41234873-COLOIDES

Introdução

Este trabalho tem como finalidade esclarecer o que são colóides, sistema coloidal, e soluçoes. Este trabalho apresenta um conteúdo rico em informações necessárias para que se possa compreender a função e, como se é usado as soluções colóides e os sistemas. Com a absorção do conteúdo apresentado neste trabalho, será muito mais simples a compreensão dos assuntos derivados do mesmo.

Coloides

Definição: Segundo Reis (1999) colóides , ou sistemas coloidais, são, na verdade misturas heterogêneas em que o diâmetro médio das partículas do disperso se encontra na faixa de 10 a 1000 ângstrons.

Note que, por se tratar de uma mistura heterogênea, usamos os seguintes termos para designar as substâncias que formam um sistema coloidal:

*Disperso: Substância presente em menor quantidade.

*Dispergente: Substância presente em maior quantidade.

Os colóides apresentam dois tipos de fases:

*Sol: Disperso sólido e dispergente líquido, adquirindo aspecto de solução na forma líquida. Ex: Cola.

*Gel: Disperso sólido e dispergente líquido, adquirindo aspecto sólido. Ex: Geléia de frutas.

Para o uso dos sistemas coloidais é importante nos familiarizarmos com o uso dos seguintes termos:

*Suspensão: É a denominação dada a um sistema coloidal de um sólido num líquido (sol). É um sistema instável e suas partículas são quase reconhecíveis ao microscópio.

*Hidrossol: É a denominação dada ao sistema coloidal cujo divergente é a água.

*Emulsão: É a denominação dada ao sistema coloidal que possui o dispergente e o disperso na fase líquida.

*Aerossóis: O ambiente em que vivemos precisa ser limpo com regularidade, para que seja retirada a poeira que constantemente é depositada sobre os objetos. Esses grãos de poeira, de diâmetro 1000 mm, estão em suspensão e tendem a sedimentar. No entanto, há no ar alguns grãos de poeira de dimensões coloidais que nunca sedimentam. Esse tipo de colóide chama-se aerossol. Neblinas, fumaças e spray são outros exemplos de aerossóis do cotidiano. Quando observamos o rastro luminoso deixado pela luz de um projetor de slide em uma sala escura, ou quando notamos os feixes luminosos dos faróis dos carros em dias com forte neblina, devemos nos lembrar do Efeito Tyndall que a luz pode provocar quando atinge partículas coloidais sólidas existentes no ar.

*Espumas: Quando um gás é borbulhado em um líquido, além das bolhas enormes e visíveis, são formadas também bolhas de dimensões coloidais. Por isso, as espumas também podem ser classificadas como colóides. Um bom exemplo é o chantilly, formado pela mistura de ar e creme de leite. Um sólido que possui poros de dimensão coloidal é classificado como espuma sólida. É o caso, por exemplo, da pedra-pome, que possui ar em microscópicos poros de dimensão coloidais.

Efeito Tyndall: Os colóides apresentam efeitos ópticos devido à luz ser refratada nas micelas. Esses efeitos não estão presentes nas soluções devido ao seu diminuto tamanho.

Se projetarmos um feixe de luz em um colóide como o leite, verificaremos o feixe presente no líquido do corpo. É o que acontece com a luz dos faróis altos dos automóveis em dia de neblina. Essa refração de luz nas partículas do colóide recebe o nome de efeito Tyndall e, como vimos, não se manifesta em líquidos que não sejam coloidais.

Classificação dos sistemas coloidais

Os sistemas coloidais podem ser classificados segundo dois critérios principais: quanto à natureza das partículas do disperso e quanto à afinidade entre o disperso e o dispergente.

Natureza das partículas do disperso

Colóide micelar: é o sistema coloidal cujo disperso é constituído por aglomerados de átomos, íons ou moléculas.

Colóide molecular: é o sistema coloidal cujo disperso é constituído de macromoléculas, normalmente polímeros.

Colóide iônico: é o sistema coloidal cujo disperso é constituído de macroíons.

Afinidade entre o disperso e o dispergente

Colóides liófilos (lyo=solver ou dissolver, philo=amigo), ou colóides reversíveis, são sistemas coloidais que possuem grande afinidade entre o disperso e o dispergente.

Se o dispergente for a água, o sistema coloidal é denominado hidrófilo.

Devido a essa afinidade, as partículas do disperso adsorvem, isto é, fixam na sua superfície moléculas do dispergente, ficando assim envolvidas por uma película que é denominada camada de solvatação.

A camada de solvatação permite que as partículas do disperso fiquem isoladas umas das outras e, com isso, é possível transformar o sistema coloidal em sol ou em gel, conforme se adicione ou se retire dispergente. Por isso esses colóides são ditos reversíveis.

A transformação da fase gel para a fase sol pela adição de dispergente é denominada peptização (peptos=digerido).

A transformação da fase sol para a fase gel pela retirada de dispergente é denominada pectização (pektos=coalhado).

Colóides liófobos (lyo=solver ou dissolver, phóbos=aversão), ou colóides irreversíveis, são sistemas coloidais onde praticamente não existe afinidade entre o disperso e o dispergente.

Se a fase dispergente for a água, o sistema é denominado hidrófobo.

A formação de um colóide liófobo não é espontânea e a passagem de gel a sol é muito difícil.

A estabilidade de um sistema coloidal liófobo pode ser aumentada pela adição de uma pequena quantidade de um colóide liófilo adequado, que então passa a ser denominado colóide protetor.

As partículas do colóide liófobo são envolvidas por uma película de colóide liófilo que passa a funcionar como uma camada de solvatação, dando estabilidade ao colóide liófobo.

