Comportamiento de los coloides

Propiedades ópticas: el efecto Tyndall

Cuando la luz viaja en un medio en el cual están presentes partículas discretas, sean del tamaño que sean, éstas interactúan con la luz y la desvían, o dispersan. Las interacciones que dan origen a la dispersión son las que se conocen como fuerzas de dispersión o fuerzas de London (fuerzas debidas a dipolos inducidos; en este caso, los dipolos son inducidos por el campo eléctrico fluctuante de la luz).

Cuando las partículas son de tamaño molecular, la dispersión producida es muy pequeña. No así para partículas coloidales, las cuales presentan un efecto de dispersión fácilmente medible. A este efecto se le llama efecto Tyndall. El efecto Tyndall constituye un modo de discriminar fácilmente entre una solución verdadera y una dispersión coloidal: la dispersión coloidal permite observar la trayectoria de la luz a su paso debido a la dispersión, mientras que la trayectoria de un rayo de luz que atraviesa una solución verdadera será prácticamente invisible.

Los tratamientos teóricos de la dispersión debida a partículas pueden clasificarse en cuatro tipos:

  1. Dispersión de Rayleigh
  2. Dispersión de Rayleigh-Gans-Debye (RGD)
  3. Dispersión de Mie
  4. Difracción de Fraunhofer
La dispersión de Rayleigh se aplica a partículas mucho menores que la longitud de onda incidente, por lo cual pueden considerarse como dispersores puntuales. No nos ocuparemos de la difracción de Fraunhofer, debido a que dicha dispersión se aplica mejor a partículas mayores que el intervalo coloidal.

El efecto Tyndall da origen a dos tipos de mediciones basadas en la luz dispersada:

ya sea que se basen en la intensidad de luz transmitida a lo largo o a diversos ángulos de la trayectoria del rayo incidente. Dichas técnicas son muy usadas para determinar tamaños de partícula y se explican a continuación.

Turbidimetría

En este caso se mide la intensidad transmitida a lo largo de la trayectoria del haz de luz incidente y se interpreta de acuerdo a una ecuación del tipo Lambert-Beer. En lugar de calcular la absorbancia, se calcula la turbidez, también llamada turbiedad, de la dispersión. Este tipo de medición se ubica dentro del tratamiento de dispersión de Rayleigh. La medición de turbidez constituye una prueba de rutina en el aseguramiento de la calidad del agua, y también puede usarse para estimar pesos moleculares.

Dispersión de luz

Si lo que nos interesa es la intensidad de luz dispersada a diversos ángulos del haz incidente, tenemos las opciones de fijar el ángulo para medir la intensidad, o de medir la dependencia de la intensidad dispersada de acuerdo al ángulo. Si fijamos el ángulo, normalmente a 90° el instrumento usado se llama nefelómetro y en principio permite la medición de pesos moleculares de macromoléculas en solución muy diluida.

En el caso de que midamos la dependencia de la intensidad dispersada con respecto al ángulo de dispersión (esto es, la función radial de dispersión), tenemos que ver cuál teoría es la más apropiada, RGD o de Mie. Si las partículas de interés se encuentran en el intervalo de aproximadamente 10 a 100 nm, el patrón de dispersión no será simétrico. Esto posibilita el cálculo del tamaño de partícula. También es posible comparar la función radial de dispersión observada contra patrones calculados teóricamente para diversas formas de partícula.

Si las partículas son de tamaño comparable a la longitud de onda incidente, la teoría de Mie es la indicada. El patrón de dispersión se vuelve extremadamente complicado. Los cálculos son muy complejos, por lo cual es indispensable tener una computadora programada con los algoritmos necesarios. En principio, es posible determinar no sólo pesos moleculares promedio, sino la distribución de pesos moleculares. Por desgracia, los algoritmos actuales sólo permiten el cálculo de distribuciones suponiendo que las partículas son esféricas. Está de más decir que los sistemas coloidales reales rara vez tienen formas que se aproximen siquiera a la forma esférica, siendo las excepciones algunas proteínas globulares. Claro que en el caso de las proteínas la determinación de la distribución de pesos moleculares tiene poco valor, porque éstas deben ser monodispersas. 

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Ultima actualización de esta página: 7 de agosto de 1998

Encargado de la página: Dr. Víctor Manuel Rosas García.
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Facultad de Ciencias Químicas
Universidad Autónoma de Nuevo León
San Nicolás de los Garza, NL, México.