Colo Ides

SISTEMAS DISPERSOS
COLOIDES
¿Qué es un coloide?
Es una dispersión homogénea, cuyas
partículas no sedimentan o separan
fácilmente.
Dp = 1 a 100 nm (0.0000001 y 0.00001
cm).
COLOIDES
Son sistemas formados por partículas de
tamaños entre 1 nanómetro y 1 micrómetro.
Normalmente se encuentran formando una
suspensión en un medio con partículas de
tamaño más pequeño. Tienen una gran
importancia científica y tecnológica. Coloide
son muchos de los productos de nuestra
vida cotidiana: la leche, las pinturas y tintes,
la sangre,
COLOIDES
los microorganismos patógenos, los
ácidos húmicos que son corrientemente
responsables del color, los ácidos fúlvicos
y los complejos arcilla-metal están en el
rango del tamaño coloidal: 1 nm a 10 µm
(1 namómetro = 10-9m; 1 micrómetro =
10-6m). Los coloides son partículas de
tamaño intermedio entre las moléculas y
las partículas suspendidas que tarde o
temprano decantan por efecto de la
gravedad.
COLOIDES
Partículas de 1 - 100 nm , “micelas”
(visibles al Ultramicroscopio).
Partículas que no dializan ( moléculas
proteicas, polisacáridos, etc.).
Por su tamaño dispersan o refractan la luz.
Sistema de apariencia turbia o translúcida.
No se depositan en el fondo por gravedad.
Ejs: Albúmina, goma arábiga, agar-agar,etc.
COLOIDES
• En lugar de hablar de disolvente y soluto,
se acostumbra emplear los términos fase
dispersora y fase dispersa.
• No se sedimentan, atraviesan los filtros,
no atraviesan las membranas
semipermeables, tienen movimiento
browniano, presentan el fenómeno de
Efecto Tyndall
ESTABILIDAD
 Un coloide subsiste gracias al
equilibrio que no permite que se
junten las pequeñas partículas de la
fase dispersa . En algunos casos ello
sucede debido a una repulsión de tipo
eléctrico entre ellas, en otras, la
presencia de sustancias
estabilizadoras, llamadas surfactantes
o emulsificantes impide la agregación.
El jabón es una de ellas.
¿Qué es movimiento Browniano?
 Es el movimiento en zig-
zag de las partículas
coloidales, debido a las
colisiones entre las
moléculas del medio
dispersor y las partículas
de la fase dispersa.

¿Qué es efecto Tyndall?
 Es un fenómeno que se
aprecia cuando un rayo
de luz pasa por una
mezcla coloidal y éste es
reflejado por las
partículas dispersas en
la mezcla, haciendo que
se ilumine mayor espacio
del coloide y
perdiéndose el aspecto
de rayo luminoso.
TIPOS DE
COLOIDES
HIDROFÍLICOS
SOLES:
HEMOGLOBINA,
ENZIMAS,
ANTICUERPOS
GELES: AGAR-
AGAR
HIDROFÓBICOS
EJ: LECHE,
MAYONESA
adición de
coagulante:
cloruro
férrico o
sulfato de
aluminio
desestabilización de
la partícula coloidal:
por cationes
poliméricos tales
como [Fe
3
(OH)
4
]
5+

formación de flóculos.:
las partículas se unen
formando aglomerados
pequeños .

Figura 1. Detalle de cargas negativas realizando
coagulación.
Copyright © 2007 Fibra S.A.

