Emulsiones

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Puesto que la emulsificación no es una ciencia exacta, son necesarias ciertas generalizaciones fundadas en la experiencia de tanteos. Las emulsiones no siempre alcanzan el estado de equilibrio en corto tiempo, y como consecuencia frecuentemente experimentan alteraciones con el tiempo. En tales circunstancias es de reconocer que las generalizaciones no son leyes rigurosas, sino que se han de considerar con relación a la clase de producto que se trate.

Definición

La emulsión es un sistema de dos fases que consta de dos líquidos parcialmente miscibles, uno de los cuales es dispersado en el otro en forma de glóbulos. La fase dispersa, discontinua o interna es el líquido desintegrado en glóbulos. El líquido circundante es la fase continua o externa. La suspensión es un sistema de dos fases muy semejante a la emulsión, cuya fase dispersa es un sólido. La espuma s un sistema de dos fases similar a la emulsión, en el que la fase dispersa es un gas. El aerosol es lo contrario de la espuma: el aire es la fase continua y el líquido la fase dispersa. Un agente emulsivo es una sustancia que se suele agregar a una de las fases para facilitar la formación de una dispersión estable.

A la industria le interesa más la emulsificación de aceite y agua. Las emulsiones de aceite y agua (oleoacuosas) tienen el aceite como fase dispersa en el agua, que es la fase continua. En las emulsiones hidrooleosas o de agua en aceite, el agua está dispersa en aceite, que es la fase externa. Hay ocasiones en que no está claramente definido el tipo de emulsión, pues la fase interna y externa, en lugar de ser homogénea, contiene porciones de la fase contraria; una emulsión de esta clase se llama emulsión dual.

Propiedades de las Emulsiones

Sus propiedades más importantes son su utilidad y el aspecto que ofrecen al consumidor, ya sea éste el industrial o el consumidor final. Las propiedades que son más evidentes y por lo general más importantes son: facilidad de dilución (de ordinario con agua, aunque acaso sea con algún disolvente selectivo), viscosidad, color, estabilidad y, si se forma la emulsión en el lugar donde se usa finalmente, su facilidad de formación. Para un tipo dado de emulsificación, estas propiedades dependen de lo siguiente:

1º) Las propiedades de la fase continua

2º) La relación entre la fase interna y la externa

3º) El tamaño de partícula de la emulsión

4º) La relación entre la fase continua y las partículas (incluso las cargas iónicas)

5º) Las propiedades de la fase discontinua.

En una emulsión determinada, las propiedades dependen del líquido que forme la fase externa, o de si la emulsión es oleoacuosa o hidrooleosa. El tipo de emulsión que resulte depende:

1º) Del tipo, cantidad y calidad del emulsivo

2º) De la razón entre ingredientes

3º) Del orden en que se añaden los ingredientes al mezclarlos.

La dispersabilidad (solubilidad) de una emulsión es determinada por la fase continua; si la fase continua es hidrosoluble, la emulsión puede ser diluida con agua, si la fase continua es oleosoluble, la emulsión se puede disolver en aceite. La facilidad con que se puede disolver una emulsión se puede aumentar si se reduce la viscosidad de la emulsión.

La viscosidad de una emulsión cuando hay exceso de fase continua es virtualmente la viscosidad de dicha fase. Al aumentar la proporción de la fase interna aumenta la viscosidad de la emulsión hasta un punto en que la emulsión deja de ser líquida. Cuando el volumen de la fase interna sobrepasa el de la externa, se aglomeran las partículas de la emulsión y la viscosidad aparente es parcialmente viscosidad estructural.

Teóricamente, el volumen máximo, que puede ser ocupado por partículas esféricas uniformes en la fase dispersa de una emulsión es 74% del volumen total. Se pueden preparar emulsiones que tengan hasta 99% de la fase interna. En estos casos hay considerable deformación en comparación con la forma ordinaria de partículas de la fase dispersa.

Se puede regular la viscosidad de una emulsión de la siguiente manera:

a) Para reducir la viscosidad:

1º)Se aumenta la proporción de la fase continua,

2º)se reduce la viscosidad de la fase continua,

3º)en las suspensiones, se agregan agentes de actividad superficial para aumentar la lubricación.

b)Para aumentar la viscosidad:

1º)Se agregan espesadores, como geles de jabones, gomas y gel de alúmina a la fase continua,

2º)se aumenta la proporción de la fase interna,

3º)se reduce el tamaño de partícula de la emulsión o se reduce la aglomeración de las partículas existentes,

4º)se incorpora aire en estado de división fina como tercera fase.

