MANIPULACIONES EN SISTEMAS POLIFASICOSa. Propiedades de sistemas polifsicos

b. Procesos de dispersin para coloides, emulsiones y aerosolesIntroduccinLa materia es todo lo que posee masa y que ocupa un lugar en el espacio. Una propiedad de la materia es que esta puede ser apreciada por nuestros sentidos, o determinada por mediciones; todas las propiedades de la materia pueden ser resumidas en dos grandes grupos: propiedades extensivas y propiedades intensivas. Las primeras son aquellas que varan al variar la cantidad de materia, las segundas son aquellas que no dependen de la masa.Los diferentes tipos de materia pueden separarse en dos grandes divisiones: las sustancias y las mezclas de sustancias.Una sustancia posee un conjunto de propiedades fsicas y qumicas que no dependen de su historia previa o del mtodo de separacin de la misma. Las mezclas pueden variar mucho en su composicin qumica, sus propiedades fsicas y qumicas varan segn la composicin y pueden depender de la manera de preparacin.Al hablar de sistemas dispersos o mezclas, se tendr en cuenta que se denomina as, a los sistemas homogneos (soluciones) o heterogneos (dispersiones), formados por mas de una sustancia. Hay sistemas dispersos en los que se distinguen dos medios: la fase dispersante y la fase dispersa.Las mezclas se caracterizan porque: las componentes de las mezclas conservan sus propiedades, intervienen en proporciones variadas, en ellos hay diferentes clases de molculas, cuando son homogneas se pueden fraccionar y cuando son heterogneas se pueden separar en fases.Segn el grado de divisin de las partculas los sistemas dispersos se clasifican en:1. Dispersiones macroscpicas o groseras: son sistemas heterogneos, las partculas dispersas se distinguen a simple vista son mayores a 50m.1. Dispersiones finas: son sistemas heterogneos visibles al microscopio, las partculas son menores a 50m y mayores a 0.1 m.1. Dispersiones o sistemas coloidales: en estas dispersiones el medio disperso solo es visible con el ultramicroscopio. Si bien son sistemas heterogneos, marcan un limite entre los sistemas materiales heterogneos y homogneos. El tamao de sus partculas se halla alrededor de 1m1. Soluciones verdaderas: en estos sistemas las partculas dispersas son molculas o iones, su tamao es menor a 0.001m. No son visibles ni siquiera con ultramicroscopio, y son sistemas homogneos.En este trabajo sern estudiadas las dispersiones o sistemas coloidales.Dispersiones ColoidalesDefinicin e historia de los coloidesLa dispersin coloidal ha sido definida tradicionalmente como una suspensin de pequeas partculas en un medio continuo. Los coloides son sustancias que consisten en un medio homogneo y de partculas dispersadas en dicho medio. Estas partculas se caracterizan por ser mayores que las molculas pero no lo suficientemente grandes como para ser vistas en le microscopio.El lmite superior del de tamao de las partculas en el estado coloidal se puede tomar como aproximadamente igual al limite inferior de la visibilidad en el microscopio, o sea, 2 x10-5 cm o 0.2 , mientras que el lmite inferior es del orden de 5 x10-7, o 5m Esta ltima cifra es casi igual a la de los dimetros de algunas molculas complejas de peso molecular elevado.Las propiedades esenciales de las dispersiones coloidales pueden atribuirse al hecho de que la relacin entre la superficie y el volumen de las partculas es muy grande. En una solucin verdadera, el sistema consiste de una sola fase, y no hay superficie real de separacin entre las partculas moleculares del soluto y del solvente. Las dispersiones coloidales son sistemas de dos fases, y para cada partcula existe una superficie definida de separacin.Las dos fases de un sistema coloidal se pueden distinguir en fase dispersa, que es la fase que forman las partculas; y medio dispersante, que es el medio en el cual las partculas se hallan dispersas, este ultimo puede ser lquido, slido o gaseoso, al igual que la fase dispersa que tambin puede ser lquida, slida o gaseosa.De acuerdo a las fases que componen el coloide, se pueden distinguir distintos tipos:Fase DispersaFase DispersanteNombreEjemplo