Figura 2. Ilustración con detalle de cargas de los flóculos formados.
Tipos de sistemas coloidales
Medio dispersor Fase dispersa Clase Ejemplo
Sólido Sólido Sol sólido Perlas
Líquido Emulsión sólida Queso, mantequilla
Gas Espuma sólida Malvavisco, piedra pómez
Líquido Sólido Sol Gelatinas , pinturas
Líquido Emulsión Leche , mayonesa
Gas Espuma Merengue, jabonadura
Gas Sólido Aerosol sólido Humo
Líquido Aerosol líquido Nubes, spray



COLOIDES
 Para formar un coloide hay que estabilizarlo;
esto se hace para que las partículas no se
peguen unas con otras (coagulen o floculen) y el
coloide se mantenga estable. La propensión de
los coloides a coagular es debida a las fuerzas
atractivas de van der Waals. La estabilización se
puede realizar de dos maneras, que dan lugar a
los dos tipos de coloides:
 Coloides estabilizados por carga
 Coloides estabilizados entrópicamente (o
estéricamente)
Este mecanismo de estabilización de coloides involucra la presencia
de moléculas poliméricas (liofílicas), que se adsorben sobre la
superficie de las partículas coloidales y que evitan que éstas floculen.
Adsorción de polímeros
• Si la distancia entre las
superficies de las partículas
coloidales, H, es mayor que dos
veces delta, no hay interacción o
si la hay es muy pequeña. Sin
embargo, si H es menor que dos
veces delta, las capas de material
polimérico adsorbidas se
interpenetran, lo que resulta en
una interacción repulsiva, de
origen entrópico: el reducido
espacio limita el movimiento de
las moléculas, lo que reduce la
entropía y hace a esta
configuración menos favorable
CARGA
La mayoría de los
coloides están
cargados
negativamente, por lo
que en agua son
estables debido a la
repulsión
electrostática entre
estas partículas
invisibles. Esta
repulsión sobrepasa
las fuerzas de
atracción de van der
Waals, por lo que no
se aglomeran y por lo
tanto no precipitan.

Comportamiento eléctrico de los
coloides
 Si se introducen dos electrodos conectados a una fuente
de corriente continua en una dispersión coloidal, las
partículas se mueven según el signo de su carga, hacia
el ánodo (anaforesis) o hacia el cátodo (cataforesis),
originando un fenómeno conocido con el nombre de
electroforesis.
 La velocidad de desplazamiento de las micelas, por
unidad de intensidad del campo, es variable y depende
de su carga y de la resistencia que le opone el
disolvente.

Electroforesis
 En A se observa el tubo con las
dos proteínas mezcladas y el
frente 1 que las separa de la
solución "buffer". En B se han
formado dos niveles de avance,
el 2, que pertenece a los dos
coloides, y el 3 a uno solo de
ellos; y en C se ha representado
el valor del índice de refracción
de la solución a lo largo del eje
de la cubeta; ε0 "buffer", ε1 un
solo coloide, y ε2 dos coloides.
En D se resume la variación del
índice de refracción a lo largo de
la cubeta. A cada frente de
separación le corresponde un
determinado índice de
refracción, representado por una
punta en la curva.
MICELA
Origen de la
carga eléctrica
Iones
adsorbidos a la
superficie
La micela se
disocia
liberando un ión
Potencial Zeta
Doble capa eléctrica de las micelas
Aplicaciones: coloides de uso
clínico
hidrofílicos
Alto peso molecular
Expansores del
volumen plasmático
Requisitos de los coloides de
uso clínico
• libre de antígenos o
propiedades alergénicas
• libre de riesgo infeccioso
• ejercer una presión oncótica
intravascular sostenida

