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Doble capa eléctrica en partículas coloidales

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Doble capa eléctrica en partículas coloidales

 

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Cuando las partículas coloidales se dispersan en un líquido con iones disueltos, dependiendo del tipo de sustancia de la que estén compuestas las partículas, éstas pueden ionizarse en su superficie y adquirir carga eléctrica negativa o positiva (vale recordar que las partículas coloidales están compuestas por muchas moléculas unidas que forman un conjunto de entre 1 y 100 nanómetros de tamaño).

Las partículas coloidales pueden adquirir estas cargas eléctricas de distintas maneras dependiendo del tipo de sustancias de la que estén compuestas:

  • En el caso de partículas coloidales compuestas por sustancias iónicas, sus superficies pueden adquirir carga eléctrica negativa a causa de la adsorción de iones negativos (aniones) disueltos en el líquido o por la pérdida de iones positivos de su superficie que se disuelven en el líquido dispersante, dejando así un exceso de iones negativos en la superficie (ya que al perderse los iones positivos quedan más iones negativos).

    Es necesario señalar que la adsorción es un fenómeno por el cual una partícula sólida o líquida captura en su superficie a átomos, iones o moléculas disueltos en el líquido dispersante por atracción electrostática. No hay que confundirlo con la absorción, término que se refiere a la captura e incorporación de un cuerpo por parte de otro, haciendo que este último incremente su volumen.
     

  • Las partículas sólidas o gotitas líquidas coloidales compuestas por moléculas no iónicas (covalentes) capturan (adsorben) a iones disueltos en el líquido. Dependiendo del tipo de sustancia, pueden ser cargas negativas o positivas. De esta forma sus superficies quedan cubiertas por cargas negativas o positivas.

Las partículas coloidales con sus superficies cargadas eléctricamente atraen a iones con cargas opuestas que están disueltos en el líquido. De esta manera, se forma una capa de iones alrededor de cada partícula. Esta capa se denomina capa Stern. Por ejemplo, una partícula con superficie de carga negativa atrae a algunos iones positivos que forman una densa capa adyacente a la superficie de la partícula, la capa Stern.

Luego se forma una segunda capa más externa alrededor de la partícula. Esta capa es más difusa y contiene tanto iones positivos como negativos, aunque la mayor parte de los iones tienen carga opuesta a la de la partícula -o sea misma carga que la de la capa Stern-. Esta segunda capa se denomina capa difusa.

Por ejemplo, si la superficie de la partícula tiene carga negativa, la capa Stern está compuesta por iones positivos. La partícula coloidal seguirá atrayendo a más iones positivos, pero son rechazados por los iones positivos de la capa Stern, por lo que encuentran su equilibrio entre la atracción -por parte de la partícula- y repulsión -por parte de los iones de la capa Stern- a una mayor distancia. Asimismo, estos iones positivos atraen a algunos iones negativos (rechazados por la partícula pero atraídos por los iones positivos). Es por eso que esta capa se denomina capa difusa. La concentración de iones positivos va disminuyendo gradualmente al alejarse de la superficie del coloide, mientras que la concentración de iones negativos (es decir de igual carga que la superficie de la partícula) aumenta gradualmente a mayor distancia de la superficie del coloide, hasta llegar a un equilibrio en concentración de iones positivos y negativos a partir de cierta distancia que está en el límite entre la capa difusa de la partícula y el medio dispersante.

La carga neta a una determinada distancia de la superficie es igual a la diferencia de concentración entre iones positivos y negativos. Por ejemplo, la carga neta es superior cerca de la superficie del coloide y va disminuyendo gradualmente al aumentar la distancia, hasta llegar a cero cuando las concentraciones de iones positivos y negativos es similar. o sea, cuando la diferencia de cargas es cero.

La estructura total que se forma alrededor de cada partícula coloidal se denomina doble capa eléctrica.

Gracias a esta doble capa eléctrica que se forma alrededor de cada partícula coloidal, cada una adquiere una carga eléctrica neta del mismo tipo, por lo que cada vez que se acercan una a la otra se repelen y en consecuencia no se pueden juntar, a pesar de las fuerzas de atracción más débiles que actuarían si no estuviese la doble capa eléctrica. Esto sucede porque las fuerzas de repulsión generadas por la doble capa eléctrica son más fuertes que las fuerzas de atracción. En consecuencia, las partículas no se juntan y la mezcla coloidal se mantiene estable.

Una de las ventajas de las fuerzas de repulsión causadas por la doble capa eléctrica es que pueden actuar a mayores distancias que las fuerzas de atracción propias de las partículas. Entonces, al acercarse dos partículas entre sí, no logran alcanzar la distancia de influencia de la fuerzas de atracción, ya que las fuerzas de repulsión de la doble capa eléctrica comienzan a actuar desde una mayor distancia.

Una manera de medir el nivel de repulsión entre partículas coloidales de un determinado tipo es el llamado potencial Z, que es el potencial eléctrico que hay en el límite entre la parte fija de la doble capa eléctrica y la parte móvil, es decir en el límite a partir del cual los iones ya no siguen a la partícula coloidal en su movimiento. Este límite donde se encuentra el potencial Z se llama plano de cizallamiento. Cuanto mayor es el potencial Z, más estable es el coloide, ya que mayor es el nivel de repulsión entre las partículas coloidales. El potencial Z se mide en milivolts (1 milivolt equivale a la milésima parte de 1 volt y se simboliza mV). Cuando el potencial Z alrededor de cada partícula coloidal es inferior a 15 mV, comienza a desestabilizarse el coloide y las partículas comienzan a juntarse. Cuando el potencial Z es igual a 0 mV, el coloide coagula rápidamente debido a la aglomeración de las partículas que no se repelen entre sí.
 

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Fuentes de información:

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