coloides

COLOIDES
Los coloides son suspensiones de partículas en un medio molecular. Para que estas suspensiones sean consideradas coloides, las partículas han de tener dimensiones en el intervalo 10 nm–10 µm. Son sistemas ubicuos en la naturaleza y con grandes aplicaciones tecnológicas: la sangre (suspensión de glóbulos rojos y otras partículas en un medio acuoso), la leche (suspensión de gotitas degrasa en agua), los huesos, las nubes, la atmosfera, las pinturas, las tintas, y un sinfín de sistemas y materiales, biológicos y sintéticos, son coloides.
La característica fundamental que hace a estos sistemas interesantes es que los fenómenos de superficie juegan un gran papel, debido a la enorme relación entre el área´ y el volumen del sistema. Por ejemplo, 1 kg de esferas de polímero dediámetro 200 nm (lo que tendríamos en cinco litros de pintura) poseen una superficie total de unos 15000 m2, es decir, una enorme cantidad de interface en el sistema.
Otra característica importante de un coloide es su estabilidad, es decir, que el coloide pueda mantener un estado en el que las partículas que lo forman no se peguen entre sí (en el caso de la leche, no es bueno que se corte, esto es, quela grasa forme un cuerpo independiente del agua, o que la sangre forme coágulos). En contra de la estabilidad de las suspensiones coloidales está la gravedad, que tiende a depositar las partículas coloidales en el fondo del recipiente que contiene al coloide, y la tendencia que tengan las partículas a agregarse debido a interacciones atractivas entre ellas (esta es la razón por la que es tanimportante entender las interacciones entre las partículas coloidales). Esta última´ tendencia se puede evitar introduciendo diversos tratamientos que hacen que las partículas se repelan). A favor de la estabilidad está el llamado movimiento browniano, al que luego volveremos.
Movimiento de una partícula coloidal
Imaginemos una unica´ part´ıcula coloidal en un medio l´ıquido (Fig. 1). La part´ıculacoloidal es lo suficientemente grande como para que se pueda hacer un tratamiento macrosc´opico de su movimiento, al menos en primera aproximaci´on. El solvente se considera como un fluido continuo, y la part´ıcula coloidal hace de condici´on de contorno para este fluido. La teor´ıa que hay que utilizar para este an´alisis es la hidrodin´amica, que pasamos a resumir. En hidrodin´amica se definenlos campos de velocidad, u, temperatura T y presi´on, p, que son funciones locales de la posici´on y del tiempo, y se resuelven las ecuaciones de la hidrodin´amica, que son ecuaciones acopladas en derivadas parciales. Suponiendo que la temperatura y la densidad son constantes, la unica´ ecuaci´on a resolver es la ecuaci´on de Navier-Stokes:
f
Esta ecuaci´on para la velocidad del fluido, u, no esm´as que la segunda ley de Newton aplicada al fluido. El primer miembro es la fuerza inercial. El segundo contiene la fuerza: la fuerza hidrost´atica, −∇p, la fuerza interna o fuerza viscosa, η∇2u, y la fuerza externa (cualquiera que sea, la gravedad, por ejemplo), f. La importancia relativa de los t´erminos m´as importantes (fuerzas inercial y viscosa; la hidrost´atica se ajusta a las anterioressegun´ el problema) la da un par´ametro, el llamado numer´ o de Reynolds, Re, que es el cociente entre la magnitud de la fuerza inercial y la magnitud de la fuerza viscosa:
Re = ρv 0a
η
v0 es la velocidad t´ıpica (por ejemplo, la velocidad de la part´ıcula lejos de un obst´aculo), a un par´ametro t´ıpico que d´e la dimensi´on de la part´ıcula, y η la viscosidad. Segun´ el valor del numero´ deReynolds, la soluci´on para el campo de velocidades u ser´a una u otra. Las condiciones de contorno sobre el campo de velocidades exigen que ´este se anule sobre cualquier superficie que limite el

Figure 1: Part´ıcula coloidal (de radio a) que se desplaza en la direcci´on −z con velocidad constante v0 en el seno de un fluido.
movimiento del fluido: son las llamadas no-slip boundary...