Potencial z: valores, grados de coagulación, determinación, usos
El potencial z o potencial electrocinético es una propiedad de las partículas coloidales en suspensión que indica cuán grandes son las magnitudes de sus cargas eléctricas en comparación al medio dispersante. Viene representada por la letra griega ζ, y tiene unidades de V o mV.
Las partículas coloidales llevan consigo, por lo general, una carga negativa asociada a su naturaleza. Cuando estas se dispersan en un medio cualquiera, atraen partículas de cargas positivas, las cuales terminan formando una capa del grosor de los iones: la capa de Stern (imagen inferior).
Sobre esta capa fija (Stern Layer), según las dimensiones de la partícula coloidal, sea sólida, líquida o gaseosa, se agregarán otros iones vecinos. La mayoría de ellos seguirán siendo positivos, porque experimentan la gran carga negativa de la partícula coloidal; sin embargo, aparecerán también partículas negativas, dando lugar a una doble capa eléctrica.
Más allá de la doble capa eléctrica se tendrá el medio difuso y dispersante, indiferente a la carga de la partícula coloidal. Es así pues, que el potencial z refleja qué tan cargada está dicha partícula frente al medio que la rodea, tomando como referencia el plano (slipping plane, arriba) que separa la doble capa eléctrica con el resto de la solución.
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El potencial z puede adquirir determinados valores, positivos o negativos, de acuerdo al signo de la carga que portan las partículas coloidales. Muchas de ellas muestran valores de ζ en un intervalo de -60 mV a 60 mV.
Si ζ está por debajo o encima de este intervalo de valores, la estabilidad de las partículas coloidales será excelente, lo que significa que permanecerán dispersadas sin agregarse.
Mientras, aquellas partículas que tengan un valor de ζ entre -10 mV y 10 mV, serán propensas a aglomerarse; siempre y cuando no estén recubiertas por unas películas de moléculas ancladas covalentemente a sus superficies. Se dice entonces que se “rompe” el estado coloidal.
Estos valores deben venir reportados con las indicaciones de pH y el solvente en que se determinaron. Por ejemplo, ζ variará enormemente con la adición de un ácido, pues aporta iones H+ que se cuelan entre la doble capa que rodea a las partículas. Esto resulta en un incremento positivo en los valores de ζ.
Cuando ζ tiene un valor de 0, hablamos del punto isoeléctrico de la solución. Por lo tanto, es la región donde las partículas tenderán mucho más a aglomerarse. La adición de sales muestra el mismo efecto: los iones agregados disminuirán o comprimirán la doble capa, teniendo como consecuencia que ocurra la aglomeración.
El potencial z es el responsable de que las partículas coloidales de iguales cargas se repelan unas con otras. Se dice entonces que el grado de coagulación es nulo, pues no hay oportunidad de que interaccionen.
A medida que se neutralizan tales cargas, las partículas comenzarán a interactuar mediante fuerzas de Van der Walls, hasta que la coagulación tome lugar.
La electroforesis es un método usado para estimar el valor del potencial Z de una partícula en suspensión.
Al aplicarse un campo eléctrico, las partículas cargadas eléctricamente se desplazarán hacia el electrodo que tenga una carga contraria a la suya. La movilidad electroforética se relaciona directamente con la velocidad de la partícula en la electroforesis, e inversamente con el gradiente de voltajes.
Es así pues, que el potencial zeta está sujeto a la movilidad electroforética, que a su vez depende de la viscosidad de la solución, de la diferencia de voltajes aplicado entre los electrodos, y de la constante dieléctrica de la solución.
Este desplazamiento se analiza mediante la incidencia de un rayo láser, cuya radiación es dispersada por las partículas móviles y ocasiona variaciones de su frecuencia. Dichos cambios de la frecuencia del láser se relacionan con la movilidad electroforética, y finalmente, con el potencial z.
Mientras mayor sea la movilidad electroforética, mayor será el potencial z de las partículas en cuestión.
Las mediciones de ζ permiten establecer si ha habido cambios superficiales en las partículas coloidales. Entiéndase por estos cambios a las interacciones entre dos o más agregados.
Por ejemplo, si las partículas A y B se mezclan, y ζ cambia para ambas, quiere decir que están interaccionando; y por lo tanto, que sus superficies experimentan cambios en lo que respecta a sus cargas.
La mayoría de los coloides, partículas, bacterias y pirógenos, están cargados negativamente. Un medio filtrante puede ser modificado para dar lugar a un potencial z positivo.
Los elementos filtrantes con potencial z positivo tienen la ventaja de que remueven organismos pequeños, y cargados negativamente, con radios inferiores a micrones.
El agua desmineralizada tiene una escala de pH comprendida entre 5 y 8. Por lo tanto, la mayor parte de las partículas disueltas en ellas adquieren una carga negativa. Esto permite su eliminación del agua mediante la interacción con el medio filtrante de carga positiva.
Los ríos presentan fluctuaciones en un período corto de tiempo en la calidad del agua que transportan. Esto determina que es necesario determinar la dosis óptima de coagulante necesaria para la purificación del agua, siendo útil en este sentido la determinación del potencial zeta.
Se determinó que con un valor de potencial zeta comprendido entre -2,28 y + 1,2 mV en el agua coagulada, se obtienen en ella valores bajos de turbidez y color.
Entonces, es posible lograr un comportamiento óptimo de los procesos de coagulación y/o floculación del agua, haciendo determinaciones en el agua coagulada del potencial zeta como un indicador de la desestabilización de los coloides y otras partículas.
El valor del potencial zeta tiene una correlación positiva con la dosis de coagulante aplicada en la purificación del agua.
La dispersión de los pigmentos de la pintura es un requisito necesario para la obtención de un producto de buena calidad. La aglomeración de los pigmentos produce la formación de granos, los cuales reducen la calidad de la pintura, ya que dificultan su aplicación.
Además, el brillo y la textura de la pintura dependen de la forma en que encuentran dispersas las partículas que la forman. La medición del potencial zeta sirve para controlar la composición de la pintura, permitiendo el agregado óptimo de aditivos necesarios para una correcta dispersión de los pigmentos.
El carregenano es un polielectrolito dotado de carga negativa que se usa como agente fluidificante. El polielectrolito se adsorbe a la superficie de las partículas insolubles y revierte la floculación, tan pronto el valor de potencial z adquiere un valor crítico.
Este sistema ha sido usado en la suspensión del antiácido de hidróxido de aluminio. La disminución del potencial z se correlaciona con la viscosidad de la suspensión.
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