• larga vida sin necesidad de
almacenamiento especial
• bajo costo
Origen
Los coloides de
uso clínico
pueden ser
Naturales
Plasma,
albúmina
semisintéticos
Dextranos,
gelatinas y
almidones
modificados
Dimensión molecular y
configuración
• Todos los coloides exceptuando a la albúmina,
presentan una polidispersión de moléculas
alrededor de su peso molecular. Esto significa
que el peso molecular se debe interpretar como
una media o un promedio de varios pesos
moleculares.
• Esto representa que en una solución de coloide
existen moléculas grandes y otras pequeñas,
donde cada una tendrá una farmacocinética
diferencial, con consecuencias distintas. Las
configuraciones pueden ser desde lineales
hasta globulares como la albúmina. Estas
condiciones de dimensión y configuración deben
garantizar el efecto coloidosmótico.
presión
osmótica
debida a las
proteínas del
plasma : 20 mm
de Hg
presión osmótica
derivada del
equilibrio de
Gibbs-Donnan,*:
7-8 mm de Hg.
Presión
oncótica
*ocasionado por el gradiente eléctrico que se origina cuando
existen proteínas cargadas a un lado de una membrana semi-
permeable.
Albúmina:
69000 Da
• 4.5 g/dL
• 21.8 mmHg
• Mayor efecto
oncótico.
globulinas
• 2.5 g/dL
• 6 mmHg
fibrinógeno
• 0.3 g/dL
• Menor efecto
oncótico.
• Mayor duración
Presión
oncótica:
28 mmHg
Viscosidad
 La viscosidad ideal para los coloides de
uso clínico debe ser de igual magnitud
que la del plasma, la cual es de 2 cP.
 Los productos en uso tienen viscosidades
entre 1,4 y 5,4 cP
coloides disponibles para uso
clínico
• coloide estándar para comparación
• Monodispersa
• Puede ser isooncótica (5%) o hiperoncótica (25%).
• Un gramo atrae alrededor de 18 cc de agua.
Albúmina
• Polímeros de glucosa
• Origen bacteriano
• Polidisperso
• Un gramo retiene 20 a 25 mL de agua
Dextranos

• PM promedio = 450000 Da
• Eliminación lenta
ALMIDÓN HIDROXIETÍLICO
(AHE)
• derivados de la hidrólisis del colágeno
bovino
• PM= 35000 Da

GELATINAS

Poligelina
Tratamiento alcalino
de la gelatina
degradación a
proteínas de peso
molecular
entre12.000 y 15.000
Da
Tratamiento con
hexametil di-
isocianato para unir
los polipéptidos
peso molecular
promedio de 35.000
Da
rango de dispersión:
5.000 y 50.000 Da
Gelatina fluida modificada
Hidrólisis
alcalina de la
gelatina
Gelatina
Degradada: PM
23000 Da
Tratamiento con
ácido succínico:
aumento de la
carga negativa,
disminuye el
enrroscamiento
y aumenta el
tamaño
molecular.
Oxipogelatina

condensación
con Glyoxal
oxidación con
peróxido de
Hidrógeno.
proteínas
globulares con
PM promedio de
30.000 Da, con
rango de 6.200 a
72.000 Da
Coloides hidrofílicos


 Son dispersiones de macromoléculas fuertemente hidrofílicas
debido a la presencia de grupos polares.

 Estos sistemas adquieren consistencia espesa cuando la
concentración de la fase dispersa tiene determinado valor
(diferente en cada caso), y se los llama Mucílagos o Coloides
Hidrofílicos.

 Las sustancias capaces de formar dispersiones acuosas
homogéneas altamente hidrofílicas pertenecen a distintas
especies químicas y suelen conocerse como agentes
espesantes.





Agentes espesantes





De origen vegetal
Exudados Goma arábiga
Goma tragacanto
Goma Karaya
Extractos vegetales Goma guar
Almidón
Pectina
Extraído de algas Alginato
Agar
Carragenatos

De origen Animal
Gelatina
Caseína

Derivados de la celulosa
modificada
Metil (de empleo
frecuente)
Carboximetil
Etil
Hidroxietil-Hidroxipropil
Agentes espesantes




De origen mineral




Silicatos de aluminio y magnesio
Bentonita: Silicato
hidratado de aluminio con
trazas de óxido de hierro.
Veegum: Silicato
magnésico alumínico
coloidal.