SlidoLquidoGel o solGelatina

SlidoGasAerosolHumo

LquidoLquidoEmulsinCrema

LquidoGasAerosol lquidoNiebla

LquidoSlidoEmulsin slidaManteca

GasSlidoEspuma slidaEsponja

GasLquidoEspuma lquidaCrema de afeitar

GasGasMezclaAire

Muchas personas estudiaron los coloides, el primero fue Selmi (1843), prepar soluciones coloidales de azufre, azul de Prusia y casena, realizando numerosos experimentos; lleg a la conclusin de que estas no eran soluciones verdaderas, sino suspensiones en agua de pequeas partculas.Graham (1861), es considerado como el fundador de la qumica coloidal experimental clsica; investig la difusin de diferentes sustancias encontrando que algunas tenan alta velocidad de difusin, pero otras lo hacan muy lentamente. De acuerdo a la velocidad de difusin, clasific a las sustancias en dos grupos: cristaloides y coloides, los primeros podan ser fcilmente cristalizados, mientras que los coloides no. La diferencia entre ambos era mayor si la sustancia era disuelta en agua y separada del solvente puro por una membrana semipermeable, los cristaloides pasaran a travs de la membrana, mientras que los coloides no.El trabajo de Graham fue muy importante hasta que se encontr que su diferenciacin entre coloides y cristaloides no era del todo correcta, ya que muchos coloides podan ser cristalizados.Faraday tambin hizo importantes descubrimientos acerca de los coloides, prepar soluciones estables de oro coloidal y estudi algunas de sus propiedades pticas. Observ que un bien definido haz de luz al pasar al pasar a travs del sol de oro, al ser observado lateralmente apareca como una trayectoria blanca; esto era causado por las partculas de oro, que dispersaban la luz. Luego se demostr que este hecho era una caracterstica de los sistemas coloidales.Schuzle, trabajo en la estabilidad de los coloides, demostrando que estos podan ser precipitados muy fcilmente.A principios del siglo XX hubo importantes progresos en el estudio de los coloides. Freindlich investig los fenmenos de adsorcin y estableci la Ley de adsorcin, en 1903. Siedentopf y Zsigmondy en 1903 inventaron el ultramicroscopio. Importantes descubrimientos sobre el tamao y movimiento de las partculas coloidales fueron realizados por Smoluchowsky (1906), Svedberg (1906), Perrin (1908) y Einstein (1908).Wo. Ostwald y Von Weirman propusieron la primera clasificacin racional de coloides, fue introducida la nocin de sistema disperso y el tamao de la partcula fue tomado como el principal factor en la clasificacin y caracterizacin de los coloides.Clasificacin de los coloidesColoides orgnicos e inorgnicos:de acuerdo a su composicin qumica, los coloides se pueden clasificar en orgnicos e inorgnicos; a su vez estos se subdividen en: metales, no-metales, soles de xidos y sales coloidales, para los inorgnicos; y en soles homopolares, hidroxisoles y soles heteropolares.Coloides esfricos y laminares:de acuerdo a la forma de la partcula que los formas, los coloides se clasifican principalmente en coloides esfricos y coloides lineales. Los coloides esfricos tienen partculas globulares mas o menos compactas, mientras que los coloides lineales poseen unidades largas y fibrosas.La forma de las partculas coloidales influye en su comportamiento aunque slo puede determinarse de manera aproximada, en la mayora de los casos puede ser muy compleja. Como primera aproximacin se puede reducir a formas relativamente sencillas, como la esfera que adems representa muchos casos reales. Es la forma que adquieren las partculas esencialmente fluidas, como las gotitas de un lquido dispersas en otro para formar una emulsin. Las dispersiones de plsticos y caucho en agua (ltex), as como en muchos negros de carbono son casi esfricas, al igual que en ciertos virus. Si la forma se desva de la esfrica, podemos considerar como modelos los elipsoides de revolucin, como en muchas protenas. Los elipsoides pueden ser oblatos (discos) o prolatos (forma de cigarro puro). Si la partcula se aplana mucho, se asemejar a un disco caracterizado por su radio y espesor. Si se alarga mucho, tomar la forma de una barra de longitud y radio dados. Si las partculas se aplanan y alargan, su forma ser de tablillas o cintas. Cuando se alargan mucho en comparacin con las otras dos dimensiones, se forma un filamento (polietileno y caucho).Coloides moleculares y micelares:tambin se pueden estudiar los coloides de acuerdo al tamao de sus partculas como coloides moleculares y coloides micelares, a su vez estos coloides pueden ser orgnicos o inorgnicos, o fibrosos o laminares.Las partculas de los coloides moleculares son macromolculas sencillas y su estructura es esencialmente la misma que la de estructura de pequeas molculas, los tomos estn unidos por ligaduras qumicas verdaderas, a estos coloides moleculares se los llama coloides verdaderos. A este grupo de coloides moleculares pertenece la mayora de los coloides orgnicos de nitrocelulosa, almidn, cloruro de polivinilo, caucho. Los esferocoloides tambin pueden ser moleculares.La estructura de los coloides micelares es distinta, las partculas de estos no son molculas, sino conglomerados de muchas molculas pequeas o grupos de tomos que son mantenidos juntos por valencias secundarias o por fuerzas de cohesin o de van der. Walls. Muchos coloides inorgnicos, emulsiones, jabones y detergentes, forman coloides micelares.Estas sustancias pueden formar soluciones verdaderas o de tipo coloidal, dependiendo de las condiciones. En general una micela es menos estable que una macromolcula.Coloides liofbicos y lioflicos:las partculas de muchos coloides contienen grupos de tomos los cuales se disocian en iones, estos grupos ionizantes hacen que la partcula este elctricamente cargada. Las partculas pueden tambin cargarse por adsorcin de iones de la solucin; esta carga elctrica es uno de los factores de