Podemos citar como exemplo de colóides protetores a gema de ovo, que estabiliza a mistura de azeite e vinagre no preparo de maionese, e a tinta nanquim, que é um colóide liófobo protegido por um colóide liófilo de gelatina em água.

Propriedades dos sistemas coloidais

Os sistemas coloidais possuem as seguintes propriedades principais:

Carga elétrica

Como normalmente todas as partículas do disperso de um sistema coloidal apresentam a mesma carga elétrica, elas ficam em suspensão, uma vez que sofrem repulsão elétrica contínua.

A carga elétrica das partículas do disperso depende diretamente da quantidade de cátions ou de ânions no sistema.

Se houver excesso de cátion, as partículas do disperso irão adsorver esses cátions, adquirindo carga elétrica positiva.

Isto é o que ocorre, por exemplo, quando se prepara um colóide em meio ácido (excesso de cátions).

Se houver excesso de ânions, as partículas do disperso irão adsorver esses ânions, adquirindo carga elétrica negativa.

Isto é o que ocorre, por exemplo, quando se prepara um colóide em meio básico (excesso de ânions).

Como a carga elétrica de um colóide depende da quantidade de íons presentes no sistema, é possível transformar um colóide positivo em um colóide negativo e vice-versa, alterando a quantidade de cátions ou de ânions desse sistema.

É importante observar, no entanto, que haverá um momento durante essa transformação em que as micelas serão neutras e o colóide, descarregado; dizemos então que o colóide atingiu o seu ponto isoelétrico.

Eletroforese

Quando um colóide é submetido a um campo elétrico, todas as partículas do disperso migram para um mesmo pólo.

Se o colóide for positivo, as partículas do disperso irão migrar para o pólo negativo, que é denominado cátodo (pólo para onde vão os cátions).

O processo é denominado cataforese.

Se o colóide for negativo, as partículas do disperso irão migrar para o pólo positivo, que é denominado ânodo (pólo para onde vão os ânions).

O processo é denominado anaforese.

Quando o colóide se encontra no seu ponto isoelétrico, as partículas do disperso não migram para nenhum dos pólos, pois estão descarregadas.

Movimento Browniano

As partículas do dispergente (principalmente quando este se encontra na fase gasosa ou líquida) estão constantemente se chocando com as partículas do disperso. Estes choques fazem com que as partículas do disperso adquiram um movimento de ziguezague ininterrupto.

O movimento descrito foi observado pela primeira vez pelo botânico escocês Robert Brow, numa suspensão de grãos de pólen em água, e em sua homenagem é denominado movimento browniano.

Efeito Tyndall

Trata-se de um efeito de espalhamento ou dispersão da luz, provocado pelas partículas de um sistema coloidal.

É devido ao efeito Tyndall que se pode observar as partículas de poeira suspensas no ar através de uma réstia de luz, ou, ainda, observar as gotículas de água que formam a neblina através do farol do carro.

Preparação de um sistema coloidal

A preparação de um sistema coloidal liófilo não existe nenhuma técnica especial, uma vez que as partículas do disperso se espalham espontaneamente pelo dispergente.

Já a preparação de um sistema coloidal liófobo exige algumas técnicas como as que descreveremos a seguir.

Por fragmentação

Esta técnica consiste em fragmentar as partículas do disperso até que elas atinjam as dimensões características do estado coloidal (entre 10 e 1000 ângstrons) o que normalmente é feito de duas maneiras:

Usando-se o moinho coloidal: colocam-se os grânulos de matéria do disperso entre dois discos rígidos que giram a uma distância muito pequena um do outro.

Este é o método usado na preparação de cosméticos (sombras e pós faciais).

Usando-se um arco voltaico: o uso do arco voltaico, também denominado arco de Bredig, restringe-se normalmente à preparação de colóides metálicos, pois é necessário que o material seja condutor de corrente elétrica.

O processo é o seguinte: coloca-se em um recipiente apropriado o líquido que constituirá o dispergente e, mergulhados nesse líquido, dois fios do material que constituirá o disperso.

Aplica-se uma diferença de potencial nesses fios, o que provoca uma centelha entre eles; com isso partículas do disperso de dimensões coloidais vão sendo liberadas e se distribuindo através do líquido.

Por aglomeração

São três técnicas principais que visão aglomerar partículas de dimensões inferiores às do estado coloidal, até que elas atinjam o tamanho necessário à preparação de um colóide.

Através de uma reação química: segundo a Lei de Weimarn é possível obter um sistema coloidal quando, numa reação de formação de um composto pouco solúvel, as soluções reagentes apresentam concentrações extremas, isto é, mitos diluídas ou muito concentradas.

Através de uma lavagem: fazendo-se um precipitado passar por sucessivas lavagens com uma solução diluída que possua gelo menos um íon em comum com o precipitado, vão se formando aos poucos partículas de dimensões coloidais que ficam dispersas na solução usada na lavagem.

Através da mudança de dispergente: prepara-se uma solução de determinada substância X num solvente apropriado; em seguida adiciona-se um líquido no qual a substância X seja imiscível e agita-se o sistema. Com a agitação, as partículas de dimensões coloidais da substância X se dispersão pelo líquido que foi adicionado.

Purificação de um sistema coloidal

A purificação de um colóide consiste numa série de técnicas que visam separar as partículas do disperso das impurezas estranhas que eventualmente estejam espalhadas pelo dispergente.

Ultrafiltração

Quando o sistema coloidal está contaminado por íons ou moléculas cuja dimensão se encontra na faixa do soluto de uma mistura homogênea (menos de 1000 ângstrons), é possível separar essas impurezas do colóide usando-se um ultrafiltro.

