtracin no pueden impedir el paso de partculas coloidales por lo que se usan membranas como: celulosa regenerada (cellodion), celofane, visking.

2 Propiedades cinticas

2.1 Movimiento de partcula en lquido

2.1.1 Sedimentacin

Existe la fuerza impulsora dado por la fuerza de gravedad, se ve impedido por el empuje y la friccin. Siempre la viscosidad afecta en la movilidad de la partcula.

2.1.2 Radio friccional

Depende de la forma asimtrica que posee la partcula y tambin del grado de solvatacin de la partcula.

2.2 Movimiento Browniano y difusin traslacional

2.2.1 Movimiento Browniano

Puede determinar el nmero de Avogadro

experimental (

)

donde es la

viscosidad, es el radio de la partcula. Se observa que el desplazamiento es inversamente proporcional al tamao de la partcula.

2.2.2 Difusional

Ley de fick, gradiente de concentracin igualacin de potenciales qumicos. Las ecuaciones del movimiento browniano son consecuencia de la difusin. El coeficiente de difusin esta directamente relacionado con la temperatura e inversamente al tamao de la partcula.

2.2.3 Medicin coeficiente difusin

Mtodo del deslizamiento, se forma una interface con el deslizamiento de dos placas conteniendo un solvente y un soluto o entre dos soluciones de distinta concentracin.

Mtodo conector poroso, un disco poroso entre 5-15 m el liquido pasa solamente por accin de la difusin.

2.3 Ultracentrfuga

Fuerza impulsora esta influenciada con la velocidad angular provocando la fuerza centrifuga.

2.3.1 Velocidad sedimentacin

Igualando la fuerza centrifuga con el roce es posible obtener la expresin para determinar la masa molar del coloide.

2.3.2 Equilibrio sedimentacin

Cuando se iguala el flujo de sedimentacin y el flujo de difusin se obtiene tambin la masa de la partcula sin determinar el coeficiente difusin.

2.3.3 Efecto de carga

Los iones en la sedimentacin son ms lentos y difunden mas rpido, estos arrastran o impulsan a las partculas macromoleculares.

2.4 Presin osmtica

La medicin de variacin de puntos de fusin o ebullicin es poco apreciable cuando se agrega una muestra de coloides en otro las la presin osmtica es mas sensitiva ala presencia del coloide. El flujo de solvente entre una membrana es medida por la presin para balancear este efecto.

2.4.1 Medicin de la presin osmtica

Se mide igual que una diferencia de presin entre un lado de la membrana y otro. Se deja que el sistema llegue al equilibrio donde el perfil de concentraciones se hace ms plano.

2.4.2 Equilibrio de membrana Donnan

Existen problemas en la medicin de la presin osmtica cuando existen iones que no son permeables a la membrana. Dando entonces un desbalance de iones dado por los iones que migran y los que no permean. Esto genera un gradiente osmtico en direccin donde existen los iones impermeables.

2.5 Movimiento browniano rotatorio

El movimiento browniano rotatorio es producto del efecto de las colisiones e interacciones la cual genera un cambio en la orientacin al momento polar de la molcula.

3 Propiedades pticas

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4 L-Q y L-L interface

4.1 Tensin interfacial y superficial

La tensin interfacial o superficial es producida por el efecto de borde de una fase y las interacciones intermoleculares presentes. En la frontera de una fase las atracciones de las molculas estn descompensadas provocando un a fuerza neta hacia el seno del fluido, esto contrae la interface hasta el punto donde se compensa con la presin del fluido. Esta fuerza neta genera una tensin en la interface la cual es similar a una pelcula o film muy resistente. Convencionalmente el trmino superficie se relaciona al borde entre las fases gas y lquido, mientras que el trmino interface se utiliza para el lmite entre dos lquidos.

La descompensacin de fuerzas se ms fuerte entre la fase gas y liquido evidentemente por la interaccin muy leve del gas, en la interface liquido-liquido esta descompensacin es ms leve por el aumento en la interaccin entre ambas fases.

4.1.1 Aditividad de fuerzas intermoleculares en la interface

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