estabilidad, ya que las partculas cargadas positivamente se repelen entre s, al igual que, por ejemplo, en un sol negativamente cargado, su estabilidad se debe a la repulsin electrosttica.Otro importante factor de estabilidad es la solvatacin (la adsorcin de un lquido sobre la superficie de las partculas), debido a esta, las partculas estn mas o menos completamente rodeadas por una capa de molculas del lquido y se supone que esta capa puede prevenir la aglomeracin de partculas. La solvatacin depende de la afinidad del solvente por los tomos y grupos de tomos que forman la superficie de las partculas.De acuerdo a Perrin y Feundlich, los coloides pueden ser separados en liofbicos y lioflicos.Liofbicosignifica no gustar de o temer a un lquido; en los soles liofbicos no hay afinidad entre las partculas y el solvente, la estabilidad de estos depende principalmente de la carga de las partculas. Si el agua es el solvente, se utiliza el nombre hidrfobo.Este tipo de coloides se caracteriza por presentar: baja estabilidad hacia la floculacin por electrolitos, su visibilidad en el microscopio es buena y presentan una muy pequea presin osmtica. Algunos ejemplos de estos coloides son: Au, Ag, AgCl, y algunas emulsiones.Lioflicosignifica gustar de un lquido, en este tipo de coloides hay interaccin entre las partculas y el solvente. Este tipo de soles es mucho ms estable que los soles liofbicos. Para el caso de los soles en agua se utilizara el trmino hidroflico.Este tipo de coloides se caracteriza por presentar: alta estabilidad hacia la floculacin por electrolitos, su visibilidad en el microscopio es mala y presentan una considerable presin osmtica. Algunos ejemplos de estos coloides son: albmina, glicgeno, hule y cido silcico.La mayora de los coloides inorgnicos son hidrofbicos, mientras que la mayora de los coloides orgnicos son lioflicos.Preparacin de dispersiones coloidalesMuchas sustancias slidas forman dispersiones coloidales al ser puestas en contacto, o calentadas en un medio de dispersin adecuado, a este tipo de coloides se los llamacoloides intrnsecos, y son compuestos de macromolculas, este tipo de coloides por lo general tiene un carcter lifilo. Se llamacoloides extrnsecosa las dispersiones de pequeas partculas de materiales insolubles de bajo peso molecular. Este tipo de dispersiones son casi invariablemente soles lifobos y deben ser preparados mediante mtodos especiales que produzcan partculas de tamao adecuado.Muchos coloides moleculares son producidos naturalmente en reacciones bioqumicas, menos sencilla es la preparacin de los coloides inorgnicos, que en su mayora son liofbicos, debido a que las sustancias son insolubles en agua. Algunas de estas sustancias se disuelven en cidos pero en tales soluciones cambian qumicamente por completo dando lugar a la formacin de soluciones verdaderas en lugar de soluciones coloidales y estas ultimas pueden ser obtenidas por mtodos de condensacin o de dispersin.Condensacin:el principio esencial de este mtodo es que las sustancias con las cuales se preparan los soles estn originariamente en solucin verdadera, en estado de iones o molculas, como resultado de la reaccin qumica que se efecta entre ellas. Se obtienen partculas insolubles de tamao coloidal. Las condiciones experimentales deben ser estrictamente controladas.En la preparacin de soluciones coloidales por el mtodo de la condensacin se han empleado reacciones qumicas de varios tipos; tambin se ha empleado la oxidacin, por ejemplo, una solucin acuosa de hidrgeno sulfurado se puede oxidar por oxgeno o por anhdrido sulfuroso para obtener un sol de azufre.Dispersin:en este mtodo se parte de una cierta cantidad de sustancia pura, por medio de dispositivos especiales se la desintegra en partculas de dimensiones coloidales que permanecen durante algn tiempo en estado disperso. Con este objeto se emplea el mtodo de la peptizacin, que consiste en la desintegracin directa de una sustancia en partculas de dimensiones coloidales mediante un agente agregado que se conoce como agente peptizante.Se consigue reducir muchas sustancias al estado coloidal en el llamado molino de coloides, este consiste en una serie de discos separados por espacios muy pequeos que giran a gran velocidad en sentidos opuestos. El medio dispersante se pasa a travs del molino junto con las sustancias a dispersar y el agente estabilizante, obtenindose despus de un tiempo la solucin coloidal.Filtracin y ultrafiltracinCon experimentos simples de filtracin que muchos coloides pasan a travs de papeles filtros comunes. Las partculas no son retenidas ni aun por las clases ms finas de papel filtro. Los filtros finos tienen un dimetro de poro de 0.0009-0.0016 mm; puesto que las partculas del sol de sulfuro arsenioso, al igual que las del hidrxido frrico, plata, gelatina, albmina y otros coloides, pasan a travs de estos filtros se nota que dichas partculas son ms pequeas que los poros del filtro.Si las partculas corren a travs de un filtro, son ms pequeas que los poros, y si son retenidas no se puede concluir en que son ms grandes que los poros, ya que algunas veces pueden ser absorbidas en las superficies del filtro, y as ocluir los poros; en ese caso, se estudiarn las partculas de la sustancia filtrada, y si difiere de la solucin original, se dir que son mas gruesas que los poros del filtro.Las partculas coloidales, son mas o menos completamente retenidas por ultrafiltros, es decir, filtros extremadamente finos cuyas membranas son geles slidos. La estructura de la membrana es la misma que la del papel, pero el tamao del poro es mucho ms pequeo. Uno de los mejores materiales ultrafiltro es el papel celofn, a travs de este la filtracin es muy lenta, pero luego de cierto tiempo, el lquido penetra una membrana y una gota de lquido es formada debajo del celofn, finalmente el examen de estas