Trata-se de uma membrana que pode inclusive ser feita de material plástico, com poros estreitos o bastante para barrar a passagem de partículas coloidais, mas ainda assim permitir a passagem de partículas com diâmetro inferior a 1000 ângstrons.

A ação do ultrafiltro está ligada também às condições elétricas do colóide e da membrana.

Ultracentrifugação

Quando o sistema coloidal está contaminado por partículas de maior porte, ou quando é necessário separar partículas coloidais de tamanhos diferentes, utilizam-se centrífugas de altíssima rotação.

Esse processo é amplamente usado nos laboratórios de análises clínicas para separar as várias proteínas existentes no sangue.

Diálise

O processo conhecido por diálise é usado especificamente para separar impurezas altamente solúveis no dispergente.

Baseia-se na diferença de velocidade com que ocorre a difusão de uma solução e de um colóide através de uma membrana permeável.

A diálise é feita da seguinte maneira:

Coloca-se o colóide dentro de um recipiente de vidro denominado dialisador, cujo fundo é constituído de porcelana porosa, que age como uma membrana permeável.

O dialisador é imerso numa cuba de vidro que contém o dispergente puro em constante circulação.

O dispergente atravessa facilmente a porcelana porosa do dialisador e arrasta as impurezas para fora purificando o colóide, como mostra o esquema abaixo:

Eletrodiálise

Caso as impurezas que contaminam o colóide sejam de natureza iônica, é possível acelerar a difusão dessas impurezas pelo dializador aplicando-se um campo elétrico através de eletrodos acoplados à cuba de vidro, como mostra o esquema a seguir.

A estabilidade e a destruição de um colóide

A estabilidade de um sistema coloidal, assim como a sua destruição, dependem basicamente de dois fatores:

As cargas elétricas

O fato de as partículas do disperso possuírem a mesma carga elétrica e, portanto, sofrerem repulsão, evita que elas formem aglomerados e sofram precipitação.As cargas elétricas iguais mantêm o colóide estável.

Se, de algum modo, eliminarmos a carga elétrica das partículas do colóide, o que pode ser feito facilmente pela adição de um eletrólito, por eletroforese ou pela adição de um colóide de carga oposta, a partículas do disperso irão se precipitar e o colóide será destruído.

A camada de solvatação

A absorção de moléculas do dispergente pelas partículas do disperso, formando a denominada camada de solvatação, evita o contato direto entre as partículas do disperso e, portanto, a sua aglomeração e precipitação.

Se essa camada de solvatação for eliminada, o colóide será destruído.

Normalmente elimina-se a camada de solvatação adicionado-se ao colóide substâncias dessolvatantes. Se o disperso for a água, por exemplo, adiciona-se um desidratante.

O Estado Coloidal

Se você adicionar um pouco de sal a um copo de água e agitar, notará que o sal irá se dissolver e, a partir dessa mistura, formar uma solução aquosa. No entanto, se a mesma experiência for feita com um pouco de areia fina, o resultado será muito diferente. Como a areia não se dissolve em água, irá depositar-se no fundo do recipiente, logo após o término da agitação.

A mistura de água e areia, no momento da agitação, constitui um bom exemplo de suspensão.

Mesmo através da filtração, seria possível observar uma diferença importante entre esses dois tipos de mistura: as suspensões podem ser filtradas; as soluções, não.

É evidente que essa diferença de comportamento entre as soluções e as suspensões se deve ao tamanho da partícula dispersa. Enquanto que os enormes grãos de areia, a maioria visíveis a olho nu, ficam presos no papel de filtro, os invisíveis íons Na+ e Cl- possuem dimensões tão reduzidas que atravessam facilmente os poros do filtro.

Há uma ampla variedade de valores entre o diâmetro médio dos íons e das moléculas comuns e o diâmetro médio de corpos maiores como os da areia, constituídos de sílica ( SiO2 ). Em outras palavras, as partículas dispersas num meio sólido, líquido ou gasoso possuem tamanhos muito diferentes.

Para muitos pesquisadores, os dispersos com diâmetros médios entre 1,0 nm e 1000 nm constituem fronteiras gerais para uma classificação das misturas. Assim, partículas com diâmetro inferior a 1,0 nm encontram-se em solução e devem ser chamadas de soluto. Por outro lado, partículas com diâmetro superior a 1000 nm estariam dispersas em misturas denominadas suspensões.

Mas, você pode estar pensando, e as partículas de tamanho intermediário?

Os cientistas observaram que partículas com diâmetro entre 1,0 nm e 1000 nm participam de um campo muito importante, chamado de misturas coloidais ou simplesmente colóides.

AFINAL, QUAL O DIÂMETRO DE UMA PARTÍCULA COLOIDAL?

Apesar de alguns pesquisadores terem proposto que partículas coloidais teriam diâmetro situado entre 1,0 nm (10-9 m) e 100 nm, evidências experimentais tendem atualmente a ampliar esse intervalo para 1 000 nm. No entanto, essa discussão não terá maior importância para nosso estudo, pois o que definirá realmente se uma mistura é coloidal ou uma suspensão será seu comportamento macroscópico.

Adotaremos, então, os limites situados entre 1,0 nm e 1000 nm para caracterizar o diâmetro de uma partícula coloidal .

Analisando o quadro a seguir, podemos comparar características gerais das soluções, das misturas coloidais e das suspensões. Note que, nas misturas em geral, a substância em menor quantidade pode ser chamada de disperso, ou seja, é uma substância que se encontra espalhada, de maneira homogênea ou não, em outra substância denominada dispersante. Nessas condições, a mistura receberá o nome geral de dispersão.

