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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
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-v(ro))]

Hay que hacer notar que el coeficiente de sedimentación de una macromolécula depende de varios factores:

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: La ecuación utilizada es la siguiente:
M = [2RT ln(c2/c1]/[(omega)2(1-v(ro))(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: 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.