La regulación de la viscosidad de las emulsiones tiene aplicación a la preparación de lociones cosméticas. El objeto es preparar una loción queparesca ser espesa; esto es :

que tenga alta viscosidad aparente , pero que se conserve líquida al permanecer en reposo durante un largo tiempo.

Una dificultad más importante con que se tropieza en estas formulaciones es que en las variables condiciones de almacenamiento varía la estructura del gel y con frecuencia fragua el producto y se vuelve semi sólido de manera que no puede fluir.

La estabilidad de una emulsión depende de los siguientes factores: el tamaño de partícula, la diferencia de densidad de ambas fases, la viscosidad de la fase continua y de la emulsión acabada, las cargas de las partículas, la naturaleza, la eficacia y cantidad del emulsivo, y las circunstancias de almacenamiento, o sea, las temperaturas altas y bajas, la agitación y vibración, la dilución o evaporación durante el almacenamiento o el uso.

Puesto que las partículas de una emulsión están suspendidas libremente en un líquido, obedecen a la ley de Stokes si no están cargadas. Para muchos fines industriales la definición de estabilidad incluye forzosamente la no coalescencia de las partículas de la emulsión y la no sedimentación. La incorporación de aire en una emulsión puede tener como consecuencia la reducción notable de la estabilidad.

El tamaño y la distribución de tamaños de las partículas de una emulsión son gobernados por la cantidad y la eficacia del emulsivo, el orden de la mezcladura y la clase de agitación que se haga. Si se reduce poco a poco el tamaño de las partículas de la emulsión, varían el color y el aspecto de ésta.

Se presentan excepciones en lo tocante al aspecto y el color de las emulsiones cuando se agregan colorantes y pigmentos y cuando ambas fases tienen índice de refracción similares. En este último caso se forma una emulsión transparente sea cual fuere el tamaño de la partícula.

Se puede disminuir el tamaño de partícula por los siguientes medios:

1º) Aumentando la cantidad de emulsivo

2º) Mejorando el equilibrio hidrófilo-lipófilo del emulsivo

3º) Preparando la emulsión mediante la inversión de fases para obtener una " fase interna extendida "

4º) Mediante mejor agitación

La conductividad eléctrica de una emulsión depende de la conductividad de la fase continua.

La facilidad de formación es modificada en mayor grado por la eficiencia y la cantidad del emulsivo y por las propiedades inherentes de ambas fases.

Análisis de Emulsiones

El análisis de las emulsiones tiene mucha relación con sus propiedades, por regla general se emplean métodos analíticos físicos y químicos. Aunque es variable el orden de importancia, según sea la emulsión que se esté analizando, por lo común es aplicable al siguiente orden:

Tipo de emulsión Es de mucha importancia averiguar en primer término si la emulsión es oleoacuosa o hidrooleosa, lo cual se logra de diversas maneras.

1º) El método más sencillo es averiguar la conductividad eléctrica. El equipo para ello se puede hacer fácilmente conectando en serie un resistor de 10.000 ohmios y 0,5 vatios, contactos eléctricos para la muestra que se va a ensayar, una lámpara de neón sin resistor (0,25 vatios, 105 a 120v. , tipo General Electric NE-57) y un conmutador de pulsador. Se coloca la muestra entre los contactos de prueba y se cierra el circuito; si da luz la lámpara de neón, la emulsión es oleoacuosa, en caso contrario es hidrooleosa.

2º) Otro método para determinar el tipo de la emulsión es averiguar su dispersabilidad en agua o en aceite. Las emulsiones oleoacuosas se dispersan en agua y las hidrooleosas se dispersan en aceite.

3º) Un colorante hidrosoluble se dispersa en una emulsión oleoacuosa y un colorante oleosoluble se dispersa en una emulsión hidrooleosa. El colorante puede usarse en forma líquida o sólida.

El pH de una emulsión es de importancia considerable. Las emulsiones con base de jabones por lo general tienen pH de 8 o más. Es fácil determinar el pH con un equipo ordinario de electrodo de vidrio con papel pH. Estos pueden dar un resultado erróneo si la emulsión contiene algún producto con tendencia a blanquear.

