La complejidad de los sistemas dispersos

"Explorando las propiedades y aplicaciones de las mezclas heterogéneas"

Sistemas Dispersos
 

Si agitamos un sistema heterogéneo formado por agua y arcilla, podemos observar las partículas de arcilla, finalmente divididas, dispersas en el agua. En el caso de una solución de sal en agua (sistema homogéneo), el grado de división del sólido es mucho mayor que en el caso anterior y las partículas de sal no son visibles. Los sistemas heterogéneos, como el agua y la arcilla, se denominan sistemas dispersos o dispersiones.

Las dispersiones son sistemas heterogéneos en los que una fase contiene a la otra distribuida en ella, en forma de partículas pequeñas. En el segundo caso, la fase que se encuentra dividida se llama fase dispersa y la otra es la fase dispersante.

Las partículas dispersas pueden presentarse en cualquiera de los estados de agregación, al igual que el medio en el que se hallan distribuidas. La tabla siguiente muestra ejemplos de dispersiones: Partícula Dispersa - Medio de Dispersión Ejemplo Gas-Líquido Soda Gas-Sólido Esponja Líquido-Gas Niebla Líquido-Líquido Emulsión de aceite y agua Líquido-Sólido Gelatina Sólido-Gas Humo Sólido-Líquido Suspensión de almidón en agua. Las dispersiones más comunes son aquellas en las que el medio dispersante de las partículas es líquido.

Las propiedades de los sistemas dispersos, y también su estabilidad, dependen del tamaño de las partículas dispersas. Si estas son muy grandes, los sistemas dispersos son inestables y, en poco tiempo, se produce la separación de las fases. Por ejemplo, en una dispersión de arena y agua, la fase sólida se deposita rápidamente. Si la dispersión es de partículas de aceite en agua, la fase dispersa acaba por sobrenadar sobre el agua debido a su menor densidad.

Para expresar las dimensiones de las partículas dispersas, se utiliza la unidad denominada “micrón” (µ). 1 micra equivale a 10-6 m ó 10-3 mm, es decir, 1(µ) = 10-6 m = 10-3 mm. Según el grado de división de las partículas dispersas, las dispersiones heterogéneas pueden ser:

Groseras o macroscópicas: son sistemas heterogéneos que se caracterizan porque la fase dispersa puede ser observada a simple vista o con una lupa. Las dimensiones de las partículas dispersas son mayores que 50 µ. Ejemplo: Talco y agua, azufre y limaduras de hierro, soda servida en un vaso.

Finas: son sistemas heterogéneos en los cuales la fase dispersa no es visible a simple vista, pero sí lo es al observarla con un microscopio. Las dimensiones de las partículas dispersas oscilan entre 50 µ y 0,1 µ. Por ejemplo, la leche se presenta a simple vista como un líquido blanco homogéneo, pero observada al microscopio resulta ser  las micelas son partículas cuyo tamaño se encuentra en el rango de 0,1 µ y 0,01 µ, y su tamaño se mantiene constante debido a la acción de la repulsión electrostática entre ellas. Las dispersiones coloidales también se denominan soluciones coloidales o simplemente soles, y su estabilidad se debe a la llamada "acción estabilizante del coloide". Esta acción puede ser debida a diferentes causas, tales como: la repulsión electrostática entre partículas cargadas eléctricamente del mismo signo, la formación de una capa adsorbida sobre la superficie de la partícula (por ejemplo, la formación de una capa de moléculas de surfactante) o la formación de un enrejado estructural en la dispersión que evita que las partículas se añaden.

En resumen, los sistemas dispersos son aquellos sistemas heterogéneos en los que una fase se encuentra distribuida en forma de pequeñas partículas en otra fase. Las dispersiones pueden ser clasificadas según el tamaño de las partículas dispersas, y su estabilidad depende de diferentes factores, como el tamaño de las partículas, la repulsión electrostática, la formación de una capa adsorbida o un enrejado estructural.

Las suspensiones son frecuentes en la naturaleza.
Las aguas de los ríos contienen partículas en suspensión que, al depositarse en los lugares donde la corriente es más lenta, forman sedimentos de arena, arcilla, materiales calcáreos entre otros materiales arrastrados por ellos.

Coloidales y soles: Son sistemas heterogéneos cuya fase dispersa posee un alto grado de división y solamente es visible al ultramicroscopio. Este aparato se diferencia del microscopio óptico común ya que en él la luz no incide directamente sobre las partículas sino en forma lateral. Así observadas las partículas dispersas se aprecian como puntos luminosos debido a la luz que difunden. Este fenómeno de difusión de la luz se llama "Efecto Tyndall", y es observable cuando un rayo de luz penetra en una habitación a oscuras o en penumbras: las partículas de polvo atmosférico son visibles como puntos luminosos.

Son ejemplos de dispersiones coloidales: la gelatina, el agua jabonosa, la clara de huevo en agua. Las partículas de la fase de dispersión reciben en este caso el nombre de micelas, y sus dimensiones oscilan entre 0,1µ y 0,01µ. Las micelas se mueven en el seno de la fase dispersante en forma desordenada, con gran rapidez y en zig-zag (movimiento browniano) Dada su pequeñez, pueden atravesar los filtros comunes.
Las dispersiones coloidales más comunes son los "hidrosoles", en los que la fase dispersante es el agua. 

Separación de fases , los sistemas homogéneos suelen formar parte de los sistemas heterogéneos (constituyentes), cuyas fases es necesario separar. Para ello se utilizan diversos métodos físicos, cuyas características dependen del estado físico y de las propiedades intensivas que presentan las diversas capas.
Es importante señalar que los métodos de separación se aplican a sistemas heterogéneos para separar las fases constituyentes del mismo y que son métodos físicos. Podemos citar como ejemplos de métodos de separación los siguientes: tamización, levigación, flotación, filtración, filtración al vacío, decantación, centrifugación, disolución y sublimación.