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DISPERSIONES FENMENOS ELCTRICOS EN LA INTERFASE JUAN FERNANDO
PINILLOS MADRID QUMICO FARMACUTICO UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE QUMICA FARMACUTICA
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Fenmenos elctricos 2
Se ha observado que las partculas coloidales suspendidas en un
lquido emigran en un campo elctrico.
Las superficies adquieren una carga, cuando entran en contacto
con medios acuosos: 1. Ionizacin: ibuprofeno, protenas (pH, pKa).
2. Adsorcin de iones.
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Fenmenos elctricos 3
Una superficie cargada:
1. Influencia la distribucin de iones en el medio creando:
2. Crea fuerzas de atraccin y repulsin:
La doble capa elctrica
Curva de energa de interaccin
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Primer modelo -10 +10
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Segundo modelo: Doble capa elctrica 5
Primera capa: Formada por una capa rgida de contraiones: capa de
Stern
Segunda capa: Contraiones que experimentan adems
una repulsin por la capa de Stern y movimiento trmico. Tambin
contienen coiones: capa difusa o Gouy -Chapman
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6 Colloid Science. Principles, Methods and Applications, 2010. 2
ed.
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Doble capa elctrica 9
Tiene dos magnitudes: 1. Potencial: 2. Espesor. Ambos dependen
de concentracin de electrlitos en el medio:
Fuerza Inica
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Potencial zeta () Potencial Electrocintico 10
Potencial en el plano de deslizamiento. Punto prximo al punto de
unin de la capa de Stern y la capa difusa.
Indicador indirecto del potencial de la superficie de la
partcula y de las fuerzas de repulsin que pueden experimentar las
partculas entre si.
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ZETAMETRO 11
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Electroforesis 12
Potencial zeta se obtiene en voltios. Ve loc idad de emig rac in
( v ) en
centmetros por segundo. Viscosidad del medio en poises (dyn
seg/
cm2). Constante dielctrica . El gradiente del potencial E en
voltios por
centmetro.
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Espesor de la doble capa 13
La doble capa se contrae a medida que aumenta la fuerza
inica.
Electrlito (M)
Espesor (nm)
0,00001 100 0,001 10 0,1 1
(Gouy-Chapman) Baja I,
rd grande
+
++
+
++
+
+
+
++ +
++
+
+
+
+
+
++
+
++
+
+
+
++ ++ +
+
++
+
Alta I rd
pequeo
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A mayor concentracin de electrolitos se comprime la doble capa y
se disminuye el potencial
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Teoria DLVO (Deryaguin-Landau-Verwey-Oberbeek) 16
Explica la estabilidad de los coloides, por qu se separan o se
aglomeran. Dos partculas experimentan: Repulsin: fuerzas
electrostticas, a distancias
medianas. Atraccin: Van der Waals, a cortas y largas
distancias.
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Fuerzas de Van der Waals 17
Son del mismo tipo que las que actan entre tomos, molculas o
iones. Pero debido a la gran cantidad de molculas que contiene cada
partcula, son de mayor magnitud y suelen actuar a distancias ms
largas.
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Fuerzas de Van der Waals 18
Engloban tres componentes: interaccin dipolo-dipolo. interaccin
dipolo-dipolo inducido. interacciones debidas a fluctuaciones en
la
distribucin de densidad electrnica o de London.
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Fuerzas de Van der Waals 19
La energa de Van der Waals entre un par de tomos o molculas
depende fundamentalmente de la distancia que los separa y de su
naturaleza.
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Fuerzas de Van der Waals 20
En el caso de partculas compuestas por muchos tomos o molculas,
se puede suponer en principio que los pares de energa son aditivos,
de forma que las interacciones atractivas sern mucho mayores.
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Energa de atraccin 21
2 partculas del mismo tipo
Fuerzas de Van der Waals atractivas
D/r pequea (partculas grandes y cercanas) = atraccin fuerte
D/r grande (distancias mayores a 5-10 veces el r) = atraccin
dbil
D r
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Fuerzas Electrostticas 22
Cuando dos partculas coloidales con carga superficial neta se
aproximan entre s, se produce una superposicin de las partes
difusas de sus correspondientes dobles capas elctricas, dando lugar
a fuerzas de tipo repulsivo.