El contenido de agua de una emulsión sigue al pH en importancia para el problema de reproducción. Uno de los mejores métodos para determinar dicho contenido es la valoración de Karl Fischer. Si la emulsión es alcalina, por lo común se puede hacer alguna corrección.

El uso al que se destina la emulsión por regla general da una indicación de los componentes de la fase oleosa. En algunos casos se requieren análisis de identificación, destilación con disolventes y ensayos similares.

En realidad, el resultado de los intentos por deshacer la emulsión suelen indicar el tipo de emulsivo. Se puede considerar que los emulsivos catiónicos son de dos tipos: los que son inestables en álcalis y los que son estables. El segundo grupo no es comparable con el tipo aniónico-ácido estable. Sin embargo, aunque la adición de álcali destruye un emulsivo catiónico, con frecuencia se forma in situ suficiente jabón para que se conserve la emulsión. Se puede comprobar la presencia de agentes catiónicos mediante la adición de agentes aniónicos. Los agentes no iónicos se dividen en dos clases: los que son saponificados por álcalis calientes y los que son estables con este tratamiento. Por regla general, el calor facilita la separación de las fases, y es necesario cuando la emulsión contiene ceras.

También se puede efectuar la separación mediante la centrifugación, el calentamiento, la congelación, la dilución, la adición de sales o disolventes, y con respecto a una fase de aceite no volátil, por medio de la incorporación de la fase acuosa.

Estos análisis, indican el tipo de emulsión, la clase del emulsivo y la naturaleza y cantidad aproximada de la fase oleosa, por lo general suministran bastantes informes para intentar la duplicación con emulsivos elegidos.

Propiedades de los Emulsivos

Con frecuencia se usa incorrectamente el término "emulsivo". Los emulsivos forman un grupo de la clase general de agentes de actividad superficial. Otros grupos son los agentes humectantes, solubilizadores, detergentes, agentes de suspensión.

Los emulsivos se emplean en la formulación de emulsiones para facilitar la emulsificación y dar estabilidad a la emulsión. Estos efectos se producen por la reproducción de la tensión interfasal entre las dos fases y por acción coloidal protectora, respectivamente. De ordinario, los emulsivos son sustancias muy complejas y parecen que cuanto más complejas con mayor eficiencia funcionan. Esto se tiene en cuenta en la práctica de formulación y con frecuencia se usan combinaciones de dos o más emulsivos.

Los emulsivos se pueden dividir en iónicos y no iónicos. El emulsivo iónico consta de un grupo lipófilo orgánico y un grupo hidrófilo. Los emulsivos iónicos se subdividen en aniónicos y catiónicos, según sea la naturaleza del grupo activo. Ordinariamente se considera que la porción lipófila de la molécula es la porción de actividad superficial.

Como es de suponer, no son mutuamente compatibles los agentes aniónicos y catiónicos de actividad superficial, pues en virtud de las cargas iónicas tienden a neutralizarse entre sí y se nulifica su actividad superficial.

Los emulsivos no iónicos son totalmente covalentes y no tienen ninguna tendencia a la ionización. Por consiguiente, puede asociarse con otros agentes no iónicos de actividad superficial y con agentes aniónicos o catiónicos. Los emulsivos no iónicos son más inmunes contra la acción de electrolitos que los agentes aniónicos de actividad superficial.

De las diversas propiedades de los emulsivos, una de las más importantes es el equilibrio hidrófilo-lipófilo. Este es una expresión de atracción simultánea relativa de un emulsivo con respecto al agua y al aceite.

El equilibrio hidrófilo-lipófilo de un emulsivo determina el tipo de emulsión que tiende a ser formada.

La Solubilidad de un emulsivo es de suma importancia en la preparación de concentrados emulsionables. Es preciso que el emulsivo permanezca disuelto en cualesquiera condiciones de almacenamiento. Con frecuencia es posible aumentar la solubilidad de un emulsivo con algún coemulsivo. También son usuales diversos disolventes como conjugadores o codisolventes.

La tensión interfasal es la fuerza que se requiere para romper la superficie entre los líquidos no miscibles; es de interés en la emulsificación en virtud de que cuanto menor es la tensión interfasal entre las dos fases de una emulsión, tanto más fácil es la emulsificación. El coeficiente de extensión (C.E.) se calcula con la tensión superficial (T.S.) y la tensión interfasal (T.I.) (para un aceite determinado) según la siguiente fórmula:

CE = TS aceite – (TS soln. – TS aceite/soln.)

