Cuando dos fases de diferente composición química están en contacto, entre ellas se esta establ blece ece una una dife difere renc ncia ia de pote potenc ncial ial.. Esta Esta dife diferen renci cia a de pote potenc ncia iall va a acom acompañ pañada ada de una una separ separac ació ión n de carga, carga, un lado lado de la inte interf rfaz az se carga carga positivamente y la otra negativamente 2, tal es el caso de las soluciones coloidales. El origen de la carga elctrica de la micela puede encontrarse en que !" las micelas, micelas, debido a su enorme superficie, superficie, adsorben algunos iones e#istentes e#istentes en la solución, lo que, al unirse a la partícula coloidal le comunican su carga en cuyo caso los iones de signo opuesto, que quedan en e#ceso rodean a las micelas formando de este modo una doble capa electrónica y 2" algunas micelas, al entrar en solución se disocian separando un ión de carga positiva o negativa, mientras el resto queda cargado de electricidad y convertido en un electrolito coloidal $. El camp campo o elc elctr tric ico o prod produc ucid ido o por por esta esta carg carga a atra atrae e ione ioness de sign signo o opue opuest sto o %contraiones& del medio, los cuales forman una fina capa compacta cerca de la superficie de la partícula, rodeada a su vez por una más gruesa, denominada capa difusa. 'a carga superficial y la de los contraiones que se distribuyen alrededor manteniendo la electroneutralidad del sistema, forman la doble capa elctrica. ( 'a estabilidad de un coloide liofóbico %soles& es una consecuencia de la doble capa elctrica en la superficie de las partículas coloidales. )or e*emplo, si dos partículas de un material insoluble no presentan una doble capa, se pueden acerc acercar ar tant tanto o que que las las fuerz fuerzas as atra atract ctiv ivas as de +an der der aal aalss pued pueden en unirl unirlas as.. Contrario a este comportamiento, supongamos que las partículas presentan doble capa, como se muestra en la figura !. El efecto global es que las partículas se repelen entre sí a grandes distancias de separación, ya que, a medida que dos partículas de acercan, la distancia entre las cargas similares %en promedio& es menor que la e#istente entre partículas de cargas diferentes. Esta repulsión evita el acer acerca cami mien ento to de las las part partíc ícul ulas as y estabiliza al coloide. 2 Figura 1. Repulsión de partículas debido a las cargas.
Teorías de la doble capa eléctrica
-elmoltz 'a teoría de la doble capa elctrica
fue propuesta por el científico /lemán
-ermann von Helmholtz %!01& este propuso que cuando una superficie posee una carga neta, esta carga e*ercerá una atracción coulómbica neta sobre los contra3iones que se encuentren en las cercanías. -elmoltz postuló la formación de una doble capa elctrica, esto es, de dos capas adyacentes con cargas opuestas. Este modelo incluye varias suposiciones4 !. 'as cargas son puntuales 2. 'as cargas están fi*as en sus posiciones 5. 'a carga reside e#clusivamente en la superficie %tanto la carga de la partícula como los contra3iones& / este modelo tambin se le llama de la doble capa compacta. Este modelo, por lo tanto, describe la superficie de una partícula como un capacitor de placas paralelas.6 7e puede definir la capacidad por unidad de área de la doble capa elctrica como4
8onde
es la constante dielctrica del medio.
8e acuerdo con esa ecuación la capacidad de la doble capa debería ser independiente del potencial. 7in embargo e#perimentalmente puede verificarse que no solo e#iste esa dependencia sino que tambin varía de acuerdo a la concentración iónica de la solución y a la naturaleza de sus componentes. 9odo lo anterior indica que el modelo presenta inconsistencias con la realidad por lo que debe ser tenido en cuenta estos factores. 0
:ouy3Capman El modelo de Gouy-Chapman es una modificación del modelo de -elmoltz. 8e acuerdo con :ouy, quien presentó primero el concepto de la doble capa difusa, no ay dos capas sino solamente una.
