COLOIDOQUIMICA

1. COLOIDOQUIMICA FISICOQUIMICA FAR 122 2010

2. Sistemas coloidales • Rango de tamaño de partículas10 A - 5000 A1 A = 10 cm = 10 m • Cuando el tamaño de partícula se hace menor entonces el área interfasial aumenta • Sistema con importantes propiedades interfasiales o o o -10 -8

3. Definiciones • Sol • Término generalmente empleado para dispersiones de sólidos en líquidos, pero también para dispersiones en sólidos y medios gaseosos • hidrosol - dispersión en agua • alcohosol - dispersión in alcohol • aerosol - dispersión in aire

4. Definiciones • Gel • Sistema coloidal que bajo un set de condiciones de concentración y temperatura, se transforma en un sólido o semisólido • La rigidez del gel se debe a una malla entrecruzada que atrapa el medio de dispersión

5. Definiciones • Coloide liofóbicos • Coloide hidrofóbico • Coloides liófilos • Coloide hidrofílico • Coloides de asociación

6. Definiciones • Coloide liofóbico • Sistema termodinámicamente inestable • Poca interacción entre la fase dispersa y el medio dispersante o dispersor • Bajas fuerzas adhesionales

7. Definiciones • Coloides liofílicos • Sistemas termodinámicamente estables • Interacciones fuertes y extensas entre la fase dispersa y el medio dispersante

8. Definiciones • Coloides de asociación • Sistemas termodinámicamente estables en que la fase dispersa consiste de agregados de moléculas anfifílicas o iones (micelas) • A baja concentración, estas moléculas existen en una solución verdadera • A altas concentraciones, se agregan para formar micelas

9. Clasificación de los sistemas coloidales

10. Clasificación de los sistemas coloidales

11. Propiedades de los coloides • Opticas • Efecto Tyndall • La luz puede ser absorbida, dispersada, polarizada, o reflejada por la fase dispersa del coloide Rayo de luz Rayo de luz solución coloide

12. 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

13. 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

14. Propiedades de los coloides • Movimiento browniano • Las partículas son generalmente lo suficientemente pequeñas como para ser afectadas por la colisión de las moléculas del medio dispersante • Cuando las partículas se observan, parecen moverse en forma aleatorea, de manera errática • Consecuencias del movimiento browniano: sistemas coloidales en los cuales las partículas no sedimentan porque la fuerza de gravedad es contrarrestada por el MB • Soles coloidales difundirán de una región de alta a una de baja concentración • Sistemas coloidales presentan propiedades coligativas

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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.

21. 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

22. 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)

23. 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

24. 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