Cuanto mayor es el coeficiente de extensión (más positivo), tanto mayor es la potencia humectante y difusiva.

Materia y sistemas materiales

Materiales

Clases y propiedades

Haremos en primer lugar la distinción entre Objetos y Clases de materiales. Un objeto, tal como un ser humano, una mesa, un tirador de latón de una puerta, una planta, entre otros, puede estar formado por una o varias clases de materiales. El químico se interesa principalmente no por los objetos en sí, si no por la clase de material del que están compuestos. Estudia la aleación de latón, ya sea en un tirador de una puerta o en cualquier otro objeto de latón, y su interés se dirige sobre todo a aquellas propiedades del material que son independientes de las características particulares de los objetos que lo contienen.

Las propiedades de los materiales se pueden clasificar en:

Propiedades Extensivas: Dependen de la cantidad de material que se considere. Si un recipiente contiene un litro de alcohol y otro diez litros de alcohol, es posible comprobar que la cantidad de alcohol del segundo recipiente tienen mayor masa y volumen que la del primero. Esto significa que la masa y el volumen de una cierta cantidad de material dependen de dicha cantidad; por lo tanto son propiedades extensivas, como lo son también el peso y la capacidad calorífica, por ejemplo.

Propiedades Intensivas: No dependen de la cantidad de material que se considera. Dos trozos de hierro de distinto tamaño tendrán distinta masa y distinto volumen, pero tendrán el mismo color, el mismo PF, el mismo PE. Estas propiedades son, por la tanto, intensivas, pues no dependen de la cantidad de material considerado.

Otras propiedades intensivas de los materiales son: el brillo, la dureza, la forma cristalina, el índice de refracción, la densidad, el peso específico, la solubilidad. En ciertos casos las propiedades intensivas pueden ser expresadas numéricamente, como pasa con el PF, PE, densidad o el peso específico. Estos valores numéricos se denominan Constantes Físicas del material.

Un tipo particular de propiedades intensivas son aquellas que podemos describir con nuestros sentidos como el color (con la vista), el olor (con el olfato), la textura (con el tacto) y el sabor (en nuestra materia el sabor nunca debe determinarse, salvo que se esté absolutamente seguro que el material en cuestión no es tóxico o corrosivo). Estas propiedades se denominan Organolépticas.

Sistemas Materiales:

Se llama sistema material a toda porción del universo que se aísla, real o imaginariamente, para su estudio.

Son ejemplos de sistemas materiales: un trozo de mármol, agua y aceite contenido en un recipiente, gas en el interior de un neumático, una célula contenida en porta – objetos de un microscopio.

Los sistemas materiales se clasifican en dos grandes grupos:

Sistemas Homogéneos: Si analizamos las propiedades intensivas de una muestra de agua (punto de ebullición, punto de fusión, densidad o viscosidad, por ejemplo) veremos que ellas permanecen constantes para cualquier porción de agua que se considere. Lo mismo sucede, por ejemplo, con una porción de cloruro de sodio (sal común).

Si ahora disolvemos cierta cantidad de sal en agua, obtenemos un sistema denominado solución; podemos comprobar que para el sistema material así obtenido, las propiedades intensivas son las mismas en todos los puntos, pero diferentes a las medidas para el sistema formado solamente por agua y para el sistema formado por cloruro de sodio sólo. Decimos entonces que el agua, el cloruro de sodio y la solución de cloruro de sodio en agua constituyen sistemas homogéneos.

“Sistemas Homogéneo es aquel que presenta las mismas propiedades intensivas en todos sus puntos”

Todo sistema homogéneo se caracteriza por presentar continuidad cuando se lo observa a simple vista, al microscopio y aún al ultramicroscopio. Por ejemplo, con ninguno de estos instrumentos es posible distinguir la sal del agua cuando se observa la solución, el sistema se observa como un todo homogéneo. Otros ejemplos de sistemas homogéneos: muestras de azufre, yodo, alcohol, alcohol yodado, el aire puro y seco, entre muchos otros.

Sistemas Heterogéneos: Si analizamos un sistema constituido por agua y nafta, comprobaremos que no constituyen un sistema homogéneo a simple vista, la nafta se presenta como una capa definida por encima del agua, también podemos comprobar que otras propiedades intensivas, además del color, como por ejemplo la densidad, no se mantienen constantes cuando pasamos de una porción ocupada por el agua a otra ocupada por la nafta.

