Definición de soles (coloides)

1. Un sol coloide es una dispersión coloidal en la que las partículas dispersas son sólidas y el medio dispersante es líquido.
   
   En un sol coloide, las partículas sólidas son lo suficientemente pequeñas como para permanecer suspendidas en el líquido sin sedimentarse.
   
   Estas partículas sólidas pueden tener diferentes formas, como esféricas, filamentosas o en forma de hilos, dependiendo de la naturaleza del sol coloide en particular.
   
   Los soles coloidales pueden ser de diferentes materiales, como oro, azufre, plata, entre otros. Estas dispersiones coloidales tienen propiedades y aplicaciones específicas en diversos campos, como la química, la medicina y la industria.
   
   
   

   Forma de las partículas

   
   
   La forma de las partículas varía con la naturaleza del sol, desde la esférica a la de hilos o filamentos tenues. Las de los soles micelares de oro, azufre, cloruro de plata y otros muchos, son más o menos globulares o poliédricas, de forma que pueden deslizarse fácilmente unas sobre otras, por lo que la viscosidad de estos soles es sólo ligeramente mayor que la del líquido en que se encuentran dispersos.
   
   En cambio, en los compuestos por partículas filiformes al remover el líquido éstas se entrelazan aumentando notablemente la viscosidad. Así, una disolución de caucho sin vulcanizar en benceno (adhesivo para caucho) es muy viscosa aun en concentraciones tan bajas como el 1 %, porque la molécula de caucho tiene unos 30000 angstroms de largo y un grosor de unos pocos angstroms.
   
   La clara de huevo, que es un sol de albúmina en agua, tiene una viscosidad intermedia, porque la molécula de albúmina, aunque es muy larga, se encuentra arrollada sobre sí misma formando un ovillo globular (proteína globular).
   
   Cuando se calienta, los enlaces débiles que mantienen el arrollamiento se rompen, la molécula se estira y el sol se hace muy viscoso.
   
   Las moléculas de albúmina estiradas del todo se entrelazan con gran facilidad y entonces la clara de huevo se convierte en un gel semisólido. Este desplegarse de las moléculas proteínicas por la acción del calor es de carácter general; se supone que desempeña el papel principal en el fenómeno de la desnaturalización de las proteínas y que es el responsable de la muerte de los organismos sometidos a temperaturas excesivas.
   
   
   

   Solvatación

   
   
   Las partículas coloidales tienen una afinidad muy variable respecto al líquido en que se encuentran dispersas. Si la afinidad es grande, las moléculas del líquido se adhieren fuertemente a la superficie de aquéllas e incluso pasan a su interior, las partículas se hinchan y deben considerarse como compuestas por una mezcla de sólido y líquido.
   
   Un sol constituido por partículas de este tipo se denomina liófilo (afecto al disolvente). El vidrio soluble (polisilicatos dispersos en agua), la gelatina y el caucho disuelto en benceno son ejemplos de coloides liófilos.
   
   En cambio, las partículas cristalinas de los soles de oro o azufre están poco solvatadas y los correspondientes coloides reciben el nombre de liófobos. El grado de solvatación de una partícula depende hasta cierto punto de su forma; las filiformes tienden a ser liofílicas a causa de su gran superficie.
   
   
   

   Fenómenos de superficie

   
   
   Las propiedades de los coloides resultan muy influidas por las sustancias extrañas que se adhieren a la superficie de sus partículas por fuerzas de naturaleza física o química, en el fenómeno conocido con el nombre de adsorción.
   
   Todos los sólidos adsorben fuertemente otras sustancias, pero la cantidad de éstas que puede fijarse sobre una partícula gruesa es relativamente pequeña, ya que la capa adsorbida tiene un espesor de sólo una o dos moléculas.
   
   Si el sólido se divide en partículas más pequeñas, su superficie va aumentando y se hace enorme cuando aquéllas alcanzan las dimensiones coloidales. Un átomo gramo de azufre, 32 g, reducido a esferas de cien angstroms de diámetro, presenta una superficie de 18500 m2. Una sustancia en estado coloidal tiene una gran capacidad de adsorción respecto a otras existentes en el medio de dispersión.
   