'a densidad de la atmósfera iónica de la
superficie es alta, pero la densidad disminuye en forma gradual al aumentar la distancia de la superficie. ;ás tarde %en !!<& derivó ecuaciones que relacionaban la densidad de la carga superficial neta con la distancia que relacionaban la densidad de la carga superficial neta con la distancia y tambin formuló una ecuación para el espesor de la capa doble o difusa. En esta se determinó que el espesor de la capa difusa d depende, principalmente, de la fuerza iónica i y de la temperatura4 d=
√
1000 DRT 8πe
2
2
N i
En donde 8 es la constante dielctrica, = es la constante de los gases, 9 es la temperatura absoluta, > es el n?mero de /vogadro y e es la carga electrónica. ! 7tern Stern añadió otra modificación al modelo de :ouy3Capman4 consideró que los
contra3iones no son partículas puntuales, sino que poseen un tamaño finito. )or esta razón, la carga %la cual se considera localizada en el centro de la partícula, de modo que toda la superficie posee una carga uniforme& no puede acercarse a una distancia arbitrariamente pequeña, sino sólo asta una distancia igual al radio del contra3ion. / esta distancia mínima de apro#imación se le llama capa de 7tern. >ormalmente se considera a la capa de 7tern como equivalente a la superficie cortante, esto es a la superficie de la capa que se encuentra en @contacto directo@ con la masa de la fase dispersante. 6 Como ya se a mencionado, los coloides poseen una cierta carga superficial, la mayoría de los coloides están en forma negativa cargados aunque a pesar de esto una solución coloidal es elctricamente neutra, porque la carga de las partículas
esta neutralizada por una cantidad igual de cargas positivas en el sistema. ! / causa de la carga de superficie, e#iste un potencial entre las partículas coloidales y la solución. 'a parte entre el potencial que e#iste entre la capa fi*a negativa, indicada en la imagen 2, y la solución como un todo se denomina potencial electrocintico o potencial zeta %A&. Este potencial *uega un papel importante en las propiedades elctricas de los sistemas coloidales. 5
Potencial electrocinético
El potencial electrocinético ( A& nos indica el potencial necesario para poder penetrar la capa iónica que se encuentra alrededor de una partícula, con la finalidad de desestabilizar a esta. /sí podemos decir, que el potencial zeta es considerado una potencia electrostática que ay entre las capas que se encuentran situadas en torno a la partícula. 7e utiliza tambin, en la electroforesis, la cual se encarga de medir el movimiento que realizan las partículas en un coloide, cuando se encuentran ba*o la influencia de un campo magntico ba*o. En el modelo de doble capa, se conoce como potencial zeta, al punto donde se unen las dos capas, la capa difusa y la capa 7tern. 8ebido a que en dico modelo no podemos medir la carga superficial, ni tampoco el potencial, utilizamos el potencial zeta como medio ?til y efectivo de medida para controlar al coloide en cuestión, pues consigue indicar los posibles cambios que se producen en el potencial de la superficie, así como en las fuerzas de repulsión e#istente entre los coloides.1 )ara )artículas esfricas la movilidad electrofortica
es directamente proporcional al gradiente de potencial
EBl%e#presado en volts por centímetros&, al potencial electrocintico de la partícula
A%potencial zeta& y a la constante dielctrica 8 del medio. Es inversamente proporcional a la viscosidad del medio. )or eso E l
( ) ζD u=
6π
y
El potencial electrocintico está relacionado con la carga de las partículas. Entre la carga
e y
el potencial electrocintico A para partículas esfricas se aplica la
siguiente ecuación ( r 1−r)/ Drr 1
ζ =e
8 es una vez más la constante dielctrica, r el radio del centro de la partícula y r! el radio de la partícula *unto con la capa del líquido fuertemente ligada así como iones absorbidos y otros ingredientes micromoleculares. ! /sí que la partícula es dibu*ada como un condensador de dos esferas o como una doble capa que como se sabe es la manera en la cual las cargas se organizan en un coloide. 'a e#istencia de la doble capa tiene como consecuencia cuatro efectos electrocintico4 electroósmosis, potencial de flu*o, contrapresión osmótica y corriente de flu*o. tros dos efectos, la electroforesis y el potencial de sedimentación %efecto 8orn& son tambin consecuencia de la doble capa. 9odos estos efectos dependen del eco de que parte de la doble capa se encuentra sólo ligeramente unida a la superficie sólida y, por tanto es movible. 2 Electroforesis