Solução, dispersão coloidal e suspensão

Solução é toda mistura homogênea de duas ou mais substâncias.

As partículas dispersas:

• são moléculas ou íons comuns

• têm diâmetro menor que 1 nm (10-9 m)

• não se sedimentam nem mesmo sob ação de ultracentrifugadores

• não são retidas nem mesmo pelos ultrafiltros

• não são detectadas nem mesmo com o auxílio do ultramicroscópio e do microscópio eletrônico.

Na dispersão coloidal :

• as partículas dispersas têm diâmetro entre 1 e 100 nm

• são agregados de moléculas ou de íons comuns, ou macromoléculas, ou macroíons isolados

• não se sedimentam sob a ação da gravidade, nem sob a ação dos centrifugadores comuns, mas sim sob a ação de ultracentrifugadores

• não são retidas por filtros comuns, mas o são por ultrafiltros

• não são detectadas ao microscópio comum, mas o são com o auxílio do microscópio eletrônico e do ultramicroscópio.

Na suspensão:

• as partículas dispersas têm diâmetro maior que 100 nm

• são agregados de moléculas ou de íons

• sedimentam-se pela ação da gravidade ou dos centrifugadores comuns

• são retidas pelo filtro comum e são detectadas a olho nu ou com o auxílio de microscópios comuns.

Classificação das soluções

Quanto ao estado físico:

• sólidas

• líquidas

• gasosas

Quanto à condutividade elétrica:

• eletrolíticas ou iônicas

• não-eletrolíticas ou moleculares

Quanto à proporção soluto/solvente:

• diluída

• concentrada

• não-saturada

• saturada

• supersaturada

Tipos de concentração

% em massa:

massa de soluto / massa de solução ´ 100

% em volume:

volume de soluto / volume de solução ´ 100

(só é usada quando soluto e solvente são ambos líquidos ou ambos gasosos)

concentração em g/L:

massa de soluto em gramas /volume de solução em litros

concentração em mol/L:

quantidade de soluto (mol)/volume de solução em litros

concentração em molalidade:

quantidade de soluto (mol)/massa do solvente em kg

concentração em fração molar de soluto:

quantidade de soluto (mol)/quantidade de solução (mol)

Diluição e titulação

Diluição é uma operação em que se acrescenta solvente à solução. A quantidade de soluto permanece constante.

Titulação é uma operação de laboratório através da qual se determina a concentração de uma solução A medindo-se o volume de uma solução B de concentração conhecida, que reage completamente com um volume conhecido da solução A.

Colóides

Estado coloidal - Tipo de dispersão na qual as partículas dispersas têm dimensão entre 1 e 100 nm.

Colóide reversível ou liófilo ou hidrófilo - A passagem de sol a gel é reversível. As partículas dispersas têm película de solvatação, que estabiliza o colóide.Exemplos: proteínas em água, amido em água, gelatina em água e a maioria dos colóides naturais.

Colóide irreversível ou liófobo ou hidrófobo - A passagem de sol a gel é irreversível. As partículas dispersas não têm película de solvatação e, por isso, são instáveis.Exemplos: hidrossol de metais (ouro, prata, etc.), hidrossol de enxofre e a maioria dos colóides artificiais.

A purificação dos colóides é feita por diálise, eletrodiálise ou ultrafiltração.

Os colóides apresentam as seguintes propriedades: efeito Tyndall, movimento browniano e adsorção.

Colóides protetores são colóides liófilos que estabilizam os colóides liófobos, impedindo a sua coagulação. O mais usado é a gelatina.

Importância dos colóides:

• Biológica - os processos vitais estão associados ao estado coloidal.

• Industrial - fabricação de medicamentos, tintas, cremes, cosméticos, pedras preciosas (rubi, safira, etc.), sílica-gel, filmes fotográficos, etc.

• Culinária - preparo de geléias, maionese, creme chantilly, etc.

Sistemas coloidaisSão misturas instáveis de duas fases imiscíveis (fase dispersa e meio de dispersão). A fase dispersas são as partículas coloidais e o meio de dispersão é a fase em que as partículas se distribuem formando o sistema coloidal. As definições de colóides estão resumidamente definidas na tabela abaixo.

Dispersões grosseiras Dispersões coloidais Soluções verdadeirasPartículas maiores que 0,1 μ

Partículas entre 1 mμ e 0,1 μ

Partículas menores que 1 mμ

Partículas visíveis em microscópio comum

Partículas invisíveis em microscópio comum, identificáveis no ultra microscópio e visíveis no microscópio eletrônico

Partículas invisíveis em microscópio eletrônico

Partículas são retidas em papel de filtro comum

Partículas passam através dos poros de papel de filtro comum mas são retidos em ultrafiltros

Partículas passam através de ultrafiltros

Partículas não difundem nem dialisam

Partículas difundem lentamente e somente as menores dialisam

Partículas difundem e dialisam rapidamente

A fase dispersa pode sólida, líquida ou gasosa assim como o meio de dispersão. Dependendo do estado físico da fase dispersa e do meio de dispersão, há vários tipos de colóides, de acordo com a tabela abaixo.