gotas dir si las partculas penetran en la membrana o no. Otro buen material para hacer ultrafiltros es el es el colodin, que es una solucin 4% de nitrocelulosa en una mezcla de alcohol y ter; los filtros de vidrio poroso o los crisoles de porcelana no esmaltada son los mejores soportes para las membranas de colodin. Estas son formadas en la evaporacin parcial de la mezcla alcohol-ter; el colodin es prcticamente es vertido en un filtro de vidrio poroso o filtro crisol, a un espesor de varios mm y aguardado hasta que se solidifica. Otro mtodo es el de impregnar papel filtro con colodin, el tamao de los poros de este ultrafiltros depende del grado de secado de la capa de colodin, mientras ms seca, ms pequeos son los capilares.Existen sustancias como las dextrinas, que penetran los ultrafiltros muy lentamente, se las conoce como semicoloides.Difusin y dilisisEs muy difcil realizar procesos de difusin en soluciones, por eso Graham propuso observar la difusin en jaleas. La difusin de las jales est relacionada con la ultrafiltracin y la dilisis; esta ultima se basa en el hecho de que la gran mayora de las sustancias en solucin verdadera pasan a travs de una membrana, mientras que las partculas coloidales son retenidas. La membrana es un gel con poros tan diminutos que solamente sustancias micromoleculares pueden pasar; por esto a travs de este mtodo se puede estimar el tamao de las partculas.Sin embargo, el objetivo de la dilisis es liberar a un sol de los electrolitos que lo acompaan y de otras impurezas micromoleculares, los aparatos utilizados para realizar estas tareas se llaman dializadores.La dilisis tambin es promovida por medio de una corriente elctrica la cual arrastra a los iones micromoleculares fuera del sol, en esta denominada electrodilisis se facilita la separacin de los electrolitos por medio de un campo elctrico. Se efecta en un aparato que consta de tres compartimentos: el compartimento central esta separado de cada compartimento exterior por una membrana semipermeable, el sol es vertido dentro del compartimento central, y a travs de las otras dos celdas fluye agua destilada; los dos electrodos, se insertan dentro de las celdas exteriores cerca de las membranas, el potencial elctrico creado atrae a todos los iones micromoleculares a travs de las membranas hacia el agua. Por medio de esta elctrodializacin es posible en un corto tiempo, liberar coloides de electrolitos micromoleculares.Floculacin o coagulacin de los coloidesLa coagulacin o floculacin de los coloides es el aumento del tamao de las partculas en un sol, por el cual generalmente se enturbia y hasta puede precipitarse. Hay muchas maneras de producir la coagulacin, una de ellas es la accin de los electrolitos, tambin esta la radiacin y el calor. Algunos soles son muy estables a la accin de electrolitos, mientras que otros pueden ser floculados muy fcilmente.Se han realizado muchos experimentos sobre los efectos precipitantes de varios electrolitos sobre diferentes soles; los resultados dependen de las condiciones en que se efectan, pero se pueden sacar dos conclusiones: primero, el ion que produce la precipitacin de un sol es aquel cuya carga es de signo opuesto al de las partculas coloides; segundo, el efecto precipitante aumenta notablemente al aumentar la valencia del ion.Cuando se agrega una sustancia lifila a un sol lifobo, este se vuelve menos sensible al efecto precipitante de los electrolitos; este es un ejemplo de accin protectora, siendo la sustancia lifila un coloide protector. Entonces el coloide protector confiere a los soles lifobos estabilidad en presencia de electrolitos.Propiedades pticas de los solesMuchas sustancias aparecen muy altamente coloreadas si sus partculas son de dimensiones coloidales, as como los iones de plata son incoloros, la plata precipitada es gris, y los coloides de plata tienen intensos colores caf rojizo, o caf verdoso. Algo parecido ocurre con el oro, las soluciones diluidas de cloruro de oro o del cido clorurico son ligeramente amarillas, mientras que en la reduccin de esta sustancia se forma un sol rojo intenso o violeta.Un importante efecto a tener en cuenta es la opalescencia, esta se da cuando las ondas cortas de la luz son frecuentemente dispersadas por las partculas, mientras que las ondas largas pasan sin afectarse a travs del sol. Este fenmeno depende principalmente del tamao de las partculas.Cuando un brillante e intenso rayo de luz atraviesa los soles claros, el trayecto aparece turbio. La mejor iluminacin para dichos experimentos, es un iluminador de proyeccin que produce un rayo cnico. Observado desde un lado, el trayecto de la luz a travs del sol tiene la forma de un cono, es el cono de Faraday-Tyndall; este fenmeno ocurre por la misma razn que la opalescencia, la luz es dispersada por las diminutas partculas coloidales. Este fenmeno puede observarse en un cuarto oscuro en el cual un rayo solar brillante entra por una rendija, el trayecto es visible porque las partculas de polvo reflejan y dispersan la luz permitiendo que sean observadas.Los coloides lioflicos lineales muestran un cono de Tyndall dbil, esto indica que las partculas fibrosas dispersan muy poco la luz. La dispersin depende de la diferencia en los ndices de refraccin entre el solvente y las partculas.Movimiento BrownianoEn el siglo XIX Robert Brown observ e investig en el microscopio el extrao e interesante movimiento de pequeas partculas, luego este movimiento fue llamado Movimiento Browniano. El not que los granos de polen en agua se mueven continua y muy irregularmente, brincan, giran y oscilan en todas direcciones y de una manera catica e impredecible. Pero no solo los granos de polen realizaban este movimiento, sino tambin cualquier partcula pequea.Luego Brown lleg a la conclusin que el movimiento no depende de la corriente del