La madera, con anillos alternativos blandos y duros, es evidentemente un material no homogéneo, así como el granito, en el cual pueden verse granos de tres especies que difieren en el color, correspondientes a los minerales cuarzo, mica y feldespato.

Los sistemas analizados constituyen ejemplos de sistemas heterogéneos:

es aquel que presenta por lo menos una propiedad intensiva diferente en al menos dos de sus puntos

Fases de un sistema material:

Un sistema material heterogéneo puede describirse en función de las fases que lo constituyen.

“Una fase, es una parte homogénea de un sistema, separada de las otras partes por límites físicos”

Esta zona que separa las fases de un sistema heterogéneo se denomina superficie de discontinuidad ya que en ella varían bruscamente las propiedades intensivas. El sistema formado por agua y nafta es un sistema heterogéneo formado por dos fases: agua y nafta.

Las propiedades de los Sistemas dispersos, y también su estabilidad, dependen del tamaño de las partículas dispersas. Si éstas son muy grandes, los sistemas dispersas 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, por tener una menor densidad.

Para expresar las dimensiones de las partículas dispersas, se utiliza la unidad denominada “micrón” (µ), 1 micrón 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 como las homogéneas, reciben la siguiente se clasificación.

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 si lo es, observada al 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 un sistema heterogéneo constituido por la dispersión de partículas de materia grasa en un medio líquido. Cuando hablamos de una dispersión fina, si ambas fases son líquidas, la dispersión se llama emulsión; si la fase dispersa es sólida y la dispersante es líquida, la dispersión se llama suspensión. Un ejemplo de suspensión es la tinta china, formada por pequeñas partículas de carbón dispersas en el agua, que se revelan al ser observado el sistema al microscopio.

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 fundamentalmente 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 dispersa reciben en esto 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.

Soluciones. Cuerpos puros y sustancias

Las soluciones son sistemas homogéneos formados por dos o más componentes. Por ejemplo el aire es una solución de gases cuyos componentes principales son nitrógeno (N2) y Oxígeno (O2). Los gases, por estar las partículas que los constituyen (moléculas) muy alejadas entre sí, siempre, cuando se mezclan, forman soluciones, es decir, sistemas homogéneos.

El alcohol que usamos habitualmente para desinfectar heridas, es una solución líquida cuyos componentes son etanol (C2H6O) y agua.

Cuando a un volumen determinado de agua le agregamos azúcar, es posible observar como el azúcar “desaparece” al mezclarse con el agua y se obtiene un sistema homogéneo líquido incoloro que sabemos no es agua, porque su sabor es más dulce. Se forma una solución en estado líquido, de azúcar en agua, compuesta por dos componentes: azúcar (sólido) y agua (líquido).

Cuando a un volumen determinado de agua le agregamos sal, es posible observar, al igual que en el caso anterior, cómo la sal “desaparece” al mezclarse con el agua y se obtiene un sistema homogéneo líquido incoloro que sabemos no es agua, porque su sabor es salado. Se

La solución de sal en agua, como todas las soluciones formadas por agua y por sal, son sistemas homogéneos, pero mientras la solución de sal en agua puede fraccionarse, la sal y el agua no pueden hacerlo por aplicación de ningún método de fraccionamiento. Esta diferencia de comportamiento, que ilustramos mediante un ejemplo, permite clasificar a los sistemas homogéneos de la siguiente manera:

Soluciones: “Son sistemas homogéneos fraccionables por la aplicación de algún método de fraccionamiento, a partir del cual se obtienen sus componentes”

Cuerpos puros: “Son sistemas homogéneos no fraccionables por la aplicación de todos los métodos de fraccionamiento conocidos”

La aplicación sucesiva de métodos de separación y de fraccionamiento de fases permite obtener un conjunto de cuerpos puros a partir de un sistema heterogéneo.

Si tenemos dos sistemas que son cuerpos puros y medimos, en las mismas condiciones de presión y temperatura, las propiedades intensivas de ambos sistemas, si comprobamos que todas las propiedades intensivas coinciden, podemos decir que ambos cuerpos puros están compuestos por la misma sustancia. Las sustancias componen a los cuerpos puros, a las soluciones y a las fases que constituyen un sistema heterogéneo:

“Si dos cuerpos puros presentan las mismas propiedades intensivas, medidas en las mismas condiciones de presión y temperatura, significa que están compuestas por la misma sustancia”.