Fase dispersa Meio de dispersão Nome ExemplosLíqüido Gás Aerossol líqüido Nevoeiro, neblinaSólido Gás Aerossol sólido Poeira, fumaçaGás Líqüido Espuma Espuma de sabãoLíqüido Líqüido Emulsão LeiteSólido Líqüido Sol Solução de amidoGás Sólido Espuma sólida Pedra pomesLíqüido Sólido Emulsão sólida Minerais como opala; manteigaSólido Sólido Sol sólido Ligas e vidros

2 - Classificação de colóides

As soluções coloidais podem ser classificadas quanto à:

a) Composição química - Os sóis são classificados em orgânicos e inorgânicos. Os sóis inorgânicos podem ser agrupados em soluções coloidais de elementos metálicos (sóis de ouro e prata) e não-metálicos (enxofre, grafito), de óxidos e hidróxidos (Ferro III) e de sais (cloreto de prata). Quanto às soluções coloidais orgânicas podem ser sóis homopolares (borracha em benzeno), sóis hidroxílicos (amida em água) e sóis heteropolares (sabão em água).

b) Forma da partícula - Permite dividir os colóides em esféricos e lineares. Os esféricos são os que possuem partículas compactas e mais ou menos globulares. Como exemplo há os de prata e glicogênio. Os lineares são unidades longas e fibrosas. Como exemplo temos o ácido silícico coloidal e a nitrocelulose.

c)Estrutura da partícula - Os colóides são classificados em moleculares e micelares. Os micelares são aqueles cujas partículas são macromoléculas. Como exemplo há a nitrocelulose e o amido. Os colóides micelares são estruturalmente diferentes e as partículas são constituídas de agregados de muitas moléculas ou grupos de átomos. Como exemplo temos o sabão e o detergente.

d)Estabilidade dos sóis - conforme as afinidades relativas das substâncias que constituem a fase dispersa e o meio de dispersão, os colóides dividem-se em liófobos e liófilos. Quando a afinidade é pequena é dito liófobo e não são muito estáveis. Os colóides que possuem afinidade pelo meio de dispersão são chamados liófilos. A maior parte dos colóides orgânicos são liófilos. A tabela abaixo compara algumas propriedades dos sóis liófobos e liófilos.

Propriedades dos sóis liófobos e liófilos

Sóis liófobos Sóis liófilosTensão superficial Semelhante à do meio de

dispersãoFreqüentemente mais baixa

Viscosidade Semelhante à do meio de dispersão

Muito maior

Pressão osmótica Muito pequena Considerável

Visibilidade no microscópio eletrônico ou ultramicroscópio

Boa Má

Ação de um campo elétrico As partículas migram em uma direção

As partículas não migram ou migram em qualquer direção

Ação dos eletrólitos Pequenas quantidades causam precipitação

Pequenas quantidades têm pouco efeito

Uma outra diferença entre os sistemas liófobos e liófilos é dada pelo comportamento face à evaporação ou esfriamento. Os sistemas liófobos dão sólidos que não podem ser reconvertidos em sóis pela reversão do processo físico (colóides irreversíveis). Os sistemas liófilos dão géis que misturados com o meio de dispersão, regeneram os sóis correspondentes (colóides reversíveis).

3 - Eletroforese

Propriedades elétricas dos colóides. Quando se submete uma solução coloidal à passagem de uma corrente elétrica, as partículas se movimentam em direção a um dos dois eletrodos, positivo ou negativo. O fenômeno é denominado eletroforese. O aparelho de eletroforese demonstra o fenômeno das partículas coloidais sob a influência da aplicação de uma força eletromotriz à solução. A maior parte dos colóides apresenta cargas negativas, mas há, igualmente colóides com carga positiva. Entretanto, a solução em seu conjunto é sempre neutra, porque as cargas das partículas são compensadas por uma quantidade correspondente de cargas opostas ao sistema. A carga das partículas depende do processo de preparação do colóide. Sinal da carga de alguns colóides pode ser invertido pela adição de certos eletrólitos.

Precipitador Cotrell

É usado no controle da poluição do ar, eliminando fumaça e poeira prejudiciais à saúde. É usado também na recuperação de materiais finamente divididos que se perderiam na atmosfera sob a forma de poeira, um aerossol.

4 - Preparação de colóides

Processos de condensação

Consiste na formação de colóides por condensação de íons e pequenas moléculas. São processos físicos ou reações químicas que geram substâncias insolúveis. Os principais processos são os que utilizam reações. Há quatro tipos de reações principais:

a) Redox

Ex: 2H2S + SO2 3S(col) + 2H2O2

b) Hidrólise de sais

Ex: Fe+3 + 3H2O Fe(OH)3 (col) + 3H+

c) Reações de decomposição

Ex: Na2S2O3 + H2SO4 Na2SO4 + SO2 + H2O + S(col)

d) Reações de combinação de íons

Ex: MnSO4 + Ba(SCN)2 BaSO4 + Mn(SCN)2(col)

Processos de dispersão

Existem quatro processos de dispersão: moagem ou pulverização mecânicas, irradiação com ondas ultra-sônicas, método do arco elétrico e métodos químicos (reações de peptização-dispersão de precipitado, com formação de uma solução coloidal, pela ação de substâncias estranhas). Os processos de dispersão consistem em desintegração de partículas grosseiras em partículas de dimensões coloidais.

5 - Adsorção

Muitas propriedades dos colóides são devido à grande superfície de contato das partículas. A divisão de uma massa de uma substância até o tamanho de um colóide aumenta muito a superfície total. Com essa grande superfície, o número de átomos, moléculas ou íons na superfície do colóide também grande. Na superfície de um colóide não há a total saturação das forças em torno da superfície, explicando a atração que pode ocorrer com as substâncias do meio. Essa propriedade dos colóides é adsorção e devido à grande superfície, as propriedades adsortivas são bastante pronunciada.

6 - Destruição de colóides- coagulação

Chama-se floculação ou coagulação a destruição de um sol pela ação de fatores externos. As partículas aumentam de tamanho, o sistema torna-se turvo e a fase dispersa tende a precipitar .

