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Lista de Exercícios
Exercício 1:
"Propriedade "Solução A "Solução B "Solução C "
"Natureza da "Átomos, íons, "Macromoléculas, "Partículas "
"molécula "pequenas "grupos de "visíveis a olho "
" "moléculas "moléculas "nu "
"Efeito da "Não sedimenta "Não sedimenta "Sedimenta "
"gravidade " " "rapidamente "
"Uniformidade "Homogênea "Não tão "Heterogênea "
" " "homogênea " "
"Separabilidade "Não "Com filtros "Com filtros "
" " "especiais "comuns "
Tabela 1: Propriedades das soluções
Dispersões são sistemas nos quais uma substância está disseminada, sob a
forma de partículas, em uma segunda substância. Tais substâncias possuem
comportamentos e características diferentes. Uma maneira de identificá-las
é de acordo com o tamanho das partículas de soluto dispersas. Dessa
maneira, as suspensões podem ser divididas em três tipos básicos: soluções
verdadeiras, colóides e suspensões.
Soluções verdadeiras são misturas de substâncias de aspecto uniforme, com
partículas dispersas de tamanhos menores que 1nm e que não são capazes de
dispersar luz, portanto não visíveis nem mesmo com auxílio de equipamento
microscópico. Além disso, as partículas de soluto não sedimentam e não é
possível separá-las do solvente por meio de filtração. Tais características
estão presentes na solução A.
Colóides são suspensões em que o sistema precisa de certa estabilidade ou
condições próprias de formação, já que suas partículas não são miscíveis,
formando um sistema aparentemente homogêneo, mas que, sob ação de
centrífuga por exemplo, forma depósitos e suas partículas de soluto podem
sem retiradas após filtragem. As partículas dispersas são pequenos
agregados de átomos, íons, moléculas ou macromoléculas cujo diâmetro veria
de entre maiores que um átomo/moléculas e muito menores que partículas
visíveis a olho nu. As suspensões apresentam mais de uma fase, que só podem
ser visualizadas com aparelhagem ultramicroscópica, que ilumina a amostra.
Tais características estão presentes na solução B.
Suspensões apresentam partículas com diâmetros superiores a 1000 nm,
portanto visíveis por meio de microscópios ou até mesmo a olho nu. É uma
mistura heterogênea, onde suas partículas suspensas sedimentam e podem ser
facilmente filtradas. Tais características estão presentes na solução C.
Dessa forma, a alternativa correta é a alternativa e: A= solução
verdadeira, B= solução coloidal, C= suspensão.
Exercício 2:
Dispersões coloidais simples são sistemas de duas fases, que recebem o nome
de fase dispersa e meio dispersante, onde se encontram as partículas
coloidais. Podem ser classificados quanto à afinidade disperso-dispersante:
Colóides liófilos: são colóides cujas partículas dispersas apresentam
grande afinidade pelo dispersante, portanto a dispersão é espontânea.
Quando o dispersante é a água, o colóide chama-se hidrófilo. São geralmente
moléculas orgânicas (gelatina, goma arábica) em que as suas partículas se
carregam eletricamente por ionização. A passagem de sol a gel neste caso é
reversível. As partículas dispersas tem película de solvatação, que
estabiliza o colóide.
Colóides liófobos: são colóides cujas partículas dispersas apresentam
pequena afinidade pelo dispersante, portanto a dispersão não é espontânea.
São geralmente moléculas inorgânicas em que as partículas se carregam
eletricamente por adsorção de íons. A passagem de sol a gel é irreversível.
As partículas dispersas não tem película de solvatação, por isso são
instáveis. Se o meio de dispersão for a água, usa-se o termo hidrófobo.
Exemplo: enxofre em água, cloreto de prata, etc.
Para obtenção de uma dispersão coloidal estável deve evitar-se a agregação
das pequenas partículas para formar uma partícula maior. Isto se consegue
por dois métodos: auto estabilização ou estabilização por um componente
adicional. O componente necessário para a estabilização do colóide
hidrófobo pode ser: um colóide protetor, íons adsorvidos ou pó finamente
dividido.
Colóides protetores são colóides liófilos que estabilizam os liófobos,
impedindo sua coagulação. O sabão atua como colóide protetor quando é
utilizado para lavar objetos engordurados. A gelatina o colóide protetor na
fabricação de dispersão de brometo de prata para películas e papéis
fotográficos. Também é utilizada na preparação de sorvetes para evitar a
formação de partículas grandes de açúcar ou gelo. Os colóides protetores
também são importantes na estabilização de emulsões (dispersão coloidal de
dois líquidos imiscíveis). Nestes sistemas recebem o nome de agentes
emulsificantes.
a) O nanquim é liófobo e a gelatina é liófila.
b) Neste caso a gelatina atua como colóide protetor, formando a camada de
solvatação estabilizante.
Exercício 3:
a) Dispersão coloidal liófila é indicada por grande afinidade entre o
disperso e o dispersante (caso essa fase seja a água, é chamado dispersão
hidrófila), que causa a formação de uma película protetora denominada
camada de solvatação. Com isso é possível formar a dispersão coloidal em
sol ou gel conforme se adicione ou retire dispersante, portanto tais
colóides são ditos reversíveis. São geralmente moléculas orgânicas
(gelatina, goma arábica) em que as suas partículas se carregam
eletricamente por ionização.