Los sistemas materiales agua e hielo, son dos sistemas homogéneos no fraccionables, son cuerpos puros. Estos cuerpos puros son diferentes, ya que presentan diferentes propiedades intensivas (como por ejemplo: la densidad o el peso específico), además de estar en distintos estados de agregación. Sin embargo, ambos están compuestos por la misma sustancia: agua. Esto se comprueba porque si se miden, en las mismas condiciones de presión y temperatura, las propiedades intensivas de ambos sistemas, estas coinciden.

Los componentes de un sistema material son las sustancias que componen dichos sistemas, que pueden ser homogéneos (solución o cuerpo puro) o heterogéneos.

No deben confundirse los términos “constituyentes” – que expresa las fases que constituyen un sistema heterogéneo – con “componentes” – que expresa las sustancias que componen un sistema homogéneo (solución o cuerpo puro) o heterogéneo.

Elemento químico

Las sustancias simples diamante y grafito están compuestas por Carbono. Las propiedades físicas y químicas de estos sólidos difieren notablemente, de modo que deben ser considerada sustancias simples diferentes compuestas por Carbono, que se presentan en el mismo estado de agregación. Las sustancias que mantienen entre sí este tipo de relación, se denominan “variedades alotrópicas”. A diferencia del agua y del hielo (una misma sustancia en distinto estado de agregación), el grafito y el diamante son sustancias simples diferentes, en igual estado físico (sólido), constituidas por el mismo elemento: Carbono.

La diferencia en la estructura cristalina que presenta el diamante y el grafito, explica la particular dureza y densidad del diamante, y la blandura, poder lubricante y alta conductividad eléctrica del grafito. En otros casos como el Oxígeno y el ozono, que también son variedades alotrópicas del elemento Oxígeno, en este caso en el mismo estado de agregación (gaseoso), difieren en el número de átomos que forman la molécula.

En condiciones especiales de presión y temperatura, el diamante se puede convertir en grafito y viceversa, lo mismo ocurre con el Oxígeno y el ozono. Esta es otra característica de las variedades alotrópicas, en determinadas condiciones de presión y temperatura, pueden convertirse entre sí.

En los casos como, los del Fósforo y del Azufre que se presentan en la naturaleza con distintas estructuras cristalinas de la misma sustancia, no pueden ser consideradas variedades alotrópicas de estos elementos, sino que constituyen variedades polimórficas de los mismos.

El pasaje de una forma alotrópica a otra es una transformación química, puesto que una sustancia se transforma en otra.

El pasaje de una forma polimórfica a otra es una transformación física, puesto que una misma sustancia, en esta transformación, cambia de estructura cristalina.

Si consideramos las siguientes sustancias: diamante, grafito (sustancias simples), dióxido de carbono y carbonato de calcio (sustancias compuestas) podemos comprobar que todas tienen algo común en su composición, precisamente el elemento carbono. A partir de este ejemplo, y del conocimiento de otros, podemos dar la siguiente definición:

“Se llama elemento químico a lo común entre las sustancias simples, las variedades alotrópicas que pueden obtenerse a partir de ellas, y las sustancias compuestas que por descomposición total originan a las simples”

Elementos de la naturaleza

Los elementos conocidos en la actualidad son alrededor de 107. Algunos de ellos (cinco) fueron obtenidos sintéticamente en el laboratorio, los demás se encuentran en la naturaleza. Cada uno de ellos, forma sustancias simples que presentan propiedades diferentes. De la combinación de los elementos, resultan las sustancias simples y compuestas que forman todas las sustancias de origen inorgánico y orgánico que existen en el universo. Por lo tanto, los materiales se hallan constituidos por elementos químicos que forman las sustancias simples y las compuestas.

La abundancia de los elementos en la corteza terrestre, expresada en porcentajes de masa, es aproximadamente la siguiente: 50% de Oxígeno y un 25% de Silicio. Es decir las tres cuartas partes de la corteza terrestre están constituidas por Oxígeno y Silicio, y solamente un cuarto de la misma por el resto de los elementos.

Una composición más exacta es la siguiente:

Oxígeno: 49,5%

Silicio: 25,8%

Aluminio: 7,5%

Hierro : 4,7%

Calcio: 3,4%

Sodio: 2,6%

Potasio: 2,4%

Magnesio: l,9%

Hidrógeno: 0,9%

Titanio: 0,6%

Otros: 0,7%

A cada elemento se le asigna un nombre y un símbolo que lo identifica. Los símbolos actuales fueron introducidos por e1 químico sueco Jöns Berzelius en el siglo XIX.