lquido en la cual van suspendidas las partculas ni de su mutua atraccin o repulsin, tampoco dependen de la accin de las fuerzas capilares ni de la evaporacin del lquido bajo el microscopio.Muchos cientficos trataron de explicar el movimiento Browniano, la primer explicacin correcta fue la dada por Wiener en 1863, l dijo que el movimiento se deba al bombardeo irregular de las partculas suspendidas por las molculas del lquido.Luego en 1905 Zsigmondy , quien investig muchos coloides con el ultramicroscopio, llego a las siguientes conclusiones: El movimiento es ms vigoroso mientras ms pequeas son las partculas. El movimiento no depende de la direccin del rayo de luz, o tiempo de iluminacin o de la intensidad de la luz. El movimiento no puede ser explicado por cambios en la concentracin causados por evaporacin. El movimiento no cambia con el tiempo y permanece igual por meses y aos. El movimiento depende de la temperatura, y su aumento produce un aumento en la intensidad del movimiento.Tipos de coloidesGelesEn ciertas condiciones es posible coagular un sol, de modo que se obtiene una masa semirgida gelatinosa que incluye todo el lquido del sol, a este producto se lo llama gel. De acuerdo a las propiedades los geles se dividen en geles elsticos y geles no elsticos.Un gel elstico tpico es la gelatina obtenida por enfriamiento del sol lifilo que resulta cuando se calienta esta sustancia con agua; otros soles lifilos siempre que no sean demasiado diluidos dan geles elsticos por enfriamiento.El ejemplo ms conocido de un gel no elstico es el del cido silcico conocido como gel de slice. Los precipitados gelatinosos de xidos metlicos hidratados se relacionan con los geles no elsticos, pero son precipitados que no llegan a formar un gel verdadero porque no incluyen toda el agua presente.Los geles elsticos y no elsticos se diferencian por su comportamiento en la deshidratacin y rehidratacin.Hay pruebas de que la transicin de sol a gel y la inversa se efecta gradualmente (en los geles elsticos), este hecho sugiere que no existe diferencia fundamental en la estructura de un sol y de un gel. Esto proviene de que en la formacin de un gel, las partculas en el sol se unen para formar cadenas cortas o filamentos que se entrelazan de modo que la viscosidad del sistema aumenta llegando a un estado semislido. Parte del medio dispersante puede existir como agua, pero se supone que la mayor parte es retenida en los filamentos por fuerzas de capilaridad.EmulsionesEste trmino se refiere a cualquier dispersin de un lquido en otro, siempre y cuando los lquidos sean inmiscibles. El agua es uno de los componentes ms comunes y el otro es usualmente un aceite o algn lquido lipoflico.El mtodo ms simple para hacer una emulsin es agitar juntos dos lquidos inmiscibles. Al agitar un aceite o benceno con el agua, el lquido aceitoso puedes ser dispersado en gotas, pero la emulsin no es estable, las gotas fluyen rpidamente a juntarse otra vez y los lquidos se separan en dos capas.Para preparar emulsiones estables se debe introducir un agente emulsificante dentro del sistema; este agente puede reducir la tensin de interfase facilitando la formacin de las gotas, pero no aumenta la estabilidad. Existen muchos agentes emulsificantes que se pueden clasificar en varios grupos, uno de los ms importantes es el de los jabones y detergentes.Se pueden preparar emulsiones muy estables usando una combinacin de dos o ms agentes emulsificantes, de esta manera agentes que por si solos son malos emulsificantes, unidos pueden formar emulsiones muy estables.La estabilidad de las emulsiones depende del espesor y compatibilidad de la pelcula protectora(capa de interfase), y de la carga elctrica de las gotas o la pelcula. Tambin depende de la viscosidad del medio de dispersin y de la diferencia de densidad entre los dos lquidos.Se puede hablar de dos tipos de emulsiones, las emulsiones aceite en agua, y las emulsiones agua en aceite, las primeras conducen la electricidad, mientras que las segundas no lo hacen. Las emulsiones aceite en agua pueden ser diluidas con agua, y coloreadas con colorantes solubles en agua; las emulsiones agua en aceite se pueden diluir con aceites y solo pueden ser coloreadas con colorantes solubles en aceite. Tanto el aceite como el agua pueden dar emulsiones de cualquier tipo dependiendo del agente emulsificante.Es posible por diversos procedimientos, romper las emulsiones, es decir, transformarlas en dos capas lquidas separadas; a este proceso se lo puede llamar demulsificacin. La destruccin qumica del agente emulsionante es un modo efectivo, por ejemplo, el agregado de un cido convierte un jabn en el correspondiente cido graso que no es un emulsionante. Los mtodos con calentamiento, solidificacin y centrifugacin se emplean para romper las emulsiones.Dispersiones de gasesLas dispersiones de gases en lquidos se forman cuando un gas completamente insoluble en el lquido, se fuerza hacia adentro del lquido a travs de una boquilla conteniendo canales u orificios muy finos. La estabilidad de las dispersiones de gases en agua es baja debido a que las burbujas de gas suben hasta la parte superior. Al llegar cerca de la superficie del lquido cada burbuja levanta una cpula arriba de si misma; si el lquido tiene una alta tensin superficial se rompe la delgada pelcula de la cpula desintegrndose en finas gotas (roco). De manera que el tiempo de vida de dicha dispersin se puede prolongar si la velocidad de levantamiento del aire o de las burbujas es disminuido.Se pueden hacer dispersiones tambin al forzar burbujas de aire dentro de un lquido, batiendo, golpeando, salpicando, o sea, por impacto de un objeto slido sobre la superficie de un lquido.Sin embargo la estabilidad de las dispersiones est muy limitada, pero se pueden estabilizar mediante el agregado de coloides protectores