TEORIA DE LA DOBLE CAPA

Las micelas están cargadas de electricidad, lo que se puede demostrar introduciendo dos electrodos conectados a una fuente de corriente continua en una dispersión coloidal, en cuyo caso las partículas se mueven según el signo de su carga, sea hacia el ánodo (anaforesis) o hacia el cátodo (cataforesis), originando un fenómeno conocido con el nombre de electroforesis. La velocidad de desplazamiento de las micelas, por unidad de intensidad del campo, es variable y depende de su carga y de la resistencia que le opone el disolvente.

La electroforesis se usa para separar los componentes de una solución coloidal, por ejemplo, las proteínas de la sangre, para ello se arma un dispositivo donde, en la parte inferior del tubo, se ubica la solución coloidal constituida por una mezcla de sustancias coloidales que so cubre con una solución "buffer". Al cerrarse el circuito, las partículas coloidales se van desplazando en las ramas del tubo, dejando entre ellas y el "buffer" y entre los distintos coloides que la constituyen, una superficie de separación perfectamente nítida. Si la mezcla contiene, por ejemplo, dos o más proteínas diferentes y como cada una de ellas tienen su propia velocidad de desplazamiento, se forman distintos frentes de avance, uno por cada prótido. En la figura se ha esquematizado la técnica seguida para separar electroforéticamente dos proteínas; en A se observa el tubo con las dos proteínas mezcladas y el frente 1 que las separa de la solución "buffer". En B ya iniciado el experimento, so han formado dos niveles de avance, el 2, que pertenece a los dos coloides, y el 3 a uno solo de ellos; y en C se ha representado el valor del índice de refracción de la solución a lo largo del eje de la cubeta; ε0 corresponde al de la solución "buffer", ε1 al de la zona en que sólo existe un solo coloide, y ε2 al que contiene los dos. Por último, en D se resume la variación del índice de refracción a lo largo de la cubeta. A cada frente de separación le corresponde un determinado índice de refracción, representado por una punta o diente en la curva.

El origen de la carga eléctrica de la micela puede encontrarse en una de estas posibilidades:

  • las micelas, debido a su enorme superficie, adsorben algunos iones existentes en la solución, lo que, al unirse a la partícula coloidal le comunican su carga en cuyo caso los iones de signo opuesto, que quedan en exceso rodean a las micelas formando de este modo una doble capa electrónica.
  • algunas micelas, al entrar en solución se disocian separando un ión de carga positiva o negativa, mientras el resto queda cargado de electricidad y convertido en un electrolito coloidal.

Doble capa eléctrica de las micela

Factores que afectan la formación de agregados

La formación de agregados está estrechamente relacionada con la floculación y comportamiento de la doble capa eléctrica. Los suelos que poseen una doble capa eléctrica favorable tienden a regenerar los agregados y producir una estructura favorable. Los suelos que contienen proporciones altas de sodio en la doble capa eléctrica tienden a permanecer dispersos y los agregados no se regeneran por medio de procesos naturales, por lo que tales suelos tienen una capacidad estructural deficiente.
La formación de agregados de suelo estables y buenos requiere que el material coloidal sea primeramente floculado y luego estabilizado o cementado.

Cuando se combinan con los cationes apropiados en el complejo del suelo la materia orgánica, los silicatos y las arcillas forman los ingredientes básicos de los cementos, aunque bajo ciertas condiciones los hidróxidos de fierro y aluminio pueden cementar partículas y unirlas. En algunos suelos calcáreos, el carbonato de calcio mantiene juntas a las partículas.

Entre más arcilla haya en un suelo, se tendrá mayor número de agregados porque une a las partículas de tamaños mayores para formar agregados. En ausencia de coloides la formación de agregados estables no se realiza en arenas y limos.

El efecto agregante de la arcillase debe a su acción cementante y a su propiedad de hinchamiento y contracción con los cambios de humedad. La caolinita flocula más rápido que la montmorillonita debido a su pequeño potencial electrocinético. El aumento del potencial electrocinético que las partículas se repelan entre sí.

