Coloides

COLIODES

Un sistema coloidal o coloide es un sistema heterogéneo, formado por una fase continua en la cual se dispersa otra fase en forma de entidades o partículas con tamaños en el rango de 1nm- 1 µm

30.1. VISCOSIDAD

El estudio de la viscosidad de los coloides se puede basar en el mismo para las macromoléculas debido a sus múltiples similitudes.

La presencia de un polímero en una fase continua (llamada por comodidad en adelante, solvente), suele dar como resultado un aumento grande de la viscosidad de las dispersiones (llamadas por comodidad en adelante, soluciones), aún a bajas concentraciones. Este efecto depende fuertemente de la concentración y del solvente.

La viscosidad de una solución y la del solvente puro se miden en un viscosímetro de precisión.

Para relacionar este incremento de viscosidad con las propiedades de la fase dispersa (soluto), se hace uso de diferentes coeficientes formales de viscosidad de la disolución, que dependen de los coeficientes de viscosidad experimentales: o, para el solvente puro n, y para la disolución. Estos diferentes coeficientes están definidos en la tabla 7.

La viscosidad intrínseca, es la magnitud que de forma más directa está relacionada con la naturaleza de las moléculas aisladas del soluto, en la cual se ha eliminado el efecto de la interacción intermolecular de las macromoléculas, mediante extrapolación a disolución verdadera. Representa la variación relativa de la viscosidad de la disolución por unidad de concentración de soluto a dilución infinita.

Las determinaciones de la viscosidad intrínseca para diferentes valores medios de la masa molecular de un polímero, conducen a la ecuación:

Ecuación 147

Tabla 7: Definición de los distintos coeficientes de viscosidad que se obtienen de las medidas de viscosidades de solventes y de disoluciones, respectivamente no y n

NOMBRE DEFINICIÓN

Viscosidad relativa

Viscosidad específica

Viscosidad específica reducida

Viscosidad intrínseca o bien ,

Fuente:

Figura 23 Esquema de la relación entre [ ] y M.

Fuente: www.scielo.org.co/.../rcq/v35n2/v35n2a10fig1.gif

Donde K y son constantes experimentales que dependen del solvente, el polímero y la temperatura. Al estudiar disoluciones en las que ya se conoce la masa molecular media del polímero se pueden evaluar K y , en la forma que se indica en la figura 23.

Con los valores de estas constantes empíricas, la masa molecular de cualquier porción del polímero se puede deducir sin dificultad, a partir del valor de la viscosidad de la disolución.

Los coloides por lo general poseen una viscosidad elevada, entre ellos podemos mencionar la gelatina y el agar agar sustancias que mientras están calientes poseen una viscosidad determinada, y que al enfriarse forman geles en forma de masa elástica no fluída. Otros ejemplos de coloides: La leche, la pectina y la sangre.

Gas (a 0 °C) Viscosidad dinámica: [μPa•s] Líquidos Viscosidad dinámica: [μPa•s]

Aire

17,4 Agua(20ºC)

1002

Hidrógeno

8,4 Leche(15ºCº en cp centipoise) 1028 – 1032

Xenón

21,2 Sangre(en Pa.s)

3,5 x 10-3

Viscosímetros para coloides

La técnica más comúnmente empleada para medir la viscosidad de un líquido o de un sistema coloidal diluido es la de viscosimetría capilar. Los viscosímetros capilares de vidrio son fáciles de construir y operar, son baratos y pueden emplearse para mediciones de rutina. Los viscosímetros capilares pueden detectar rápida y fácilmente comportamientos anormales entre una serie de muestras para un estudio posterior, con instrumentos más precisos y en los que  puede variarse a voluntad, por ejemplo, el viscosímetro de cono y plato.

Otros viscosímetros muy comunes y empleados son de tipo giratorio y de tipo que cae.

viscosímetro giratorio de Couette

El fluido que se debe comprobar se pone en el espacio anular entre dos cilindros circulares concéntricos. Se hace girar un cilindro con respecto al otro. Las mediciones de momento de torsión y gradiente de velocidades se pueden correlacionar con la viscosidad, como se hace mediante una calibración con líquidos de viscosidad conocida.

Los efectos de los extremos del cilindro se deben tener en cuenta o reducirse, si las lecturas de este dispositivo van a utilizarse para determinaciones precisas de la viscosidad. Un instrumento particular de este tipo puede ser útil para mediciones relativas, como, por ejemplo, al comparar la acción de fluidos diferentes.

Existen instrumentos que son réplicas del viscosímetro giratorio de Couette; por ejemplo McMichael y Stormer son variaciones comerciales del tipo giratorio de viscosímetro.

• McMichael: En este instrumento el cilindro exterior se hace girar a velocidad constante y el interior se sostiene por medio de un alambre de torsión. Se utiliza una medición de la torsión angular del alambre al fin de obtener una lectura proporcional a las fuerzas viscosas que se ejercen.

• Stormer: El cilindro exterior permanece estacionario y se aplica un momento constante al cilindro giratorio externo, por medio de un dispositivo de pesas y poleas. Se toma una medición del tiempo necesario para que se produzca cierto número definido de revoluciones en el cilindro interno. A veces, se sumerge en el fluido un disco plano horizontal o una taza de fondo abierto circular, o bien, una horqueta, en lugar de un cilindro circular interno.

USOS

Además de medidor de viscosidades el viscosímetro giratorio se emplea para verificar la fabricación de suspensiones, pinturas y productos alimenticios.

Viscosímetro de tubo capilar

En este método se hace una medición del tiempo necesario para que cierta cantidad de fluido pase por un tubo capilar (o de calibre pequeño) de longitud y diámetros conocidos, bajo una diferencia medida y constante de presiones. Se puede aplicar la ley de Hagen – Poiseuille, en el caso de que el flujo sea laminar, para calcular la viscosidad .

 = p*Dp*D4*128*Q* l

en donde D es el diámetro interno de la tubería, p es la diferencia de presiones en la longitud l y es el gasto en volumen de flujo.

Si se mide la presión en los extremos de la tubería, deben efectuarse ciertas correcciones para los cambios de distribución de velocidad y las pérdidas de entrada. Las correcciones dependen del aparato que

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