Comportamiento de los coloides
Purificación de coloides.
Para poder estudiar un coloide es necesario eliminar
interferencias. El papel filtro no sirve si el tamaño de
partícula es menor a 10-6m. Por otra parte, muchas
veces nos interesa eliminar partículas más
pequeñas que las coloidales, p. ej., iones en exceso que a
veces quedan después de preparar un coloide. Una
atmósfera iónica muy fuerte tiene un efecto
deletéreo sobre el potencial
zeta de las partículas que lo forman, por lo cual el
coloide pierde estabilidad. Esto se cubrirá con más
detalle cuando veamos propiedades
eléctricas de los coloides.
Sedimentación y centrifugación
Ya hemos visto que una partícula más densa que el medio
que la rodea tenderá a sedimentar por acción de la
gravedad. Desafortunadamente, las partículas coloidales
tienden a alcanzar equilibrio de sedimentación, gracias a la
fuerza contraria de difusión producida por el gradiente de
potencial químico generado al sedimentarse.
Rara vez podemos depender de la fuerza de gravedad para sedimentar
partículas coloidales, por lo cual es necesario acelerar el
proceso por medio de fuerza centrífuga. A esto se le llama
centrifugación. Mientras el coloide sea liofílico, no
hay mucho de qué preocuparse. En el caso de los coloides
liofóbicos de partícula muy pequeña puede suceder
que la fuerza centrífuga aplicada sea tan grande que las
partículas se agreguen en un solo grumo muy difícil de
redispersar. Hay que tener, pues, cuidado en utilizar una velocidad de
centrifugación adecuada que nos permita redispersar las
partículas.
Aplicaciones: Determinación de pesos moleculares
de proteínas
La ultracentrífuga fue inventada por Svedberg en 1925 para ayudar
en la separación y purificación de proteínas. Para
determinar el peso molecular de las proteínas se emplean tres tipos
de mediciones:
-
Velocidad de sedimentación
-
Equilibrio de sedimentación
-
Aproximación al equilibrio
Velocidad de sedimentación
El método de velocidad de sedimentación se basa en tomar
fotografías de las partículas a varios intervalos de tiempo
durante la centrifugación. Con esto determinamos el coeficiente
de sedimentación. Mediante la ecuación de Svedberg se
puede calcular el peso molecular de una proteína a partir del coeficiente
de sedimentación.
Ecuación de Svedberg:
M = RTs/[D(1-vρ)]
Hay que hacer notar que el coeficiente de sedimentación de una
macromolécula depende de varios factores:
-
La forma de la molécula depende del solvente
-
La carga de la macromolécula
-
La gran diferencia de tamaño con respecto al solvente
-
La molécula se deforma a medida que se mueve
estos factores resultan en la dependencia que el coeficiente de sedimentación
presenta con respecto a la concentración, velocidad de centrifugación
y fuerza iónica del disolvente. Por esto mismo, cuando se determinan
coeficientes de sedimentación, es necesario mantener la fuerza iónica
entre 0.05 y 1.00 para evitar los efectos de la carga y hay que regular
el pH con un regulador. Para descartar los efectos de la velocidad de sedimentación
hay que efectuar las mediciones a diferentes velocidades, que difieran
entre ellas aproximadamente 50%. A cada velocidad debe usarse un mínimo
de 4 concentraciones distintas.
Equilibrio de sedimentación
Este método posee dos ventajas importantes sobre el de velocidad
de sedimentación:
-
No precisa conocer el coeficiente de sedimentación
-
No precisa conocer la forma de la macromoléla
La ecuación utilizada es la siguiente:
M = [2RT ln(c2/c1]/[ω2(1-vρ)(x22-x12)]
Aproximación al equilibrio
Este método es el menos exacto, pero permite una determinación
más rápida del peso molecular. La velocidad del rotor de
la ultracentrífuga se lleva a la de equilibrio en un periodo de
una o dos horas mediante una serie de ajustes. Las medidas se llevan a
cabo en el fondo del tubo y luego se puede extrapolar el peso molecular.
Diálisis
La diálisis sirve para eliminar electrolitos en exceso. Los iones
se difunden a través de una membrana permeable a los iones pero
impermeable a las partículas coloidales. Algunos autores le llaman
membrana semipermeable, pero en este
curso restringiremos el término semipermeable para membranas osmóticas.
Las membranas de diálisis pueden hacerse con colodión
(nitrato de celulosa, celulosa regenerada). La diálisis puede verse
obstaculizada, al principio, debido al flujo osmótico del solvente,
pero a medida que la concentración de sales disminuye el problema
se alivia.
Puede acelerarse el flujo de los iones aplicando una diferencia de potencial
eléctrico, entonces la técnica se denomina electrodiálisis.
En algunos casos, también se presenta electrodecantación,
que es la sedimentación de las partículas coloidales en condiciones
de electrodiálisis.
Filtración y ultrafiltración
Ya hemos visto que la filtración normal no sirve por debajo de
cierto tamaño de partícula. Sin embargo, es posible
producir membranas con tamaño de poro suficientemente
pequeño como para separar partículas coloidales (p. ej.,
Millipore). En estos casos es
necesario forzar el paso del líquido a través de la
membrana aplicando presión o succión. A esta
técnica se le llama ultrafiltración. La
ultrafiltración se usa mucho en la producción de aguas
embotelladas. No debe confundirse con la ósmosis inversa: la
ultrafiltración no elimina sustancias disueltas, solamente
partículas sólidas; mientras que la ósmosis
inversa deja pasar solamente al slovente y sí elimina los iones
disueltos.
Intercambio iónico
Gracias a que la mayoría de los coloides poseen superficies cargadas,
estas cargas son neutralizadas por adsorción de iones de la solución.
En ciertos casos lo que nos interesa es asegurarnos que los iones adsorbidos
sean todos de la misma clase. Esto se puede hacer por intercambio sobre
una resina de cambio iónico cargada con los iones que nos interesa
adsorber sobre el coloide. El mayor problema consiste en eliminar todos
los contaminantes que puedan estar presentes sobre las perlas de la resina,
lo cual no es tan fácil como pudiera parecer.
Adsorción competitiva
Fundamentalmente es el mismo procedimiento utilizado en los
laboratorios de química orgánica: adsorber impurezas
sobre carbón activado. Los químicos de coloides
prefieren emplear tejidos de fibras de carbono, en lugar de
carbón en polvo, debido a que es más fácil
eliminar el carbono con las impurezas adsorbidas. De nuevo, la tela
requiere un tratamiento para eliminar todas las impurezas con las
cuales pudiera contaminar el coloide.
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Ultima actualización de esta página: 05 de octubre de 2005
Encargado de la página: Dr. Víctor Manuel Rosas García.
e-mail:[email protected]
Facultad de Ciencias Químicas
Universidad Autónoma de Nuevo León
San Nicolás de los Garza, NL, México.