o aumentando la viscosidad, con adicin de glicerina. La estabilidad tambin depende del tamao de las burbujas, mientras ms pequeas son, ms estable es la dispersin.EspumasSi los lquidos usados para la preparacin de dispersiones de gas tienen propiedades tales que las cpulas por encima de las burbujas ascendentes no se rompan inmediatamente al tocar la superficie del lquido, se formaran entonces las espumas, que nadan sobre esta superficie. Por lo tanto las espumas son aglomeraciones de burbujas de gas cubiertas con una pelcula. Las espumas aparecen en dispersiones gaseosas estabilizadas con jabn u otras sustancias hidroflicas y se forman en la espumacin de tales sistemas. Las espumas difieren de las dispersiones en que tienen pelculas de lquido mucho ms delgadas alrededor de cada burbuja de gas.Una espuma simple esta compuesta por numerosas burbujas de gas muy compactadas cubiertas con pelculas semislidas elsticas; la pelcula forma estructuras laminares semislidas a travs de toda la espuma.Los lquidos puros no pueden formar espumas estables, los principales mtodos para la formacin de espumas son los mismos que los utilizados para la formacin de dispersiones de gas (burbujeo, agitacin, golpeo, y batido); tambin se pueden obtener espumas por ebullicin de lquidos que contienen una cierta sustancia disuelta. La habilidad de espumar depende de la actividad de superficie de esta sustancia; por ejemplo las soluciones capilarmente inactivas no forman espuma, mientras que las sustancias activocapilares si lo hacen. Sin embargo la estabilidad de una espuma tiene poco que ver con la actividad de la superficie de los componentes, ya que la condicin principal para la estabilidad es la posibilidad de formacin de una armazn laminar.AerosolesLos aerosoles fueron incluidos como coloides de acuerdo a sus propiedades pticas. Los aerosoles son un sistema con un gas como medio de dispersin en el cual tanto los lquidos como sustancias slidas pueden estar dispersos. Una dispersin de lquidos en un gas se conoce como niebla, neblina o nube; mientras que una dispersin de un slido en un gas se conoce como polvo o humo.Los aerosoles como el humo consisten en partculas slidas de la mas fina dispersin, las neblinas consisten de finas gotas de un lquido que puede o no contener sustancias disueltas o partculas slidas en suspensin. Si la concentracin de las gotas que la profundidad de visibilidad es reducida se la puede llamar niebla, las formaciones que son todava ms densas y que presentan ciertas formas o no pueden ser llamadas nubes.Los aerosoles se pueden obtener por mtodos de condensacin y dispersin. Los lquidos al igual que los slidos se pueden dispersar; rociadores y atomizadores especiales son usados dispersando lquidos impulsndolos por medio de aire comprimido u otro gas travs de una boquilla. En estos casos se necesita energa para operar el atomizador con el fin de formar una nueva gran superficie de gotas y de vencer la viscosidad del lquido. Los aerosoles obtenidos de esta manera son muy polidispersos, pero se pueden volver altamente polidispersos eliminando las gotas ms grandes,Los mtodos de condensacin son ms verstiles y estn mas diseminados debido a que producen aerosoles monosdipersos. Para preparar este tipo de soles la sustancia a dispersar es evaporada, y luego dicho vapor es enfriado rpidamente.GlosarioAdsorcin:condensacin de gases, vapores o sustancias disueltas en la superficie de un lquido o en la de un cuerpo slido. La adsorcin en general disminuye cuando disminuye la temperatura.Albmina:sustancia incolora, inspida, soluble en agua e insoluble en alcohol; pertenece al grupo de los albuminoides. Se encuentra en abundancia en la clara de huevo y en la orina humana. Se utiliza en la clasificacin de lquidos.Casena:protena que contiene al cido fosfrico. Se encuentra principalmente en la leche, y unida a la manteca forma el queso.Colodin:nitrocelulosa disuelta en una mezcla a partes iguales de alcohol ter. Extendido en una superficie se evapora y forma una pelcula contrctil.Dextrinas:sustancia slida amorfa de color blanco amarillento y de composicin anloga a la del almidn. Sus disoluciones desvan a la derecha la luz polarizada; se obtiene industrialmente del almidn para obtener la goma.Se utiliza para aadirla a las soluciones concentradas de azcares y evitar as que cristalicen.Difusin:fenmeno por el cual dos cuerpos en contacto se mezclan uniformemente sin reaccionar por la tendencia que tienen a constituir una mezcla homognea, debido al movimiento trmico de las molculas. La velocidad de difusin es mayor en los gases que en los lquidos, y en stos es mayor que en los slidos; crece con la temperatura y decrece con el peso molecular de las sustancias.Electrolito:cuerpo que se somete a la descomposicin por la electricidad.Lifilo:todo coloide que presenta una gran afinidad con la sustancia que se disgrega, en un medio de dispersin. Si este medio es el agua, entonces el coloide es hidrfilo.Lifobo:todo coloide que presenta una poca afinidad con la sustancia que se disgrega, en un medio de dispersin. Si este medio es el agua, entonces el coloide es hidrfobo.Nitrocelulosa:ter ntrico de la celulosa, que se obtiene por la accin de la mezcla del cido ntrico y sulfrico sobre el algodn.Opalescencia:reflejos de palo. El palo es una variedad de cuarzo de mineral silceo con algo de agua, lustre resinoso, translcido u opaco, duro pero quebradizo, y de colores diversos.Presin osmtica:presin que se desarrolla como resultado de la smosis, esta presin se opone a la tendencia del solvente a pasar a travs de la membrana semipermeable hacia la solucin.Tambin se puede definir como la presin en exceso que debe aplicarse a una solucin para impedir el pasaje de ella hacia el solvente cuando los dos lquidos estn separados por una membrana perfectamente semipermeable.

