O Estado Coloidal. Química dos Colóides e Superfícies. M.Sc. Maron Stanley Silva O. Gomes Site: marongomes.wix.

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1 Química dos Colóides e Superfícies Profº Janilson Lima Souza Prof. janilsonlima@ifma.edu.br M.Sc. Maron Stanley Silva O. Gomes maron@ifma.edu.br Site: marongomes.wix.com/maron

2 A Ciência dos Colóides Estudo de sistemas: Dimensões de partículas: 1 nm a 1 μm Microeterogêneo é uma descrição apropriada para a maior parte dos sistemas coloidais Sistemas coloidais e não coloidais Não existe separação nítida 2

3 A Ciência dos Colóides 3

4 A Ciência dos Colóides 4

5 A Ciência dos Colóides Natureza do sistema coloidal Dimensão da partícula Forma e flexibilidade das partículas Propriedades superficiais Interações partícula-partícula Interações partícula-solvente 5

6 Classificação dos Sistemas Coloidais Dispersões coloidais Termodinamicamente Instáveis: G superf. > 0 São sistemas irreversíveis Não se reconstituem após a separação das fases Soluções verdadeiras Termodinamicamente Estáveis: G superf. < 0 São sistemas reversíveis Podem se reconstituir após a separação das fases Colóides de associação São eletrólitos coloidais termodinamicamente estáveis 6

7 Classificação dos Sistemas Coloidais Dispersões 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 7

8 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 Sol, suspensão coloidal; pasta Sólido Líquido Ouro coloidal, pasta de dente Espuma sólida Gás Sólido Poliestireno expandido Emulsão sólida Líquido Sólido Opala, pérola Suspensão sólida Sólido Sólido Plásticos pigmentados 8

9 Classificação dos Sistemas Coloidais A natureza física de uma dispersão depende dos papeis exercidos pelas fases constituintes. Exemplo: Emulsões Óleo em água (O/A) Água em óleo (A/O) O termo sol é usado para distinguir suspensões coloidais de suspensões macroscópica. Meio de dispersão for a água: hidrossol. Nas espumas o meio de dispersão é quem apresenta dimensões coloidais. 9

10 Classificação dos Sistemas Coloidais 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 Fenômenos de adsorção Formação da dupla camada elétrica 10

11 Classificação dos Sistemas Coloidais Sistemas liófilos e liófobos Liófilo = atração por líquidos Liófobo = aversão a líquidos Hidrófila e Hidrófoba Substancias tensoativas: apresentam grande afinidade por superfícies de separação. Podem transformar superfícies liófilas em liófobas e vice-versa. 11

12 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. 12

13 Características Estruturais 13

14 Características Estruturais Flexibilidade Rotação Carbono Carbono Atrações intra e intermoleculares Solvatação Repulsão elétrica Efeitos estéricos Efeitos térmico do meio Solvatação Partícula + Solvente = Partícula coloidal Gel: solvente imobilizado 14

15 Características Estruturais 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. 15

16 Características Estruturais 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. 16

17 Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais 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

18 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: FeCl 3 + H 2 O Fe 2 O 3 AgNO 3 + KI AgI Na 2 S 2 O 3 + HCl S 18

19 Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais Nucleação e Crescimento A formação de uma nova fase durante a precipitação envolve dois estágios. Nucleação: formação de centros iniciais de cristalização Crescimento dos cristais As velocidades relativas destes processos determinam o tamanho da partícula do precipitado formado. Velocidade de nucleação elevada e de crescimento baixa: elevado grau de dispersão. 19

20 Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais 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. 20

21 Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais Crescimento Quantidade de substancia disponível Viscosidade do meio Orientação da substância Impurezas Agregação partícula-partícula 21

22 Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais Influência da concentração sobre o tamanho das partículas 22

23 Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais Sóis monodispersos Os métodos de agregação geralmente levam a formação de sóis polidispersos. Os sistemas monodispersos apresentam vantagens em sua utilização. Podem ser obtidos por semeadura. 23

24 Obtenção e Purificação de Sistemas Coloidais 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. 24

25 Referência SHAW, D. J. Introduction to Colloid and Surface Chemistry. 4. ed. Burlington: Butterworth-Heinemann, SHAW, D. J. Introdução à Química dos Colóides e de Superfícies. Edgard Blucher: São Paulo,