Propiedades dieléctricas de suspensiones coloidales. Efecto de la geometría de la partícula

Abstract

En este trabajo se analizan las propiedades de la interfase partícula cargada-disolución mediante espectroscopia dieléctrica. En dicho espectro hay dos relajaciones asociadas a la dinámica en la interfase: relajación alfa y relajación Maxwell-Wagner-O'Konski (MWO). Concretamente se centra en varios aspectos; la parte interna de la doble capa y el efecto de la temperatura, efecto del coión sobre la constante dieléctrica y estudio de partículas no esféricas. El problema experimental radica en la polarización de electrodos. Este fenómeno, consistente en la acumulación de iones en la interfase disolución-electrodo, da lugar a errores en la determinación de la constante dieléctrica a baja frecuencia y si se elimina el proceso conlleva pérdida de precisión. Dado que tiene lugar a frecuencias similares al a relajación alfa, su eliminación es fundamental para la caracterización del espectro dieléctrico. Por ello, en el trabajo se analizan los métodos clásicos y los más recientemente propuestos, esto es, la calibración cuadrupolar y el método de la derivada logarítmica. A lo largo de todo el trabajo se comparan los resultados de ambos métodos. El primero resulta útil si sólo hay una relajación en el espectro. El segundo nos permite observar y analizar varias relajaciones que ocurren a frecuencias similares. A la hora de comparar los resultados de espectroscopia dieléctrica con los de electroforesis, suelen encontrarse discrepancias, las cuales se deben a la polarización de electrodos que cuando la muestra es muy conductora y la señal pequeña no se puede eliminar del todo, y a la conductividad en la capa de estacionamiento. El análisis mediante un modelo sencillo para esta conductividad es suficiente para caracterizar el movimiento en esta capa a través de la relajación MWO, pero en el caso de la relajación alfa, dado que este fenómeno es mucho más sensible a cualquier variación en las propiedades del sistema, es necesario utilizar un modelo detallado sobre la dinámica de la interfase. Se analiza también el efecto del coión. En electroforesis no se encuentra apenas diferencias al variar el coeficiente de difusión de dichos iones. Sin embargo, en el espectro dieléctrico al aumentar la movilidad de los coiones aumenta la constante dieléctrica y la amplitud de la relajación alfa. Esto se debe a que la dispersión dieléctrica es muy sensible a las pequeñas variaciones en la magnitud del gradiente de concentración de electrolito neutro responsable de este fenómeno. El estudio de sistemas de partículas de partículas de forma no esférica muestra nuevos fenómenos no encontrados hasta ahora. En primer lugar se encuentra tanto teórica como experimentalmente la existencia de dos procesos de relajación debido a las distintas orientaciones principales de las partículas. Se encuentra un gran acuerdo entre el modelo y los resultados. Por último se estudia un sistema en el que las partículas tienen forma laminar pero irregular y es polidisperso: las arcillas. Dados los diferentes mecanismos de carga de las cargas y las artistas de estas partículas, en suspensión se pueden estructurar formando agregados. En este trabajo, mediante un análisis cualitativo, se muestra que a pH ácido (en el que las aristas tienen carga positiva y las caras negativas) existen agregados de tipo cara-arista, lo cual hace aumentar el tamaño efectivo de la partícula a este pH (y por tanto el incremento dieléctrico). A medida que aumenta la fracción de volumen los agregados aumentan su tamaño y por lo tanto deja de cumplirse la relación lineal entre amplitud de la relajación dieléctrica y fracción de volumen. A pH (tanto caras como aristas tienen carga negativa) la linealidad entre amplitud dieléctrica y fracción de volumen indican que no se producen agregados. Finalmente, a pH neutro la carga de las aristas es prácticamente nula, ya que no se aprecia ningún fenómenos de relajación secundario. Los resultados se comparan con los de relajación MWO y en general se encuentra que con la misma interpretación se puede justificar el comportamiento de estos datos