c. Sistemas plsticos

d. Separaciones mecnicasCribado es la separacin de una mezcla de partculas de diferentes tamaos en dos o ms porciones, utilizando una superficie de tamiz que acta como medidor mltiple de aceptacin y rechazo; en ese caso las porciones finales son de tamao ms uniforme que las de la mezcla original.El material retenido sobre una superficie del tamiz es el de mayor tamao, el que pasa por la superficie es de menor tamao y el que pasa por un rea cribadora y queda retenido en otra subsiguiente es el intermedio.Los tamices pueden estar confeccionados en alambre tejido, seda o tela de plstico, placas perforadas u horadadas. Veamos las ms utilizadas:Las telas de alambre se denominan, segn el valor, mallas, o sea por el nmero de aberturas existentes en una pulgada lineal a partir del centro de cualquier alambre hasta un punto situado exactamente a una pulgada de distancia.Tambin puede calcularse a partir de una abertura especificada en pulgadas o milmetros, que es la abertura o el espacio libre entre los alambres.La malla se emplea para las telas de 0,4 pulgadas y ms finas y la abertura libre para las telas especiales con aberturas de 0,5 pulgadas y mayores. Aclaremos:La abertura es el espacio mnimo entre los bordes de franqueo y la superficie de la criba y suele expresarse en pulgadas o milmetros.El rea abierta de la tela de alambre de malla cuadrada se puede determinar mediante la siguiente frmula:Ecuacin 2-2En donde:P = % de rea abiertaM = Malla = Tamao de la aberturaD = Dimetro del alambreDistribucin del tamao de partculas:Se define como el porcentaje relativo en masa de cada una de las distintas fracciones de tamaos representados en la muestra.Permite evaluar la operacin de cribado y se determina mediante un anlisis completo de tamaos, utilizando tamices de prueba.Escala de tamizUna escala de tamizado es una serie de tamices de prueba que presenta una sucesin fija de aberturas. La sucesin de tamices se puede obtener en series como las de Tyler, Astm, Iso, Icontec, de acuerdo a los requerimientos del producto.Las finalidades de la escala de tamizado son:- Retirar partculas finas del material antes de procesarlo.- Obtener un producto que satisfaga los lmites especficos de tamao de partcula.- Eliminar materiales atrapados o de tamaos excesivos.- Retirar impurezas o partculas degradadas de un producto terminado.Equipos de cribadoLas mquinas cribadoras las podemos dividir en cinco clases principales:- Rejas- Cribas giratorias- Cribas agitadas- Tamices vibratorios- Tamices oscilantesLas rejillas se usan primordialmente para las separaciones de partculas de dos pulgadas y mayores.Las cribas giratorias y de agitacin se emplean en general para separaciones por encima de 0,5 pulgadas. Los tamices vibratorios se emplean desde los tamaos mayores hasta las mallas ms finas y los tamices oscilantes se limitan a las mallas ms finas.Descripcin de cada equipo:Las rejillas Son un conjunto de barras paralelas espaciadas con aberturas predeterminadas y su uso est en el procesamiento de minerales.Las cribas giratorias o de zaranda Consiste en un marco cilndrico rodeado de tela de alambre o una placa perforada, abiertos en los dos extremos e inclinados en un ngulo ligero. Giran con velocidades de 15 a 20 r.p.m. Su capacidad no es grande y su eficiencia relativamente baja.Las cribas con agitacin mecnica Consisten en un marco rectangular que sostiene una tela de alambre o una placa perforada, tiene una inclinacin ligera y se suspende mediante varillas o cables sueltos o se apoya en un marco de base, mediante resortes flexibles y planos. El marco recibe un movimiento de vaivn.Las cribas vibratorias Se utilizan cuando se desea una gran capacidad y una eficiencia elevada. Se consiguen de dos clases: Cribas con vibracin mecnica y Cribas con vibracin elctrica.Tamices de movimiento alternativo o de vaivn Una excntrica bajo la criba proporciona oscilacin que va de giratorio (aproximadamente dos pulgadas), en el extremo de alimentacin; hasta un movimiento de vaivn en el de descarga. La frecuencia es de 500 a 600 r.p.m.Los tamices giratorios Son mquinas de caja ya redonda o cuadrada, con una serie de telas de cribas colocadas una sobre otras. La oscilacin, proporcionada por medio de excntricas o contrapesos se lleva a cabo en una rbita circular o casi circular.Los cedazos giratorios son cribas impulsadas en una trayectoria oscilante, por medio de un motor fijo al eje de soporte de la criba.Seleccin de las cribasLa seleccin es muy importante y es preciso tener en cuenta la abertura, el dimetro del alambre y la zona abierta. Los cuatro tipos generales de tamices son los de tela de alambre tejido, tela de seda, placas perforadas y rejillas de barras o varillas.La de tela de alambre tejida tiene la mayor variedad de abertura de criba, dimetro de alambres y porcentajes de zona abierta. Van desde 4 pulgadas hasta malla 500.La tela de malla cuadrada es el tipo comn de tela de tamiz, pero hay muchos tipos de tela con tejido oblongo.Al escoger una tabla de alambre, es preciso llegar a un trmino medio entre la precisin de la separacin, la capacidad, la falta de atascamiento y la duracin de la tela de alambre.Las telas de seda se originaron en Suiza y se tejen con seda natural retorcida y de hilos mltiples. El sistema de nmeros y grados para las telas de mallas y las gasas se derivan de los tejedores suizos originales. En los