El ion calcio ( Ca2+) y en menor grado el ion magnesio (Mg2+ ), inducen la floculación de la arcilla y, al mismo tiempo, son importantes en la nutrición y favorecen el crecimiento de las raíces y microorganismos en el suelo. Generalmente los iones calcio y magnesio tienen efecto peptizante. Un suelo sin materia orgánica no se agrega fácil y rápido al agregarle el ion calcio.

En general, las masas de arcillas floculada sólo alcanzan el tamaño de las partículas de limo, esto significa que la arcilla floculada es un medio desfavorable para el crecimiento de la planta, a menos que posteriormente se formen agregados.

El ion sodio (Na+) tiende a deflocular la arcilla y a crear una reacción en la que muchos de los nutrientes presentes no pueden ser aprovechados, por lo que disminuye el crecimiento de raíces y microorganismos, causando una mala aireación en el suelo.

Los principales cementantes inorgánicos son los sesquisoles de fierro y aluminio que forman coloides irreversibles o muy lentamente reversibles, y que ayudan a formar agregados estables a la acción del agua. Este efecto se nota en los latosoles de los suelos tropicales que, aunque tienen altos contenidos de arcillas ácidas, están generalmente bien agregados. Los tamaños menores de los agregados son del tamaño de la arena fina, por lo que forma poros de tamaño suficiente para permitir una percolación rápida del exceso de agua. El carbonato de calcio que se precipita alrededor de las partículas de suelo también actúa como cementante. El exceso de sales provoca la floculación de las arcillas aun en suelos saturados de sodio.

Las plantas ayudan a agregar las partículas de suelo de diferentes maneras, con la excreción de compuestos orgánicos gelatinosos por las raíces que sirven de ligamento entre las sustancias inorgánicas, las pequeñas raíces mantienen juntas las partículas de suelo, la deshidratación del suelo por las raíces causan grietas al contraerse el suelo lo que origina el rompimiento del suelo y la formación de agregados. Los residuos vegetales proporcionan alimento a los microorganismos del suelo que son uno de los principales factores agregantes del suelo.

El follaje de las plantas y sus residuos cubren el suelo y lo protegen de los cambios bruscos de temperatura y humedad, y de los efectos de las gotas de lluvia.

La materia orgánica tiene efecto agregante en el suelo y se hace mayor a medida que decrece el contenido de arcilla, y además ayuda a estabilizar la estructura del suelo. La materia orgánica forma quelantes con los metales que ayudan a formar agregados, por ejemplo, el ion férrico (Fe3+) en los suelos de podzol. La materia orgánica al interactuar con algunos metales como el calcio forma Ca-humus que produce agregación y es más reversible que el H-humus.

No toda la materia orgánica favorece la estabilización del suelo, por ejemplo, los azúcares son eficaces hasta que forman parte del tejido microbiano. Las grasas, ceras, ligninas, proteínas, resinas y algunos otros compuestos orgánicos tienen efecto estabilizador directo del suelo.

Emerson (1959) distingue cuatro formas en que se enlaza la materia orgánica en el suelo:

a) SiO2-MO- SiO2
b) SiO2-MO-arcilla- SiO2
c) SiO2-MO-arcilla-MO-arcilla
d) Arcilla-MO-arcilla-MO-arcilla

La materia orgánica cruda no ayuda a que se formen agregados estables, se requiere de la intervención de los microorganismos. Durante la actividad microbiana las células y los microorganismos por sí mismos pueden mantener unidas partículas de suelo de manera mecánica. La actividad microbiana también ayuda a la formación de agregados con la producción de ciertos compuestos durante la descomposición de la materia orgánica. En ambos procesos la acción microbiana no tiene gran efecto debido a que las sustancias aglutinantes pueden ser atacados por la acción microbiana subsecuente, por lo que para mantener un alto nivel de agregación se requiere de adiciones periódicas de residuos orgánicos.

Físicamente, el aire es importante en la formación de la estructura del suelo, al generar tensión superficial y debido a la expansión que sufre al humedecerse una masa de suelo. Con inundaciones duraderas la estructura del suelo se deteriora o llega destruirse completamente.