A floculação de um sol pode ser ocasionada por meio de tratamento mecânico, aquecimento ou esfriamento, eletrólise, irradiações diversa e adição de eletrólitos.

A floculação por efeito de vigorosa agitação verifica-se no caso de alguns sóis de hidróxido de ferro (III), mas o mecanismo da floculação mecânica é algo obscuro. Também a ação floculante das ondas ultra-sônicas em relação aos sistemas de menor grau de dispersão pode ser classificada como floculação mecânica. Alguns sóis são muito sensíveis ao aquecimento e ao esfriamento. A elevação da temperatura aumenta a energia cinética dos íons e, assim, faz diminuir a intensidade da adsorção e a carga das partículas. O esfriamento provoca a floculação de certos colóides por efeito de um enfraquecimento do movimento browniamo. Os colóides liófobos são precipitáveis por eletrólise. A ação da corrente depende da sua intensidade e da quantidade de eletrólito presente. A irradiação com diferentes espécies de energia é outro meio de influir sobre a estabilidade dos sóis. A floculação pode ser ocasionada por irradiações prolongadas com feixes de elétrons, raios- x e luz ultravioleta. A luz solar é menos ativa. A estabilidade dos sóis é afetada pela ionização e outras modificações químicas produzidas pelas radiações de curto comprimento de onda.

Coagulação mútua de colóides

Colóides de cargas elétricas contrárias coagulam-se pela neutralização de suas cargas.

Coagulação pela ação de eletrólitos

O efeito da adição de eletrólitos consiste em diminuir a espessura da camada irônica difusa ou o potencial eletrocinético. Esse efeito facilita a coalescência das partículas. A presença de traços de eletrólitos é essencial à estabilidade dos sóis liófobos .Quantidades maiores provocam a agregação das partículas e a formação de precipitado visível.

7 - Colóide protetor

A ação protetora do sol hidrófilo se verifica quando sua carga é de igual sinal à das partículas hidrófobas ou quando aquele, tendo carga de sinal oposto, é adicionado em quantidade relativamente grande. Na maior parte dos casos, o colóide protetor forma camadas monomoleculares sobre as partículas hidrófobas. Um dos colóides

protetores mais usados é a gelatina .São, também, muito eficientes diversos produtos sintéticos altamente polimerizados.

8 - Efeito Tyndall

Dispersão de um raio luminoso a medida que ele passa através da mistura. Para ocorrer o efeito Tyndall é necessário que as partículas sejam da ordem de grandeza do comprimento de onda da luz. É uma propriedade importante dos colóides.

9 - Agente emulsificante

Podem ser classificados em três categorias: o grupo mais importante é o dos sabões e detergentes. Estes emulsificantes se caracterizam por possuir um longo radical lipófilo e um grupo polar. Os emulsificantes ocasionam uma diminuição da tensão interfacial óleo-água. A ação detergente do sabão é atribuída à propriedade de emulsificar as gorduras. A parte lipófila da molécula do sabão tem afinidade pelo óleo, ao passo que a cabeça polar apresenta afinidade pela água. As partes lipófilas ficam imersas nas partículas de óleo, enquanto as cabeças polares apontam para fora entrando em contato com a água. Na ausência de um emulsificante as partículas coalesceriam virtude da tensão superficial, que tende a diminuir a superfície total. Entretanto, as partículas de óleo com moléculas de sabão não coalescem, porque, eletricamente carregadas pelos grupos carboxílicos ionizados das moléculas de sabão se repelem mutuamente. Daí a estabilidade da emulsão.

O segundo grupo de agentes emulsificantes é formado por substâncias de natureza liófila, tais como as proteínas, o agar e as e as pectinas.

No terceiro grupo, entram sólidos finamente pulverizados, facilmente molháveis por um dos líquidos, como é o caso de algumas argilas, os sulfatos básicos de ferro, níquel e cobre. O líquido em que o sólido é mais molhável dá a fase dispersa. As gotículas se envolvem de uma camada de partículas de sólido e são impedidos de coalescer.

II - Objetivos

1 - Eletroforese

• Verificar a carga do sol de As2S3

1.2 - Precipitador de Cotrell

• Separar a fase dispersa da fumaça (colóide sólido em gás) e observá-la


2.1 Processos de condensação

• Preparar os sóis de As2S3 e Fe(OH)3

• Verificar o efeito Tyndall no As2S3

• Obter um gel acetato de cálcio

2.2 - Processos de dispersão

• Analisar a influência de um agente emulsificante numa mistura de água e óleo

3 - Adsorção

• Verificar a propriedade de adsorção e relacioná-la com o tamanho das partículas adsorventes

4 - Destruição de colóides - Coagulação

4.1 Coagulação mútua de colóides

• Verificar a coagulação pela mistura de colóides de cargas opostas

4.2 Coagulação por ação de eletrólitos

• Verificar a coagulação por adição de eletrólitos

• Analisar a influência da valência do eletrólito na coagulação


5.1 Prata coloidal

• Verificar a ação protetora da gelatina em relação à prata

5.2 AgBr coloidal

• Verificar a ação protetora da gelatina em relação ao AgBr

III - Parte experimental

1 - Eletroforese

Num tubo em U coloca-se uma dispersão coloidal de sulfeto de arsênio(III). Em cada extremidade do tubo introduz-se um eletrodo de grafite e liga-se a corrente elétrica.

1.2 Precipitador Cotrell

Coloca-se um cigarro aceso em uma das saídas do precipitador, e na outra saída ligada-se a trompa d'água. Deixa-se acumular fumaça dentro do Cotrell durante algum tempo e dá-se uma descarga elétrica.



a) Fe(OH)3 coloidal

Adicionam-se quatro gotas de uma solução saturada de FeCl3 a um tubo de ensaio com 3ml de água quente. Faz-se o mesmo com água à temperatura ambiente.