   El fenómeno de la adsorción puede ponerse de manifiesto de una manera llamativa añadiendo un colorante en pequeña cantidad a un sol formado por una sal insoluble, dispersa en agua. Aquél es adsorbido cuantitativamente como puede apreciarse por la variación de color, que es diferente cuando está adsorbido.
   
   Si se continúa añadiendo colorante, llega un momento en que la superficie de las partículas se ha cubierto totalmente con una capa de una molécula de espesor (capa monomolecular) y desde entonces ya no se adsorbe más.
   
   De ello se saca partido para medir la superficie total de las partículas que componen un sol, para lo que basta conocer la cantidad de colorante adsorbido y las dimensiones de su molécula.
   
   A causa de la gran superficie de las partículas coloidales, la sustancia adsorbida puede influir sobre las propiedades de un sol más que la misma composición química de aquéllas. Así, un sol de vidrio finamente dividido, cuyas partículas hayan adsorbido una capa monomolecular de albúmina desnaturalizada, presenta la mayoría de las propiedades de un sol de albúmina genuino.
   
   

   Estabilidad y propiedades eléctricas

   
   
   Ya en 1857, Michael Faraday preparó soles acuosos de oro metálico (v. Faraday, Michael). Nó obstante, su gran densidad, diecinueve veces mayor que la del agua, las partículas de oro coloidal se mantienen uniformemente dispersas en el medio debido a los repetidos impactos que reciben de las moléculas líquidas que las rodean y que se encuentran en estado de continuo movimiento a grandes velocidades, como consecuencia de la agitación térmica (v. Molécula).
   
   La velocidad media de las moléculas de agua, por ejemplo, a 20 °C alcanza los 2200 km/h. Guando una partícula relativamente grande recibe en todas direcciones los impactos de millones de moléculas por minuto, su cantidad de movimiento apenas sufre una variación apreciable, pero si la partícula es pequeña, como sucede en los coloides, las fluctuaciones en el número de choques en direcciones opuestas resultan ya significativas y entonces aquélla se mueve tan pronto en un sentido como en otro.
   
   Este movimiento incesante y totalmente desordenado fue descubierto por el naturalista inglés R. Brown en 1827 y de ello deriva el nombre de movimiento browniano con que se le conoce.
   
   Sin embargo, la mayoría de los soles tendría una vida muy efímera si no se impidiera la coalescencia de sus partículas.
   
   Las pequeñas partículas tienden a quedar adheridas en el momento que establecen contacto entre sí, para formar otras de tamaño cada vez mayor, hasta que la velocidad de sedimentación llega a ser grande respecto a la del movimiento browniano. Para impedir esta agregación de las partículas coloidales resultan muy eficaces las sustancias adsorbidas, particularmente cuando tienen carácter iónico.
   
   La afinidad de un sólido para un ion depende de su naturaleza y del tamaño, carga y propiedades químicas del ion (v. Ion). Una partícula sólida colocada en una solución que contenga iones de tipos diferentes adsorbe selectivamente alguno de ellos y adquiere una carga eléctrica, del mismo signo para todas, de modo que se repelen entre sí.
   
   La fuerza de repulsión es despreciable a poco más de algunos angstroms de distancia, pero cuando dos partículas se acercan mucho y el choque es inminente, aumenta lo suficiente para impedir el contacto entre ellas, por lo que la estabilidad de muchos soles depende de la clase y cantidad de iones presentes.
   
   La estabilidad de los soles de proteínas debe atribuirse también a la carga de sus partículas aunque en este caso no sea consecuencia de la adsorción.
   
   A lo largo de la molécula proteínica, formada por aminoácidos, se encuentran grupos iónicos negativos (—COO-) y positivos (—NH3+). En solución ácida, los primeros reaccionan con los hidrogeniones del medio, quedando una carga neta positiva; en solución alcalina, por el contrario, son los grupos amino quienes pierden hidrogeniones y en consecuencia la partícula queda cargada negativamente.
   