De origen sintético
Carbomer (carboxipolimetileno,
polímero carboxivinílico, ácido
poliacrílico)
Anhídrido silícico coloidal (Aerosil)
Alcohol Polivinílico
P.V.P
Características de los coloides hidrofílicos

 Viscosidad superior a la del medio dispersante. Moléculas fuertemente
hidratadas que aumentan la viscosidad del medio.
 Tensión superficial un tanto menor que la del medio dispersante.
 Poca sensibilidad frente a los electrolitos (no modifican mayormente su
aspecto por el agregado de sales).
 Más estables con el tiempo (por su gran hidrofília y carga eléctrica); no
separan la fase dispersa. Salvo si someten a cambios bruscos de
temperaturas y de pH.
 Presentan efecto Tyndall débil (no es fácil detectarlo con el
ultramicroscopio).
 Por pérdida de agua pueden formar geles, pero son fácilmente
redispersables (coloides reversibles o emulsoides). Sol a Gel y de Gel a
Sol.
 No presentan movimiento browniano notable, las moléculas están
inmovilizadas por el manto de hidratación.
 Poca resistencia frente a bacterias y hongos (es necesario agregar un
conservador).


GELES


• Se denominan geles a coloides transparentes; sistema de dos
componentes, rico en líquido, de naturaleza semisólida.

• La característica común es la presencia de un tipo de estructura
continua que les proporciona las propiedades de los semisólidos.

• Son sistemas coherentes desde el punto de vista estructural.

• Todo mecanismo que tiende a reducir la hidratación de las partículas
coloidales hidrofílicas induce a la coagulación (fenómeno de
inestabilidad).
Métodos de Coagulación de un Sol


 Enfriamiento
 Evaporación
 Agregado de solventes
 Por acción de grandes cantidades de electrolitos (salazón o
salting-out)

 Por distintos métodos es posible coagular un sol, especialmente un
sol liófilo, obteniendo una masa semirrígida gelatinosa que incluye
todo el líquido del sol liófilo, este producto obtenido se llama Gel.
Pesos moleculares promedios (MMN, MMP)
• Consecuencia de la polidispersidad
• Coloides (específicamente liofílicos) difieren en sus longitudes
de cadenas y PM
• Considérese el caso de un coloide formado por 2 fracciones
con PM de 1000 (A) y 100000 (B)
• X
A
= X
B

PM promedio numérico
500 , 50
2
100000 1000
_


 M
PM promedio en peso
(ponderado)
010 , 99 100000 * 99 , 0 1000 * 01 , 0
_
   M
i i
i i
M n
M n
M




2
Para un sistema polidisperso se tiene que:
M (promedio peso) > M (promedio en número)
Indice de
polidispersión
(IPD)
número) en promedio (
peso) en promedio (
M
M

IPD para un sistema de partículas homogéneas = 1
Number average relative molecular mass (=
number average molecular weight)
are the amount of substance and the
relative molecular mass of the species
i respectively.
Mass average relative molecular mass (=
mass average molecular weight)
Z-average relative molecular mass
(= Z-average molecular weight)
Acción Protectora
Si agregamos un coloide Liófilo a uno Liófobo este aumenta
su estabilidad.
La Acción Protectora se mide por medio del Número de Oro
El Número de Oro se define como la cantidad de Coloide
Protector en mg ( coloide liófilo) que se debe agregar a 10
ml de Oro Coloidal Rojo para evitar que precipite o cambie
de color al azul(coagulación), por el agregado de 1 ml de Cl
Na al 10 %.

Número de Oro:
He aquí algunos números de oro:
Coloide Protector Número de oro
Gelatina 0,005 – 0,01
Caseína 0,01
Goma arábiga 0,1 – 0,4
CMC sódica 0,4 – 1,0
Dextrinas 6 – 20
Almidón 25
Acido silícico infinito

Estabilización de las partículas coloidales:
 Existen dos tipos de coloides con características :
1. Coloides hidrofílicos (termodinámicamente estables)
Presentan afinidad por el agua. Se aíslan y evitan el contacto
con otras partículas, rodeando su superficie con una capa de
moléculas de agua (hidratación).
2. Coloides hidrofóbicos (termodinam. inestables)
Presentan escasa tendencia
a ser mojados. Deben su es-
tabilidad a cargas eléctricas
de superficie. Estas partícu-
las cargadas, se rodean de
una capa de iones de carga
opuesta, llamados contra-
iones, constituyendo una
doble capa eléctrica (Capa
de Stern). Ejemplo: m.o.
Coloides hidrófobos
(Características)