As2S3 coloidal

Adicionam-se 4mL de solução saturada de As2O3 aquecida a um tubo de ensaio, onde se faz passar uma corrente de gás sulfídrico, obtido num aparelho Kipp contendo uma solução de HCl e pirita.

O tubo de ensaio com o produto resultante é colocado em uma caixa escura onde faz-se passar feixe de laser pela solução obtida

Gel

Coloca-se em um tubo de ensaio 2mL de solução saturada de acetato de cálcio e 2mL de álcool absoluto. Mistura-se lentamente com um bastão de vidro. Coloca-se o produto resultante em uma tela de amianto sobre um bico e Bunsen ligado.

2.2 Processos de dispersão

a)Coloca-se em um tubo de ensaio, 2mL de água e três gotas de óleo vegetal. Agita-se.

b)Coloca-se em um tubo de ensaio, 3 gotas de óleo vegetal, 2mL de água destilada e 4 gotas de detergente. Agita-se e compara-se com o item anterior.

3 - Adsorção

a)Coloca-se em dois tubos de centrífuga 2 mL de água e gotas de azul de metileno. Coloca-se em um pouco de carvão ativo e no outro um pedaço de carvão, aquecendo em seguida em banho-maria. Os tubos são centrifugados.

4 - Destruição de colóides


Mistura-se 0,5 mL de sol de Fe(OH)3 com 0,5 mL de As2S3.

4.2 Coagulação pela ação de eletrólitos

Realizam-se simultaneamente 3 ensaios:

Mistura de1 mL de sol As2S3 com duas gotas de NaCl 1 M.

Mistura de1 mL de sol As2S3 com duas gotas de MgCl2 1 M

Mistura de1 mL de sol As2S3 com duas gotas de AlCl3 1 M


5.1 Prata coloidal

Simultaneamente dois ensaios são realizados

Mistura de 2 mL de água destilada com 3 gotas de solução de AgNO3 0,1 M e 3 gotas de solução aquosa de NH3. São adicionadas 5 gotas de formol e o sistema é aquecido em banho-maria.

Mistura de 4 mL de dispersão de gelatina a 1% com 3 gotas de solução de AgNO3 0,1 M e 3 gotas de solução aquosa de NH3. São adicionadas 5 gotas de formol e o sistema é aquecido em banho-maria.

5.2 AgBr coloidal

Simultaneamente foram feitos os dois ensaios:

Mistura de 1 mL de água destilada com 3 gotas de solução de KBr 0,1 M. São adicionadas 4 gotas de solução de AgNO3 0,1 M e o sistema é agitado.

Mistura de 1 mL de dispersão de gelatina a 1% com 3 gotas de solução de KBr 0,1 M e 4 gotas de solução de AgNO3 0,1 M e o sistema é agitado.

IV - Resultado e discussão

1 - Eletroforese

O sol de sulfeto de arsênio III (As2S3) migra para o eletrodo positivo, verificado pela coloração amarela mais intensa no eletrodo positivo e pela coloração praticamente incolor no eletrodo negativo. Desse modo, o sol analisado só pode ter carga negativa: sua coloração mais intensa no eletrodo positivo é devido à atração do eletrodo positivo pela carga negativa do sol e a coloração praticamente incolor no eletrodo negativo causado pelas forças de repulsão entre cargas negativas.


Com esse equipamento obtém-se partículas pretas a partir da fumaça do cigarro. Como a fumaça é um colóide onde a fase dispersa é um sólido e o meio de dispersão é um gás, há muitas partículas sólidas dispersas que através do precipitador de Cotrell são precipitadas. A alta voltagem faz com que as partículas adqüiram carga e migrem para um dos eletrodos (o de carga oposta), causando a precipitação. Esse procedimento é necessário pois nesse tipo de colóide a fase dispersa não tem carga.



Fe(OH)3 coloidal

O Fe(OH)3 é preparado através de uma reação química e portanto pelo processo de dispersão. Essa reação foi a de hidrólise do íon Fe3+, descrita abaixo em sua forma molecular.

Fe3+ + 3H2O ® Fe(OH)3 + 3H+

A formação do colóide só ocorre com água quente e é verificada pela coloração castanha. Para efeito de comparação utilizou-se água fria ao invés de água quente,

resultando em uma solução amarelada que nada mais é que a cor de uma solução do íon Fe+3. Pôde-se verificar então que a reação realmente só ocorre à quente e que a cor amarela indica que não houve reação ao contrário da cor castanha que indica a formação do colóide.

As2S3 coloidal

O colóide de As2S3 também foi preparado através de uma reação química de As2O3 com H2S por combinação de íons. O ácido sulfídrico é obtido pela reação de pirita (FeS2) com ácido clorídrico. As reações estão descritas abaixo:

As2O3 + 3 H2O ® 2 H3AsO3

2 H3AsO3 + 3 H2S ® As2S3 + 6 H2O

A formação do colóide é observada pela mudança de cor da solução de incolor (As2O3) para amarelo (As2S3). Além disso, passando-se um feixe de laser pelo produto amarelo obtido vê-se o caminho percorrido pela luz, indicando-se tratar de um colóide (Efeito Tyndall).