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Fuerzas Electrostticas 23
Colloid Science. Principles, Methods and Applications, 2010. 2
ed.
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Fuerzas Electrostticas 24
Las partculas dispersas en medios polares generalmente presentan
carga. Dado que la dispersin como un todo debe de permanecer
neutra, pequeos iones con carga opuesta se acumulan alrededor de
las partculas formando una doble capa ms o menos difusa. As, la
doble capa provoca una repulsin cuando se aproxima una segunda
partcula, actuando de este modo como un escudo que evita la
coagulacin.
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Energa de repulsin 25
La carga se obtiene por: Ionizacin Adsorcin
+
+
++
++
+
+
+
++ +
+
+
++
++
+
+
+
++ +
r R
Si las partculas estn cargadas Fuerzas electrostticas
repulsivas
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Energa de interaccin total (V o Eint)
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V = E interaccin = E atraccin + E repulsin
Componente de atraccin
Componente de repulsin
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Curvas de energa de interaccin 27
Fig 1. Potential energy curves for stable and unstable
dispersions
Imperan fuerzas de repulsin Dispersin
Imperan fuerzas de atraccin Agregacin
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Energa de interaccin 28
Describe las fuerzas que experimentan al aproximarse dos
partculas, incluso cuando hay solapamiento de las capas
difusas.
Uso: Predecir estabilidad del sistema
El potencial de interaccin total para coloides cargados vendr
dado por una combinacin de las fuerzas atractivas de Van der Waals
y las repulsiones electrostticas.
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3. Fenmenos de Agregacin 29
+ + +
+ + +
+ + +
+
+ +
+ + + + +
+ + +
+
+
+ + +
+ + +
+ + +
+
+ +
+ + + + +
+ + +
+
+ +
+ + + + +
+ + +
+
+ + + +
+ + +
+ + +
+
+
+ + +
+ + +
+ + +
+
+
+ + +
+ + +
+ + +
+
+
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+
+ + +
+ +
+ + +
+
+
+
+ + +
+ +
+ + +
+
+
+
+ + +
+ +
+ + +
+
+ +
+ + +
+ +
+ + +
+
+
+
+
+
+ +
+ + + +
+
+ +
+ + +
+ +
+ + +
+
+
D (distancia)
Mximo primario En
erg
a
+
+ + +
+ +
+ + +
+
+
+
+ + +
+ +
+ + +
+
+
Magnitud del Mximo primario: depende del potencial .
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Mnimo Secundario
Floculacin Agregacin reversible
Coagulacin Agregacin irreversible
Mnimo primario
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Inestabilidad fisicoqumica 31
Separacin de fases a travs de agregados:
Flculos
Coagulacin
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Estabilidad Potencial (mv)
Muy buena. Dispersin extrema Entre 100 y 60 mv
Floculacin Entre 60 y 30 mv
Umbral de aglomeracin Entre 10 y 15 mv Fuerte aglomeracin y
Sedimentacin Entre 5 mv
La siguiente tabla muestra la relacin entre la estabilidad de
una dispersin y su potencial zeta
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Modificaciones de la curva de energa de interaccin
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Adicin de Electrolitos: Se ubican en la capa difusa. Reducen el
potencial zeta y comprimen la doble capa. Disminuyen el mximo
primario y aumentan la
profundidad del mnimo secundario.
Favorecen la floculacin
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Fuerzas de repulsion disminuyen cuando aumenta la concentracin
de electrolitos 34
Dispersin: 1,2
Floculacin: 3
Coagulacin: 4
Figura 1. Energa libre en funcin de la distancia H, para varios
valores de la fuerza inica, siendo 1 la menor y 4 la mayor.
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Se ubican en la capa de stern. Reducen el potencial zeta si son
del signo opuesto.
No comprimen la doble capa. Disminuyen el mximo primario y la
profundidad del
minino secundario.
Modificaciones de la curva de energa de interaccin
Adicin de surfantantes ionicos Cambios en el pH
Favorecen la floculacin
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