   Los iones adsorbidos sobre toda o parte de la superficie de cualquier partícula coloidal atraen hacia ella a los de carga contraria, que forman a su alrededor una nube denominada capa exterior difusa que por efectos de pantalla, enmascara y reduce en la práctica la carga de aquélla.
   
   Cuando la concentración iónica es muy elevada, este efecto resulta tan pronunciado, que las cargas de las partículas ya no son capaces de evitar sus contactos. Por esta causa, las concentraciones pequeñas de electrólitos contribuyen poderosamente a estabilizar los coloides, pero las grandes actúan en sentido contrario y los destruyen.
   
   Si dos piezas metálicas conectadas a los polos de una batería (electrodos) se introducen en un sol, las partículas que lo constituyen emigran hacia una de ellas.
   
   La carga eléctrica de las partículas es la causa de este fenómeno llamado electroforesis, que tiene importancia práctica porque la velocidad del movimiento migratorio es característica de cada clase de partículas, depende de su tamaño, forma y carga, y de la naturaleza de la capa exterior difusa, y permite separar los coloides de sus mezclas, lo que resulta de gran valor en el análisis de proteínas.
   
   
   

   Preparación de soles

   
   
   Por molienda fina del material en masa, en los llamados molinos coloidales, o más sencillamente, por precipitación de una solución homogénea, se pueden obtener partículas micelares sólidas.
   
   Los soles de oro se preparan reduciendo con formaldehído el cloruro de oro disuelto en agua; los de azufre, oxidando con iodo una disolución de hidrógeno sulfurado; los de ioduro de plata, mezclando soluciones de ioduro sódico y nitrato de plata.
   
   Cualquiera que sea el método empleado, es siempre indispensable la presencia de un agente estabilizante que vaya siendo adsorbido por las partículas coloidales a medida que se forman. En cambio, los soles moleculares se pueden preparar casi siempre por simple adición del material sólido al líquido apropiado; así, por ejemplo, para obtener un sol de proteínas lácteas basta añadir la leche desnatada en polvo al agua.
   
   

   Ultracentrifugación

   
   
   La ultracentrífuga es un dispositivo en el que los líquidos son sometidos a un movimiento rotativo de gran velocidad, sin que se produzcan corrientes de convección perturbadoras.
   
   La parte móvil o rotor gira sobre cojinetes de aceite o de aire a velocidades de hasta 200000 rpm, con lo que la fuerza centrífuga llega a ser un millón de veces mayor que la de la gravedad (v. Centrifugadora; Centrífuga y centrípeta, Fuerza). Las partículas del sol se mueven alejándose del eje de giro y la velocidad de sedimentación llega a ser muy grande con respecto a la del movimiento browniano.
   
   Lo mismo que en la electroforesis, esta velocidad depende del tamaño y forma de la partícula. La ultra-centrífuga es uno de los medios más cómodos de que se dispone para determinar el tamaño de las micelas (también se ha utilizado para conocer el de los virus y de algunos bacilos) y el peso molecular de las proteínas y de otras moléculas gigantes.
   
   
   

   Ultrafiltración y diálisis

   
   
   En la ultrafiltración las partículas de un sol son separadas del medio de dispersión líquido mediante membranas de poros muy finos como el celofán o las películas de colodión. La diálisis es un procedimiento para separar de un sol las sales y demás moléculas verdaderamente disueltas que lo acompañan (v. Solución).
   
   El sol se coloca en un saquito de celofán que a su vez se sumerge en agua pura u otro líquido frecuentemente renovados. Las sustancias disueltas se difunden a través de la membrana hacia el exterior, pero las partículas coloidales, demasiado grandes respecto a los poros de aquéllas, quedan retenidas, juntamente con los iones adsorbidos y con los que forman la capa difusa. Véase Diálisis.
   
