Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Química de superficies y coloides


La química de superficies y coloides es una fascinante rama de la química física que se ocupa del estudio de superficies, interfaces y sistemas coloidales. Este campo es importante para entender los fenómenos que ocurren a niveles microscópicos y macroscópicos, los cuales impactan en una variedad de procesos científicos e industriales.

Química de superficies

En la química de superficies, nos centramos en el límite entre dos fases, como sólido-líquido, líquido-gas, sólido-gas, etc. La superficie de una sustancia es donde interactúa con su entorno, provocando varios cambios físicos y químicos. Un aspecto clave de este campo es la adsorción, un proceso en el cual las moléculas se adhieren a una superficie.

Para comprender el proceso de adsorción, considere un filtro de carbón activado utilizado en la purificación de agua. El carbón tiene una gran superficie, lo que le permite adsorber eficazmente las impurezas del agua.

En la figura anterior, el rectángulo gris representa una superficie sólida, mientras que los círculos representan diversas moléculas absorbidas en ella.

Tipos de absorción

Hay dos tipos principales de adsorción:

  • Absorción física: Es un proceso de absorción física en el que las fuerzas involucradas son débiles fuerzas de van der Waals. Es usualmente reversible. Por ejemplo, gases como el nitrógeno y el oxígeno pueden ser físicamente absorbidos en carbón activado.
  • Absorción química: Esto involucra enlaces químicos entre el adsorbato y la superficie, lo que lo hace fuerte y a menudo irreversible. Un ejemplo de esto es la adsorción de hidrógeno en la superficie del níquel, donde las moléculas de hidrógeno se disocian y forman enlaces con los átomos de níquel.

Química coloidal

La química coloidal se ocupa del estudio de sistemas donde una sustancia se dispersa en otra, resultando en sistemas estables con tamaños de partícula que típicamente van de 1 nm a 1 micrón. Estas partículas no se asientan fácilmente y permanecen distribuidas a lo largo del medio, formando un "coloide". Ejemplos comunes incluyen leche, pintura y niebla.

Ejemplos de coloides

Hay muchos tipos de sistemas coloidales dependiendo del medio de dispersión y la fase dispersa.

Fase dispersa Medio de dispersión Ejemplo
Sólido Líquido Pintura
Líquido Líquido Leche
Gas Líquido Espuma (por ejemplo, crema batida)

Formación de coloides

Los coloides pueden formarse de dos maneras principales:

  • Dispersión: Romper partículas grandes en partículas más pequeñas que puedan permanecer suspendidas. Por ejemplo, triturar partículas sólidas para formar coloides.
  • Condensación: Las partículas pequeñas se juntan para formar partículas más grandes, pero no son lo suficientemente pesadas para asentarse. Esto ocurre en la formación de nubes, donde las moléculas de agua se condensan para formar nubes.

Importancia de los coloides

Los coloides juegan un papel importante en muchas industrias:

  1. Industria alimentaria: Las emulsiones como la mayonesa son coloides. La consistencia y estabilidad de los alimentos a menudo dependen de las propiedades coloidales.
  2. Farmacéuticos: Los medicamentos pueden ser administrados más eficazmente en forma coloidal.
  3. Ciencia ambiental: Los coloides son esenciales en los procesos de purificación de agua, donde los contaminantes se eliminan por adsorción en partículas coloidales.

Estabilidad de los coloides

La estabilidad de los sistemas coloidales es un aspecto importante, y puede verse afectada por varios factores:

  • Carga eléctrica: Las partículas coloidales tienen carga eléctrica, lo que les ayuda a repelerse entre sí y mantenerse dispersas.
  • Capa protectora: En algunos coloides, pequeñas moléculas pueden formar una capa protectora alrededor de las partículas coloidales, evitando que se agreguen.
  • Viscosidad del medio: Alta viscosidad puede ayudar a mantener las partículas suspendidas.

Una demostración clásica de estabilización debido a la carga es el fenómeno conocido como movimiento Browniano, que involucra el movimiento aleatorio de partículas dentro de un fluido, lo que contribuye a la estabilidad coloidal.

En la figura, los puntos azules representan partículas que experimentan movimiento Browniano, lo que ayuda a mantenerlas distribuidas homogéneamente.

Tensión superficial e interfacial

La tensión superficial es otro factor importante en la química de superficies. Es la energía requerida para aumentar el área superficial de un líquido debido a las fuerzas intermoleculares. Para el agua, estas fuerzas son relativamente fuertes, lo que provoca que el agua forme gotas cuando se coloca en una superficie plana.

La figura anterior muestra una gota de agua sobre una superficie plana, ilustrando el concepto de tensión superficial. La línea curva representa la superficie de la gota. Las fuerzas que actúan a lo largo de esta curvatura producen la tensión superficial.

Tensión interfacial

La tensión interfacial es similar a la tensión superficial, pero ocurre en la interfaz entre dos líquidos inmiscibles. Por ejemplo, el aceite y el agua exhiben tensión interfacial, lo que afecta la capacidad de los líquidos para mezclarse.

Los surfactantes son sustancias que reducen la tensión superficial e interfacial. Tienen una cola hidrófoba y una cabeza hidrófila, lo que les permite posicionarse en la interfaz entre el aceite y el agua, reduciendo la tensión y promoviendo la mezcla.

R-(CH2)n-SO4^(-)

En la fórmula anterior, R es la cabeza hidrófila y (CH2)n representa la cola hidrófoba, indicando una estructura típica de surfactante.

Aplicaciones de la química de superficies y coloides

Hay muchas aplicaciones de los principios de la química de superficies y coloides, incluyendo:

  • Detergentes y jabones: Son surfactantes que limpian superficies y tejidos al emulsionar grasas y aceites, y ayudan en su eliminación.
  • Cosméticos: Las emulsiones son fundamentales en la fabricación de lociones y cremas al dispersar aceite en agua o viceversa.
  • Procesos industriales: La flotación es una técnica de separación que usa diferencias en propiedades superficiales para separar minerales y menas.
  • Nanomedicina: Los coloides se utilizan en el desarrollo de nanopartículas terapéuticas para la administración de medicamentos.

Conclusión

Entender la química de superficies y coloides es esencial para diversas aplicaciones científicas y prácticas. Los principios regidos por interacciones moleculares en superficies y en coloides permiten enfoques innovadores para resolver desafíos ambientales, industriales y biomédicos. A medida que la tecnología avanza, la comprensión y manipulación de sistemas de superficies y coloides continúa creciendo, proporcionando profundos conocimientos y aplicaciones en una variedad de campos.


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