Al servir leche en un vaso, el líquido blanco se ve homogéneo, como si algo se hubiera disuelto por completo. Sin embargo, las grasas y las proteínas de la leche permanecen suspendidas en el agua en forma de agregados diminutos, en vez de dispersarse molécula por molécula como la sal al disolverse en agua. Estos agregados son tan pequeños que difícilmente se depositan en el fondo, incluso si se dejan reposar mucho tiempo.
Una mezcla en ese estado intermedio, cuyas partículas ni se disuelven ni sedimentan, se llama «coloide» (Colloid). En términos sencillos, un coloide es un estado en el que partículas demasiado pequeñas para verse a simple vista quedan suspendidas y distribuidas uniformemente en otra sustancia. Muchas sustancias comunes de nuestro entorno, como la leche, la mayonesa, la gelatina y la niebla, pertenecen a esta categoría.
Veremos, en ese orden, qué es un coloide y en qué se diferencia de una disolución, qué coloides encontramos en la vida cotidiana, en qué consiste el efecto Tyndall que se observa al iluminarlos y cómo hacer que sus partículas se agrupen deliberadamente.
El mundo de las mezclas que parecen disueltas
Qué es un coloide
Los coloides son mezclas que se distinguen por el tamaño de sus partículas.
(1) Entre la disolución y la suspensión
Una disolución es una mezcla en la que una sustancia está disuelta en forma de iones o moléculas, como en el agua salada. Una suspensión es una mezcla en la que partículas grandes quedan suspendidas y acaban depositándose, como en el agua lodosa. Los coloides ocupan un lugar intermedio. Sus partículas son mucho más grandes que las de una disolución, pero lo bastante pequeñas como para no sedimentar por sí solas.
(2) De 1 nanómetro a 1 micrómetro
La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) considera que hay un estado coloidal cuando el tamaño de las partículas dispersas se sitúa aproximadamente entre 1 nanómetro y 1 micrómetro en al menos una dirección. Estos límites son orientativos y pueden variar ligeramente según las propiedades de la mezcla.
(3) Un nombre derivado de la cola
El químico británico Thomas Graham acuñó el término «coloide» en 1861. Agrupó sustancias como la cola y la gelatina, que se difunden lentamente y tienen dificultad para atravesar membranas, y tomó el nombre del griego kolla, que significa «cola».
- Fase dispersa (Dispersed Phase). Está formada por las pequeñas partículas que permanecen dispersas y suspendidas en el coloide.
- Medio de dispersión (Dispersion Medium). Es la sustancia en la que quedan suspendidas las partículas, como el agua o el aire.
Coloides a nuestro alrededor
Los coloides adoptan diversas formas según cuáles sean la fase dispersa y el medio de dispersión.
- Sol (Sol). Es un estado fluido en el que hay partículas sólidas dispersas en un líquido. La tinta china y la pintura son ejemplos.
- Gel (Gel). Es un estado en el que las partículas se unen formando una red que retiene el líquido y da firmeza al conjunto. Algunos ejemplos típicos son la gelatina, el muk y el tofu.
- Emulsión (Emulsion). Es un estado en el que pequeñas gotas de un líquido se dispersan en otro líquido. La leche y la mayonesa son ejemplos.
- Espuma (Foam). Es un estado en el que un gas queda atrapado en un líquido o en un sólido. La crema batida y la esponja son ejemplos.
- Aerosol (Aerosol). Es un estado en el que pequeñas gotas de líquido o partículas sólidas quedan suspendidas en un gas. La niebla y el humo son ejemplos típicos.
Como los coloides tienen propiedades tan variadas, el conocimiento de estas mezclas se aplica ampliamente para ajustar la textura de los alimentos y mezclar de manera uniforme productos cosméticos y medicamentos.
El efecto Tyndall revela el recorrido de la luz
Las partículas de un coloide son invisibles a simple vista, pero su presencia se hace evidente al iluminar la mezcla.
(1) Por qué se ve el recorrido de la luz
Si en una habitación oscura se dirige un puntero láser hacia agua salada y hacia leche diluida, el recorrido de la luz apenas se distingue en el agua salada, mientras que en la leche diluida el haz se ve con claridad. Esto se debe a que las partículas del coloide dispersan la luz en todas direcciones, un fenómeno llamado efecto Tyndall (Tyndall Effect).
(2) El experimento de Tyndall con humo
El nombre proviene de John Tyndall, físico británico del siglo 19. En la década de 1860, hizo pasar luz a través de un tubo lleno de humo y observó que la luz se veía azulada al mirar el tubo de lado y rojiza al mirarlo desde el extremo opuesto.
(3) Un microscopio para observar partículas invisibles
En 1902, Richard Zsigmondy y Henry Siedentopf aplicaron este principio para construir el ultramicroscopio (Ultramicroscope). El instrumento permitía observar lateralmente la luz dispersada por las partículas y, de ese modo, detectar partículas coloidales que eran invisibles con un microscopio convencional. Zsigmondy recibió el Premio Nobel de Química en 1925.
Cómo hacer que se agrupen las partículas de un coloide
Hay factores que mantienen dispersas las partículas de un coloide durante mucho tiempo. Si se eliminan esos factores, es posible hacer que las partículas se agrupen deliberadamente.
(1) Partículas que se repelen entre sí
Las partículas coloidales suelen tener cargas eléctricas del mismo signo en la superficie, por lo que se repelen al acercarse unas a otras. A esta repulsión se suma el movimiento browniano, en el que las moléculas de agua chocan continuamente con las partículas y las agitan en distintas direcciones. Por eso las partículas difícilmente se agrupan o se depositan.
(2) Coagulación provocada por la sal
Al añadir a un coloide una sustancia rica en iones, se apantallan las cargas eléctricas de la superficie de las partículas y estas se adhieren entre sí. Este proceso se llama coagulación. La elaboración de tofu al añadir nigari a la leche de soja y la acumulación en los estuarios del lodo que arrastran los ríos al entrar en contacto con el agua de mar son fenómenos relacionados con este proceso.
(3) Coagulantes para clarificar el agua
En las plantas potabilizadoras se añaden coagulantes como el alumbre porque las partículas diminutas de tierra presentes en el agua sedimentan con dificultad. Las partículas pequeñas se unen y forman agregados mayores. Una vez que estos se depositan en el fondo, se retiran mediante filtración y el agua queda clara.
Los coloides son un estado peculiar que se forma cuando partículas pequeñas permanecen en suspensión sin disolverse. Están presentes en un vaso de leche, en la niebla de la mañana y en un bloque de tofu. Si entendemos el tamaño de las partículas y sus propiedades eléctricas, podemos decidir si queremos que se mezclen o que se agrupen.
Saber que incluso en una sustancia que parece transparente puede haber partículas invisibles en suspensión es el primer paso para comprender, desde la química, la estructura oculta de las mezclas.