'a electroforesis es un mtodo de separación que se basa en la diferencia de velocidades de migración de las especies cargadas, en el seno de una disolución amortiguadora a travs de la cual se aplica un campo elctrico constante. 7i se pasa corriente directa a travs de una solución coloidal, las partículas son llevadas ya sea al electrodo positivo o al negativo, ! esto debido a la carga que poseen las partículas coloidales. El movimiento de las partículas acia uno de los electrodos
se puede observar por medio de varios mecanismos. Dnclusive el transporte de partículas coloidales simples puede observarse en el ultramicroscopio, si se introducen en la celda y se conectan a una fuente de corriente directa. ! E#isten diversos tipos de electroforesis y mencionarlos todos no será posible, por lo tanto mencionaremos solo algunos tipos, un e*emplo claro de este e#perimento es el aparto de electroforesis de urton el cual es uno de los más empleados como mtodo de separación de coloides. El aparato en forma de F es llenado parcialmente primero con el medio de dispersión, por e*emplo, con el ultrafiltrado obtenido por ultrafiltración del sol. El propio coloide es entonces corrido por deba*o de esta capa abriendo con cuidado la llave. 7i se toma el cuidado adecuado, los límites entre ambas capas son bien definidos. 'os electrodos de platino se introducen aora con el medio de dispersión y todo el aparato es incluido en un circuito que tiene cierto potencial elctrico. 7i las partículas coloidales están coloreadas, los movimientos de los límites pueden ser fácilmente detectados. En un brazo del tubo F el límite coloreado sube acia el electrodo, mientras que el otro desciende o se ale*a del electrodo. 7i las partículas son incoloras, el movimiento puede detectarse con un medio óptico, por e*emplo por la determinación de absorción en la parte ultravioleta del espectro, usando tubos de cuarzo.! 'a carga de las partículas y la dirección de su desplazamiento en un campo elctrico dependen, del mtodo de separación del coloide. /?n más, el signo de la carga en algunos coloides puede invertirse por la adición de ciertos electrólitos. El desplazamiento del coloide acia uno u otro electrodo permite determinar la carga de un coloide particular, y observando la velocidad de las partículas en un campo elctrico cuya fuerza sea conocida, puede calcularse la masa de las partículas individuales5 'a velocidad de migración de un ion, v, en centímetros por segundo, en el seno de un campo elctrico, es igual al producto de la intensidad del campo elctrico E %+ cm3D& por la movilidad electrofortica G e %cm2+3!s3!&, esto es4
V = μ e E
'a movilidad electrofortica es directamente proporcional a la carga elctrica del analito e inversamente proporcional a los factores de retardo por rozamiento. El campo elctrico act?a solamente sobre los iones. 7i dos especies difieren bien en la carga < en las fuerzas de rozamiento, se moverán a travs del tampón y se separan. 'as especies neutras no se separan. 'a fuerza de retardo por roza3 miento se determina en un analito cargado, a partir del tamaño y de la forma del ion y de la viscosidad del medio en el cual migra. )ara iones del mismo tamaño la fuerza impulsora será mayor, en el de mayor carga, y tendrá una velocidad de migración más rápida. )ara los iones que presenten la misma carga la fuerza de retardo por rozamiento será más pequeña, en el ion más pequeño, y tendrá una velocidad de migración más rápida. 'a relación carga3tamaño de los iones combina estos dos efectos. -ay dos aplicaciones principales de la electroforesis4 !& 7u uso para la identificación y para la determinación de la omogeneidad y 2& su uso para separaciones preparativas de sustancias coloidales. 9anto las determinaciones de omogeneidad como las separaciones están basadas en el eco de que las movilidades de las partículas dependen de qu tan altamente cargadas están, al igual de qu tan grandes son y de cómo están formadas.
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ttp4BBcampus.fca.uncu.edu.arBpluginfile.ppB1<6
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electrocinticas
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suspensiones coloidales concentradas. :ranada4 universidad de :ranada 63 =osas +.;. %1BagostoB!0&. Comportamiento de los coloides. !5BEneroB2uevo 'eon 7itio Meb4 ttp4BBlqi.tripod.comBKO/vBpropelec.tm 13 OFP;DC/ 0BE D''D/; 8/F , )=E>9DCE -/'' ;EQDC, 2
Fniversidad
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