El símbolo de cada elemento está representado por una letra mayúscula que corresponde a la primer letra de su nombre en griego o latín. Cuando el nombre de dos o más elementos comienza con la misma letra se le agrega una segunda letra minúscula que corresponde, generalmente, a la segunda del nombre.

Clasificación de los elementos

Los elementos se pueden clasificar, de un modo amplio e introductorio, adoptando como criterio de clasificación las propiedades de las sustancias simples que forman cada uno de ellos. Debe tenerse en cuenta, que las propiedades son de la sustancia simple (estado de agregación, color, conductividad, brillo, etc.) y no las del elemento que forma dicha sustancia simple.

De acuerdo con este criterio, los elementos se clasifican en:

Metales: se presentan en estado sólido a la temperatura ambiente con excepción del Mercurio que es líquido. El Cesio se presenta en estado sólido por debajo de los 28,5 oC que corresponde a su punto de fusión. Poseen un brillo característico (metálico), son buenos conductores del calor y de la electricidad. Se combinan con el Oxígeno para formar óxidos básicos y con el Hidrógeno para formar hidruros metálicos.

Son metales el Hierro (Fe), el Sodio (Na), el Litio (Li), el Magnesio (Mg), el Cobre (Cu), el Mercurio (Hg),

No metales: pueden presentarse en estado sólido (por ejemplo el Azufre), líquido (por ejemplo el Bromo) y gaseoso (por ejemplo el Cloro). No poseen brillo metálico, son en general malos conductores del calor y de la electricidad (una excepción es el elemento Carbono que forma la sustancia simple grafito). Se combinan con el Oxígeno para formar óxidos ácidos y con el Hidrógeno para producir hidruros no metálicos.

Son ejemplos de no metales: el Nitrógeno (N), el Cloro (Cl), el Yodo (I), el Azufre (S), el Fósforo (P).

Inértidos: las sustancias simples que forman, se conocen con el nombre de gases inertes, gases nobles o gases raros, son malos conductores del calor y de la electricidad. La característica esencial de estos gases es su casi total inactividad química, es decir, que prácticamente no se combinan con otras sustancias. Hasta hace algunos años se consideraba que los gases inertes eran completamente inactivos; en la actualidad se logró obtener algunos compuestos, trabajando para ello, en condiciones extremas, sometiéndolos a altas temperaturas y a altas presiones.

Los elementos inértidos son: el Helio (He), el Neón (Ne), el Xenón (Xe), el Argón (Ar), el Kriptón (Kr) y el Radón (Rd). Las sustancias simples que forman algunos de ellos están presentes en pequeñas proporciones en la atmósfera.

Es importante resaltar, nuevamente, que esta clasificación de los elementos se basa en las propiedades de las sustancias simples que los elementos forman, ya que los mismos generalmente no se encuentran libres en la naturaleza, sino combinados formando sustancias simples y compuestas. Se debe tener presente que para entender mejor esta clasificación, se debe considerar la definición de elemento químico.

Emulsiones

La emulsión es un sistema de dos fases que consta de dos líquidos parcialmente miscibles, uno de los cuales es dispersado en el otro en forma de glóbulos. La fase dispersa, discontinua o interna es el líquido desintegrado en glóbulos. El líquido circundante es la fase continua o externa. La suspensión es un sistema de dos fases muy semejante a la emulsión, cuya fase dispersa es un sólido. La espuma s un sistema de dos fases similar a la emulsión, en el que la fase dispersa es un gas. El aerosol es lo contrario de la espuma: el aire es la fase continua y el líquido la fase dispersa. Un agente emulsivo es una sustancia que se suele agregar a una de las fases para facilitar la formación de una dispersión estable.

A la industria le interesa más la emulsificación de aceite y agua. Las emulsiones de aceite y agua (oleoacuosas) tienen el aceite como fase dispersa en el agua, que es la fase continua. En las emulsiones hidrooleosas o de agua en aceite, el agua está dispersa en aceite, que es la fase externa. Hay ocasiones en que no está claramente definido el tipo de emulsión, pues la fase interna y externa, en lugar de ser homogénea, contiene porciones de la fase contraria; una emulsión de esta clase se llama emulsión dual.