Químicamente, el aire es importante porque al formar parte de la solución del suelo el bióxido de carbono ayuda a que se disuelva el calcio, el cual ayuda a la formación de agregados.

Biológicamente, el aire es importante porque es necesario para que respiren las raíces y los microorganismos.

Los efectos de la temperatura sobre la formación de la estructura del suelo, generalmente, son indirectos, ya que genera diferencia de la presión de vapor de agua lo que provoca el movimiento de dicho vapor, afecta la velocidad de las reacciones de descomposición de la materia orgánica y la actividad microbiana y de las plantas, y también influye en la formación del tipo y cantidad de arcilla, cantidad de sales solubles, cantidad de materia orgánica presente y en el potencial electrocinético.

La presión en el suelo se puede ejercer de diferentes maneras: por humedecimiento y secado, provocando expansiones y contracciones; por congelamiento, por acción de implementos agrícolas y por el propio peso del suelo.

El agua participa en diferentes procesos de formación y destrucción de la estructura del suelo en varias formas:
- Hinchamiento (expansión) y contracción de los coloides provocados por el humedecimiento y secado del suelo.
- Provoca tensión superficial entre las partículas(cohesión).
- Por congelación y descongelación (fusión) del agua.
- Favorece la formación de electrolitos en el suelo y al aumentar el potencial electrocinético de la arcilla se dispersará debido a la dilución.
- El mantenimiento de una humedad adecuada en el suelo favorece la formación de la estructura del suelo.

Coagulación y Floculación.

La clarificación artificial consiste en agregar determinadas sustancias en estado coloidal, las cuales al coagular y flocular, arrastran por acción físico química los compuestos coloidales.

La Coagulación y Floculación son dos procesos dentro de la etapa de clarificación. Ambos procesos se pueden resumir como una etapa en la cual las partículas se aglutinan en pequeñas masas llamadas flocs tal que su peso específico supere a la del líquido y puedan precipitar.


La coagulación se refiere al proceso de desestabilización de las partículas suspendidas de modo que se reduzcan las fuerzas de separación entre ellas. La floculación tiene relación con los fenómenos de transporte dentro del líquido para que las partículas hagan contacto. Esto implica la formación de puentes químicos entre partículas de modo que se forme una malla de coágulos, la cual sería tridimensional y porosa. Así se formaría, mediante el crecimiento de partículas coaguladas, un floc suficientemente grande y pesado como para sedimentar.

El término coágulo se refiere a las reacciones que suceden al agregar un reactivo químico (coagulante) en el líquido, originando productos insolubles. La coagulación comienza al agregar el coagulante al líquido y dura fracciones de segundo.

Algunos coagulantes son: Carrageninas, Agar Agar, Gelatina, Bentonita Modelos Teóricos de la Coagulación y de La Floculación.

Existen dos modelos de la coagulación. El modelo físico o de la doble capa, basado en fuerzas electrostáticas de atracción y repulsión. El otro modelo es químico, llamado "puente químico", que relaciona una dependencia entre el coagulante y la superficie de los coloides.

Para la floculación existen también dos modelos. El primero es llamado ortocinético, el cual es promovido por agitación externa principalmente (Generación del Whirpool, remolino o fuerza centrífuga). Influye partículas de tamaño superior al micrón y tiene relación con los gradientes de velocidad del líquido. El segundo modelo se llama pericinético y se diferencia del primero en que su fuente de agitación es interna. Principalmente importarán el movimiento browniano y la sedimentación. Su efecto es principalmente sobre partículas de tamaño inferior a 1 micrón.

Floculación.


La floculación es el proceso mediante el cual las moléculas ya desestabilizadas entran en contacto, agrandando los flocs de modo de facilitar la precipitación. La floculación puede presentarse mediante dos mecanismos: floculación ortocinética y pericinética, según sea el tamaño de las partículas desestabilizadas (en general todas las partículas se ven afectadas por ambos mecanismos). Las partículas pequeñas (< 1um) están sometidas a floculación pericinética, motivada por el movimiento browniano, mientras que las que presentan un tamaño mayor, están afectadas principalmente por el gradiente de velocidad del líquido, predominando en ella la floculación ortocinética.