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O Estado Coloidal Química dos Colóides e Superfícies Profº Janilson Lima Souza [email protected] M.Sc. Maron Stanley Silva O. Gomes E-mail: E-mail: [email protected] Site: marongomes.wix.com/maron A Ciência dos Colóides Estudo de sistemas: O Estado Coloidal Sistemas coloidais e não coloidais 2 Dimensões de partículas: 1 nm a 1 μm Microeterogêneo é uma descrição apropriada para a maior parte dos sistemas coloidais Não existe separação nítida Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza O Estado Coloidal A Ciência dos Colóides 3 Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza O Estado Coloidal A Ciência dos Colóides 4 Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza A Ciência dos Colóides Natureza do sistema coloidal O Estado Coloidal 5 Dimensão da partícula Forma e flexibilidade das partículas Propriedades superficiais Interações partícula-partícula Interações partícula-solvente Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Classificação dos Sistemas Coloidais Dispersões coloidais O Estado Coloidal Soluções verdadeiras Termodinamicamente Estáveis: ∆Gsuperf. < 0 São sistemas reversíveis – Podem se reconstituir após a separação das fases Colóides de associação 6 Termodinamicamente Instáveis: ∆Gsuperf. > 0 São sistemas irreversíveis – Não se reconstituem após a separação das fases São eletrólitos coloidais termodinamicamente estáveis Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Classificação dos Sistemas Coloidais Dispersões O Estado Coloidal 7 Termodinamicamente instáveis e os sistemas são irreversíveis. As partículas são suficientemente grandes para permitir a existência de superfícies de separação definidas entre as partículas e o meio. Sistema: Fase dispersa + Meio de dispersão Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza O Estado Coloidal Classificação dos Sistemas Coloidais Nome Fase dispersa Meio de dispersão Exemplo Aerossol Líquido Líquida Gás Névoas, sprays Aerossol Sólido Sólido Gás Fumaça, poeira Espuma Gás Líquido Espuma de sabão Emulsão Liquido Líquido Leite, maionese Sólido Líquido Ouro coloidal, pasta de dente Espuma sólida Gás Sólido Poliestireno expandido Emulsão sólida Líquido Sólido Opala, pérola Suspensão sólida Sólido Sólido Sol, suspensão coloidal; pasta 8 Plásticos pigmentados Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Classificação dos Sistemas Coloidais A natureza física de uma dispersão depende dos papeis exercidos pelas fases constituintes. Exemplo: Emulsões O Estado Coloidal O termo sol é usado para distinguir suspensões coloidais de suspensões macroscópica. 9 Óleo em água (O/A) Água em óleo (A/O) Meio de dispersão for a água: hidrossol. Nas espumas o meio de dispersão é quem apresenta dimensões coloidais. Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Classificação dos Sistemas Coloidais O Estado Coloidal A importância da interface As dispersões coloidais apresentam grande relação área/volume para as partículas envolvidas. Nas interfaces entre fase dispersa e meio de dispersão, ocorrem fenômenos de superfícies característicos: o o 10 Fenômenos de adsorção Formação da dupla camada elétrica Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Classificação dos Sistemas Coloidais Sistemas liófilos e liófobos O Estado Coloidal Liófilo = atração por líquidos Liófobo = aversão a líquidos Hidrófila e Hidrófoba Substancias tensoativas: apresentam grande afinidade por superfícies de separação. 11 Podem transformar superfícies liófilas em liófobas e vice-versa. Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Características Estruturais Forma das Partículas A assimetria das partículas é um fator importante da determinação das propriedades dos sistema. Corpusculares, laminares e lineares. As partículas coloidais podem ser tratadas teoricamente usando modelos relativamente simples, porém a forma exata pode ser complexa. O Estado Coloidal 12 Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza O Estado Coloidal Características Estruturais 13 Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Características Estruturais Flexibilidade O Estado Coloidal Solvatação 14 Rotação Carbono – Carbono Atrações intra e intermoleculares Solvatação Repulsão elétrica Efeitos estéricos Efeitos térmico do meio Partícula + Solvente = Partícula coloidal Gel: solvente imobilizado Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Características Estruturais O Estado Coloidal 15 Dispersão de partículas e valores médios Sistema monodisperso – Todas as moléculas ou partículas são iguais. Sistema polidisperso – As moléculas ou partículas são de vários tamanhos. Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Características Estruturais O Estado Coloidal 16 Para qualquer sistema polidisperso, Mm (média de massas) > Mn (média numérica). Em sistemas monodispersos essas valores coincidem. A razão entre Mm e Mn é uma medida do grau de polidispersão. Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais O Estado Coloidal Dispersões Coloidais Processos de formação de sistemas coloidais: 1) Degradação de partículas de dimensões maiores 2) Agregação de moléculas ou íons pequenos. Dispersão a partir de partículas maiores: Técnicas: moagem ou ultrassom Problemas: Tendência de reagrupamento das partículas. Forças mecânicas Forças de atração Solução: Moagem prolongada 17 Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais Dispersões Coloidais Dispersão a partir de partículas menores: Técnicas: Adição de um diluente inerte Moagem úmida em meio tenso-ativo Dispersões a partir de agregação Técnicas: Substituição do solvente Exemplo: Enxofre dissolvido em acetona ou álcool adicionado em água. Reações químicas Exemplos: FeCl3 + H2O → Fe2O3 AgNO3 + KI → AgI Na2S2O3 + HCl → S O Estado Coloidal 18 Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais Nucleação e Crescimento A formação de uma nova fase durante a precipitação envolve dois estágios. O Estado Coloidal As velocidades relativas destes processos determinam o tamanho da partícula do precipitado formado. 19 Nucleação: formação de centros iniciais de cristalização Crescimento dos cristais Velocidade de nucleação elevada e de crescimento baixa: elevado grau de dispersão. Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais O Estado Coloidal 20 A velocidade de nucleação depende do grau de supersaturação que pode ser alcançado antes de ocorrer a separação de fases. Quanto menor a solubilidade mais facilmente são formados. Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais Crescimento O Estado Coloidal 21 Quantidade de substancia disponível Viscosidade do meio Orientação da substância Impurezas Agregação partícula-partícula Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais O Estado Coloidal 22 Influência da concentração sobre o tamanho das partículas Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais O Estado Coloidal Sóis monodispersos Os métodos de agregação geralmente levam a formação de sóis polidispersos. Os sistemas monodispersos apresentam vantagens em sua utilização. 23 Podem ser obtidos por semeadura. Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais O Estado Coloidal 24 Colóides macromoleculares Polímeros naturais e sintéticos Polimerização em emulsão Diálise É o emprego de membranas para separar partículas de dimensões coloidais. A ultrafiltração consiste na aplicação de pressão ou sucção para forçar a passagem de solvente e de partículas pequenas pela membrana, uma vez que as maiores são retidas por ela. Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza Referência O Estado Coloidal 25 SHAW, D. J. Introduction to Colloid and Surface Chemistry. 4. ed. Burlington: Butterworth-Heinemann, 1992. SHAW, D. J. Introdução à Química dos Colóides e de Superfícies. Edgard Blucher: São Paulo, 1975. Prof. M.Sc. Janilson Lima Souza