• No modifican la viscosidad, ni la tensión superficial del medio dispersante.
• Alta sensibilidad a los electrolitos que influyen sobre la carga eléctrica que
circunda a la partícula.
• Inestabilidad por efecto de la diálisis (eliminación total de electrolitos hace
al sol inestable).
• Pequeñas cantidades de electrolitos estabilizan un coloide hidrófobo.
• Presentan efecto Tyndall debido a la diferencia en el índice de refracción
de las fases dispersa y dispersante. Las partículas coloidales por su
tamaño pequeño reflejan la luz produciendo este efecto (fácilmente
detectadas con el ultramicroscopio).
• Forman por separación sólidos que son difíciles de resuspender en agua
(coloides irreversibles). No pasan nuevamente a soles por agregado del
dispersante.
• Presentan una gran superficie al medio de dispersión, lo que determina
una conducta especial de estas partículas (se distribuyen por todo el
medio de dispersión).

Coloides hidrófobos
(Características)

 No atraviesan membranas de diálisis. La diálisis prolongada separa iones, las
partículas coloidales quedan desprovistas de sus cargas protectoras y coagulan.
 No se ven al microscopio ordinario, sí al electrónico.
 Partículas generalmente inorgánicas.
 No se forman espontáneamente.
 Presentan movimiento Browniano (movimiento errático de las partículas).
Consiste en un movimiento desordenado continuo con trayectorias de zig-zag
(mantiene a las partículas dispersas).


Estabilización de coloides hidrófobos

• 1. Con una pequeña cantidad de electrolitos.
Se forma una doble capa eléctrica sobre la superficie de las
partículas. Las partículas se cargan todas iguales, se repelen,
evitando la coagulación (aumenta el potencial zeta).

• 2. Con coloides protectores: son coloides hidrofílicos que forman
alrededor de cada partícula un retículo altamente hidrofílico (película
protectora), que evita el choque de partículas.

• 3. Tensioactivos iónicos: se comportan igual que los electrolitos.

• 4. Tensioactivos no iónicos: tipo Tween. Forman una barrera estérica
que impide el acercamiento de las partículas y por lo tanto la
coagulación.


 La caída del potencial en la doble capa suele llamarse
Potencial Electrocinético o Potencial z.
 La estabilidad de la dispersión depende de los iones que
el coloide adsorba. Casi todas las partículas coloidales, que
estén dispersas en agua a pH entre 5 y 7, presentan carga
negativa y su potencial z varía entre -14 y -30 mV.
 Dispersiones con pot. z < -14 mV, tienden a aglomerarse.
 Los mejores resultados de desestabilización se presentan
cuando el potencial z es cercano a cero.
 Dependiendo de las características de los  tipos de con-
traiones involucrados, el potencial z puede ser reducido de
las siguientes formas:
1) Por la compresión del espesor de la doble capa debido a la
incorporación de contraiones en la capa difusa
2) Por la adsorción específica del contraión sobre la superficie
de la partícula, con la consecuente reducción en el potencial.
¿Qué es el Potencial Zeta?


Estabilidad en Solución-Potencial Zeta de
"A Control of Colloidal Stability"
by Thomas Riddick
Potencial Zeta Promedio Estabilidad
–100 to –60 mv Estabilidad excelente o
muy buena
–60 to –40 mv Estabilidad Razonable
–40 to –30 mv Estabilidad Moderada
-30 to –15 mv Umbral de dispersión
ligera
–15 to –10 mv Umbral de aglomeración
–5 to +5 mv Aglomeración &
precipitación
Potencial Zeta como función
del pH

la curva pasa través del
potencial zeta en cero,
en el eje de las X, y a
este punto se le llama
punto isoeléctrico. Esto
significa que las
partículas no
experimentan repulsión,
por lo que la
aglomeración puede ser
un efecto a esperarse.
como regla si queremos
asegurarnos que exista
repulsión entre las
partículas, debemos
asegurarnos de que el valor
de potencial zeta en mayor
a +30mV o menor a –30mV.