Gel

Misturando-se solução saturada de acetato de cálcio com álcool forma-se inicialmente um alcoosol de cor branca. Esse alcoosol é formado porque e acetato de cálcio é muito pouco solúvel em meio hidroalcoólico, precipitando sob a forma de colóide. Aos poucos esse álcool vai evaporando, ficando mais consistente e transformando-se em um semi-sólido branco, o alcoogel. Quando esse alcoogel é colocado sobre a tela de amianto e queimado resta apenas um resíduo sólido da fase dispersa, tendo-se destruído o colóide. Esse resíduo é chamado de gel.


Ao misturar-se água e óleo vegetal verifica-se que inicialmente o óleo se dispersa em água, mas depois se separam já que essa mistura é instável uma vez suas polaridades são muito diferentes : a água é muito polar e o óleo muito apolar e portanto não se misturam. Inicialmente o óleo se dispersa em água, mas depois se separam já que essa mistura é instável.

Quando adiciona-se sabão à água e óleo forma-se uma emulsão : dispersão de líqüido em líqüido, devido à ação emulsificante do sabão, diminuindo a tensão superficial. Essa diminuição na tensão superficial faz com que a emulsão não se destrua, já que essa tensão tende a diminuir a superfície total. O sabão por ter uma longa cadeia apolar consegue solubilizar o óleo e por ter uma cabeça polar é solúvel em água, sendo assim a emulsão formada bem estável.

3 - Adsorção

Após a centrifugação verifica-se que no tubo de centrífuga com carvão ativo o líqüido sobrenadante fica incolor enquanto que o com carvão comum continua azul. Essa diferença pode ser justificada pela propriedade de adsorção: o carvão ativo por estar mais finamente dividido que o carvão comum tem uma superfície maior e portanto uma capacidade muito maior de adsorver o azul de metileno, retirando-o portanto da solução.



Observa-se a coagulação já que os colóides tem carga contrária e se destroem devido à interação elétrica dos íons integrantes das duplas camadas dos sóis. O As2S3 tem carga negativa e o de Fe(OH)3 tem carga positiva.


Verifica-se que neste caso quanto maior a valência do cátion maior a velocidade coagulação maior o efeito coagulante. Desse modo a Al3+ é mais rápido que o Mg2+ que por sua vez é mais rápido que o Na+. O íon efetivo para a coagulação de um colóide é sempre o de carga contrária à carga do colóide e quanto maior a carga do íon maior o poder coagulante. Essa afirmação está justificada pela tabela abaixo, sendo o valor de coagulação a concentração mínima para ocorrer a coagulação.

Eletrólito Valência Valor de coagulação (mmol/L)

Na+ +1 51Mg+2 +2 0,81Al3+ +3 0,093

A tabela acima confirma os resultados obtidos : se uma concentração menor de Al3+ é necessária logicamente maior será o seu efeito coagulante se sua concentração for igual à dos outros cátions.


5.1 Prata coloidal

Sem a adição de gelatina (um colóide) há formação de prata metálica já que ocorre uma reação de redox, já que o formol reduz o íon prata em meio amoniacal e aquecimento. Essa reação está descrita à seguir:

Ag+ + 2NH3 ® Ag(NH3)2+

HCHO + 2Ag(NH3)2+ + 3OH-® 2 Ag + HCOO- + 4 NH3 + 2 H2O

Essa reação também é conhecida como Teste de Tollens

b) Com a adição de gelatina, ela age como colóide protetor, evitando a formação de precipitado de prata metálica, que fica sob a forma de colóide devido à proteção da gelatina.

5.2 AgBr coloidal

Sem a adição de gelatina há uma reação comum de precipitação, com formação de AgBr, precipitado branco que se obtém:

Ag+ + Br- ® AgBr(s)

b) Com a adição de gelatina, ela age com colóide protetor, protegendo o AgBr formado e evitando sua precipitação : o AgBr fica na forma coloidal.

V - Conclusões

1 - Eletroforese

O As2S3 possui carga negativa.


A fumaça de cigarro realmente é um colóide de sólido em gás uma vez que pôde-se constatar a presença de partículas sólidas na fumaça do cigarro.



Obtiveram-se os sóis de Fe(OH)3 e As2S3. O primeiro foi caracterizado pela sua coloração em relação ao ensaio feito à frio e o segundo pela coloração amarela e pela visualização do caminho percorrido pela luz.. Além disso obteve-se o gel de acetato de cálcio destruindo-se por evaporação do solvente o colóide formado.


O sabão atua como emulsificante provocando a mistura de óleo a água através da formação de uma emulsão estável.

3 - Adsorção

Quanto mais finamente dividido o material maior a sua superfície de contato de conseqüentemente maior sua capacidade de adsorção.



A mistura de dois colóides de cargas opostas pode ocasionar (nas quantidades ideais) a coagulação de ambos devido à fortes interações elétricas.


A adição de eletrólitos pode provocar (na quantidade ideal) a coagulação de eletrólitos e quanto maior a valência do eletrólito maior esse efeito.


5.1 Prata coloidal

A gelatina protege a prata formada e evita sua precipitação, deixando-a na forma de colóide.

5.2 AgBr coloidal

A gelatina protege o brometo de prata formado e evita sua precipitação, deixando-o na forma de colóide.

CONCLUSÃO

colóides , ou sistemas coloidais, são, na verdade misturas heterogêneas em que o diâmetro médio das partículas do disperso se encontra na faixa de 10 a 1000 ângstrons. Solução é toda mistura homogênea de duas ou mais substâncias. Sistemas

coloidais são misturas instáveis de duas fases imiscíveis (fase dispersa e meio de dispersão). A fase dispersas são as partículas coloidais e o meio de dispersão é a fase em que as partículas se distribuem formando o sistema coloidal.

41234873-COLOIDES

Documents

Transcript of 41234873-COLOIDES