ltimos aos, se han introducido el nylon y otros materiales sintticos similares, tejidos en gran parte a partir de monofilamentos. Los grados de nylon se designan en general por su abertura en micras y existen en pesos ligeros, estndares y pesados. Determine qu tipo de material es el ms utilizado en la industria molinera.Para evaluar la eficiencia del tamizado, la W.S. Tyler Co., de Mentor, Ohio, en su Sieve Handbook, nmero 53, proporciona un mtodo adecuado para evaluar el rendimiento de los tamices. En esta frmula, cuando el material que pasa por la malla es el producto que se desea, la eficiencia es la razn de la cantidad de productos de tamao inferior que se obtienen a la cantidad de tamaos pequeos que hay en el material de alimentacin.Ecuacin 2-3En donde:E = EficienciaR = % de partculas finas que pasan por la cribad = % de partculas ms finas que el tamao diseado en la seleccinb = % de partculas ms finas que el tamao diseado, en la alimentacin de la criba.Cuando el objetivo es recuperar un producto de tamao mayor de la criba, la eficiencia se puede expresar como la razn de cantidad de partculas de tamao mayores obtenidas a la cantidad real de partculas de los tamaos mayores, as:Ecuacin 2-4En donde:O = % partculas de tamaos grandes sobre la cribaC = % ms grueso que el tamao diseado en las partculas mayores de la criba.a = % ms grueso que el tamao diseado en la alimentacin de la criba.Separaciones mecnicasGran nmero de procesos industriales exigen la separacin de componentes de mezclas o suspensiones, en operaciones de ndole estrictamente mecnica.Las separaciones mecnicas se emplean para partculas slidas, para mezclas o suspensiones slido - lquido y suspensiones de lquidos inmiscibles; generalizando su uso est limitando a mezclas no homogneas o heterogneas y en las que no ocurre transferencia de calor; operaciones como extraccin, destilacin, cristalizacin y secado, se emplean para separaciones en soluciones homogneas.Para mezclas intermedias, como se han denominado a los coloides, se emplean otros mtodos como la smosis inversa.En general, las separaciones mecnicas se fundamentan en propiedades o diferencias fsicas entre las partculas tales como la forma, tamao y densidad.Para separacin de slidos se emplea tamizado basado en el tamao de las partculas; mediante el uso de una malla o tamiz se separan las partculas gruesas de las finas.Separacin similar para partculas de poco peso y tamao pequeo se logra suspendiendo los slidos en corrientes de gas y empleando ciclones.Las mezclas slido - lquido se pueden separar mediante la filtracin o la centrifugacin, operacin esta empleada tambin para lquidos inmiscibles.TamizadoLa separacin de slidos con base en su tamao es importante como operacin para adecuar un producto para su venta o para una operacin subsecuente; es tambin mtodo importante para evaluar la eficiencia de otra operacin como la molienda o el triturado o para determinar el valor de un producto para alguna aplicacin especfica.La velocidad de reaccin qumica es proporcional al tamao de las partculas y un control en el tamao mediante el tamizado, es de importancia para controlar la tasa de reaccin.El tamizado consiste en la separacin de una mezcla de varios tamaos de partculas en dos o ms porciones, cada una de las cuales es ms uniforme en tamao de partcula que la mezcla original.La operacin de tamizado consiste en pasar el material sobre una superficie perforada en aberturas de tamao deseado.En la prctica se tiene tamizado seco cuando se maneja un material con bajo contenido de humedad o material que ha sido secado en una operacin previa.Se tiene tamizado hmedo cuando se adiciona agua a la operacin para retirar partculas final del material, como en la clasificacin y lavado de frutas y vegetales.Tamao de partculasEl material que se retiene o no pasa a travs del tamiz, se denomina Gruesos (oversize) y el que pasa se llama Finos (undersize). Para identificar el tamao de las partculas se emplean dos sistemas: el primero basado en el tamao promedio de la partcula, considerada sta como un cubo, se establece su dimensin en centmetros o pulgadas, y ella pasar por una abertura ligeramente superior a la mayor dimensin de la partcula. El segundo sistema se basa en el nmero de hilos o alambres que el tamiz o malla tiene por pulgada lineal.El primer sistema se emplea para partculas mayores de una pulgada, en tanto el segundo para menores de una pulgada.Tabla 2-2 muestra una clasificacin basada en el primer sistema con dos formas de expresar la clasificacin.Tabla 2-2Sobre 2 pulg.+2"

entre 1,5 y 2 pulg.-2 + 1.5"

entre 1 y 1.5 pulg-1.5 + 1"

para 1 pulgada- 1"

El segundo sistema conocido como Escala Standard Tyler se relaciona con otra, la Standar US. Las dos se basan en el tamiz malla 200, que emplea hilos de 0,0021 pulgadas de dimetro, para dar una abertura de 0,0029 pulgadas.La tabla 2-3 relaciona algunos tamices segn la Escala de Tyler. En la literatura se encuentra la clasificacin U.S. Standard.Tabla 2-3Ejemplo 2-1:Para mezcla de harinas, se requiere en harina de maz un tamao mximo de partcula de 0,250 mm. Establezca el tamiz que debe emplearse para dicha harina.SolucinDe acuerdo con la tabla 2-3 un tamiz malla 60 permite un paso de partculas con mximo tamao de 0,248 mm; como la especificacin dada es mximo 0,250 dicho tamiz es el indicado. Es importante recalcar que el tamiz es malla 60 en la Escala Tyler.