   

   Propiedades ópticas

   
   
   Un sol es de ordinario transparente si las partículas que lo forman son aproximadamente esféricas y de un diámetro inferior a los 300 angstroms. Entre los 300 y los 5000, el sol es opalino y difunde en todas las direcciones una pequeña parte de la luz incidente. Esta difusión, durante algún tiempo llamada efecto Tyndall (v. Tyndall, Efecto), no se
   
   debe a la reflexión de la luz sobre la superficie de las partículas, lo cual es imposible porque las dimensiones de éstas son menores que la longitud de onda de las radiaciones visibles (3500 a 7000 angstroms).
   
   La verdadera causa es la absorción de la energía luminosa por las partículas, que inmediatamente la emiten de nuevo en todas direcciones, pero lo hacen con una longitud de onda ya visible, y así se convierten en diminutos focos de luz. Como las longitudes de ondas cortas (luz azul) se difunden más que las largas, muchos soles aparecen más o menos azulados cuando se los ilumina con luz blanca y se los observa en dirección normal a la de la luz incidente.
   
   Las moléculas ordinarias también difunden la luz, pero tan débilmente que el fenómeno es sólo observable en capas de gran espesor, como ocurre en los lagos de aguas limpias y en la atmósfera. La luz difusa es predominantemente azul y, aun en medios tales relativamente puros, se debe en gran parte a partículas coloidales de polvo o a microorganismos.
   
   La difracción de la luz también afecta a la apariencia de los soles cuyas partículas son de tamaño uniforme (soles monodispersos).
   
   Un sol de este tipo, de azufre en agua, por ejemplo, se colorea brillantemente cuando se ilumina con luz blanca y el color depende del tamaño de las partículas y del ángulo que la visual forme con la luz incidente, de modo que si el observador se mueve puede percibir todos los colores del espectro.
   
   Este fenómeno no es posible en los soles corrientes, polidispersos, porque los colores de difracción, correspondientes a partículas de distinto tamaño, vuelven a mezclarse produciéndose de nuevo luz blanca o, a lo sumo, ligeramente coloreada de azul.
   
   El color natural del material que constituye las partículas se conserva a veces, no siempre, en el sol; las sustancias adsorbidas pueden variarlo produciendo efectos coloreados complejos.
   
   Como las partículas coloidales son demasiado pequeñas para reflejar la luz visible, no pueden observarse directamente ni con los más poderosos microscopios de tipo corriente, pero sí con el ultramicroscopio, en el que la iluminación se realiza en dirección normal al eje óptico del aparato (v. Microscopios). Al difundirse la luz, las partículas se hacen visibles en forma de diminutos puntos luminosos sobre un fondo oscuro.
   
   El ultramicroscopio permite contar el número de partículas, pero no puede suministrar información alguna acerca de su tamaño o forma. Esta limitación se ha vencido en el microscopio electrónico (v. Microscopio electrónico), de funcionamiento análogo al del microscopio ordinario, pero tal que para producir las imágenes utiliza haces de electrones de gran velocidad en lugar de fotones.
   
   Como la longitud de onda de un electrón acelerado por un potencial de 75 kv, fácil de alcanzar en la práctica, es de 0,05 Á, el poder de resolución de un microscopio electrónico es teóricamente muy grande. Con este aparato se consiguen imágenes muy detalladas, observables directamente o por fotografía, hasta los 100 Á, lo que permite estudiar cómodamente el aspecto superficial de las partículas coloidales.
   
   Los principales inconvenientes del método consisten en la complicada preparación de la muestra de prueba, que a veces es necesario recubrir lateralmente con oro, cromo u otro metal para que destaque más su forma (método del modelo sombreado), y la necesidad de situarla en una cámara de vacío en la que la evaporación inevitable del líquido dispersante puede alterar notablemente la apariencia de partículas tan delicadas.
   
   No obstante los avances realizados, esta técnica se encuentra todavía en estado muy rudimentario y es susceptible de perfeccionamientos muy considerables.
   
   Para más información ver: coloide.

Física y química

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