X. COLOIDES, GELATINAS Y ESAS COSAS
EN LOS casos vistos hasta este momento hemos considerado que dentro del fluido solamente hay una part�cula browniana. Sin embargo, se presentan con mucha frecuencia situaciones en que dentro de un fluido no hay una sino muchas part�culas brownianas (Figura 24). Es decir, se tiene una suspensi�n de part�culas dentro de un fluido. A este tipo de sistemas se les llama coloides. Los materiales coloidales son de gran importancia en diversos aspectos de la vida cotidiana e industrial. Ejemplos de sustancias coloidales son la pasta dent�frica, quesos, ciertas pinturas, gelatinas, pl�sticos, niebla, humo y esmog.
Una aplicaci�n interesante de las ideas del movimiento browniano se da en el caso de las suspensiones coloidales. �stas se forman por la dispersi�n en un fluido de part�culas de tama�os del orden de micras, es decir, tama�os mucho mayores que las dimensiones at�micas o moleculares.
Dependiendo del tipo de part�culas brownianas y los �tomos o mol�culas del fluido, se clasifican los coloides de diferentes maneras. As�, se tienen entre otros, aerosoles, geles, espumas y emulsiones. Describiremos algunas caracter�sticas de estos sistemas. En todos los casos, las part�culas grandes realizan movimiento browniano tal como se ha descrito anteriormente.
Aerosoles. �stos son suspensiones en gases (Figura 25). Si las part�culas suspendidas son s�lidas, entonces el aerosol se identifica con humo o polvo. La diferencia entre estas sustancias es solamente cuesti�n del tama�o de las part�culas: las del humo son mucho m�s peque�as que las del polvo. Si, por otro lado, las part�culas suspendidas son l�quidas, el aerosol se identifica con niebla.
Entre los aerosoles se cuenta el llamado esmog (vocablo formado por letras de las palabras en ingl�s que denotan humo y niebla) en el que part�culas tanto l�quidas como s�lidas se encuentran suspendidas en el aire.
Otras suspensiones de este tipo son c�mulos de bacterias, virus, mohos en el aire, todas de mucha importancia sanitaria.
Geles. En este tipo de coloides, part�culas tanto l�quidas como s�lidas est�n suspendidas en un l�quido (Figura 26).
En muchas ocasiones, debido a que las part�culas brownianas est�n cargadas el�ctricamente, hay interacci�n entre ellas. Esto da lugar a que formen una "cuasi-red" cristalina, es decir, formen una estructura regular, lo que les da una consistencia que no es la r�gida de un cristal, pero tampoco la de fluido que corresponde al l�quido.
Como ejemplos de geles se pueden mencionar las gelatinas, algunos jabones, ciertas arcillas, determinadas pastas como masillas, masas, barro, etc�tera. Las gelatinas se emplean en la fotograf�a, ciertos cosm�ticos, en alimentos, etc�tera.
Espumas. Una espuma es una suspensi�n de part�culas gaseosas en un l�quido (Figura 27). En general, los l�quidos puros no permiten la formaci�n de espumas estables. Por ejemplo, si se agita agua pura no se obtiene espuma. Para ello es necesario el concurso de una tercera sustancia, el agente espumoso. As�, al a�adir un jab�n o un detergente al agua, despu�s de agitar se lograr� una espuma bastante estable. Otros agentes espumosos son ciertas prote�nas, saponinas, etc�tera.
Ejemplos de espumas son algunos alimentos como la crema batida y el merengue (clara de huevo batida); otro tipo de espumas son las usadas para combatir incendios que consisten de burbujas de di�xido de carbono. Otras sustancias que se obtienen de espumas son los materiales esponjosos. Estos se logran al solidificar el l�quido que forma la espuma. Como ejemplos mencionamos algunos materiales pl�sticos aislantes.
Emulsiones. Este sistema es un coloide en el que tanto el fluido como las part�culas son ambos l�quidos que no se mezclan, es decir, inmiscibles. Como ejemplo de emulsi�n podemos mencionar gotitas de aceite en agua (Figura 28). La agitaci�n mec�nica de una mezcla de agua con gotas de aceite forma una emulsi�n que no es estable. Despu�s de cierto tiempo estas sustancias se separan, con el aceite sobrenadando en el agua. Para lograr una emulsi�n estable se necesita a�adir un emulsionante.
Las aplicaciones de las emulsiones son muy vastas. Se les encuentra con much�sima frecuencia en art�culos farmac�uticos, alimenticios o en cosm�ticos. Por ejemplo, ciertas cremas y ung�entos son emulsiones. Tambi�n lo son las mayonesas y las margarinas �sta �ltima es una emulsi�n de part�culas de agua dentro de aceite, estabilizada con aceite de soya al 1%.
El tratamiento fenomenol�gico de coloides consiste en suponer que hay cierto n�mero de part�culas coloidales inmersas en fluido y que, dado su tama�o, cada una de ellas realiza movimiento browniano bajo la acci�n de las siguientes fuerzas:
1) Una fuerza de fricci�n que se opone al movimiento de cada una de las part�culas.
2) Una fuerza estoc�stica de la misma naturaleza que las analizadas en el cap�tulo VI.
3) Adem�s, se a�ade una fuerza que ejercen cada una de las part�culas coloidales. La naturaleza de esta fuerza depende de las caracter�sticas de las part�culas suspendidas.
Como ejemplo, mencionaremos coloides con carga el�ctrica neta. Este tipo de situaci�n es muy com�n, por ejemplo en suspensiones acuosas como las gelatinas. En este �ltimo se han resuelto las ecuaciones resultantes obteni�ndose los siguientes resultados:
Se encuentra la existencia de una estructura coloidal ordenada en el espacio (Figura 29). Resulta que las posiciones de cada una de las part�culas brownianas queda ahora localizada en la vecindad de un punto. Es decir, se puede mover solamente alrededor de ciertos puntos que est�n fijos. Las caracter�sticas de la estructura que as� se forma dependen de la concentraci�n de las part�culas brownianas. Resulta, sin embargo, que existe un fuerte ordenamiento aun para peque�os valores de concentraci�n.
Figura 29. En una gelatina, las part�culas brownianas forman una estructura ordenada, cuasi-cristalina, que se encuentra dentro del l�quido.
Tambi�n se han llevado a cabo tratamientos microsc�picos de algunas suspensiones coloidales, a un nivel an�logo a los descritos en el cap�tulo VIII. Se han estudiado fluidos (T. J. Murphy y J. L. Aguirre, 1972) y el caso de modelos de osciladores arm�nicos (E. Braun, 1980). As� se han justificado las suposiciones hechas en los tratamientos macrosc�picos.