Dispersão coloidal liófoba é a dispersão onde praticamente não existe
afinidade entre disperso e dispersante (caso essa fase seja a água, é
denominada dispersão hidrófoba). A formação de uma dispersão coloidal
liófoba não é espontânea e a passagem de gel a sol é muito difícil, por
isso são ditos colóides irreversíveis. São geralmente moléculas inorgânicas
em que as partículas se carregam eletricamente por adsorção de íons, como
enxofre em água, cloreto de prata, etc.
b) Emulsões do tipo O/A contem fase interna (dispersa) oleosa e fase
interna (dispersante) aquosa. Emulsões do tipo A/O possuem fase oleosa
superior em proporção, sendo portanto dispersante.
Emulsões A/O: liófobas.
Emulsões O/A: hidrófobas.
c) Devido à afinidade entre as partículas de disperso e dispersante ocorre
absorção ou fixação das partículas do dispersante na superfície das
partículas do disperso, formando uma partícula protetora denominada camada
de solvatação, que permite que as partículas do disperso fiquem isoladas
umas das outras, tornando a dispersão coloidal estável.
d) A solvatação é um mecanismo de dissolução em que íons negativos e
positivos ficam envoltos por moléculas de solvente. Esse fenômeno acontece
quando um composto iônico ou polar é dissolvido num composto polar, sem que
haja formação de uma nova substância.
O processo de solvatação requer energia para ser empregada no rompimento de
ligações entre íons de soluto (disperso) e também nas interações entre
moléculas de solvente (dispersante). A formação de interações de soluto com
solvente constitui uma fase exotérmica em contrapartida. Esse processo
contribui para a estabilidade dos íons da solução, evitando que ânions e
cátions se unam outra vez, formando uma rede protetora: a camada de
solvatação.
Nas dispersões liófilas, o próprio dispersante faz esse papel. Nas
dispersões liófobas, determinada substância é acrescentada para atuar como
agente emulsionante, que pode ser: um colóide protetor, íons adsorvidos ou
pó finamente dividido.
Exercício 4:
"Material "E "G "
"Aço "220 GPa "85,9 GPa "
"Cobre "120 GPa "44,4 GPa "
"Vidro "60 GPa "24,4 GPa "
"Granito "30 GPa "15,5 GPa "
"Poliestireno "34 GPa "12,8 GPa "
"Polietileno "24 GPa "8,7 GPa "
"Borracha natural "0,02 GPa "0,0067 GPa "
Tabela 1 : Módulo de Elasticidade e Módulo de Rigidez
O comportamento mecânico de um material depende em grande medida de sua
resposta (ou deformação) à carga ou força à que é submetido. A propriedade
que correlaciona a deformação elástica com a tensão é o módulo elástico,
que terá diferentes definições dependendo do tipo de esforço aplicado,
sendo propriedades intrínsecas dos materiais que descrevem a relação entre
tensão e deformação no regime elástico. No caso de materiais isotrópicos
-em que as propriedades não dependem da direção em que são medidas - os
módulos elásticos são: módulo de elasticidade (E) e módulo de cisalhamento
(G). A movimentação de discordâncias, como deslizamento de planos, é o
principal fator envolvido na deformação plástica de materiais cristalinos.
Módulo de elasticidade de um material é a máxima tensão dentro do limite
elástico- em que a deformação é totalmente reversível após a retirada da
carga aplicada, devido ao realinhamento das cadeias do material. Quanto
maior esse módulo, menor será a deformação elástica resultante da aplicação
de uma determinada tensão (maior rigidez).
Comparativamente, como o módulo do aço é maior do que o da borracha, seria
necessário aplicar uma força de tensão maior para que ambos sofressem a
mesma deformação, caso seja possível. A diferença na magnitude do módulo de
elasticidade dos metais, cerâmicas e polímeros é consequência dos
diferentes tipos de ligação atômica existentes neste três tipos de
materiais.
A deformação elástica macroscópica é manifestada como pequenas alterações
no espaçamento interatômico e na extensão das ligações interatômicas. Como
conseqüência, a magnitude do módulo de elasticidade representa uma medida
da resistência à separação de átomos adjacentes, isto é, as forças de
ligação interatômicas. Para materiais poliméricos, o módulo de elasticidade
está relacionado com a energia necessária para deformar os ângulos e
distâncias entre os átomos das ligações poliméricas. Ligações cruzadas
impedem o movimento molecular das cadeias, portanto os polímeros com esse
tipo de ligação exibem alto grau de emaranhamento. Quanto maior for uma
cadeia polimérica e mais rígida, maior será o módulo de elasticidade.
A imposição de tensões compressivas, de cisalhamento ou torcionais também
induzem um comportamento elástico. A tensão e a deformação de cisalhamento
são proporcionais entre si por meio da relação: τ = Gγ onde G representa o
módulo de rigidez, definido como a razão entre a tensão de cisalhamento
aplicada paralelamente a uma superfície e a sua deformação específica (que
ocorre pelo deslizamento dos planos atômicos paralelos entre si).
A flexibilidade de moléculas elastômeras e a restrição imposta à deformação
irrecuperável das ligações cruzadas proporcionam às borrachas um
comportamento único, sua elasticidade, não sofrendo nenhuma deformação
permanente, por isso um baixo módulo elástico. A cristalização de um
material diminui a flexibilidade das moléculas, restringindo a deformação,
exigindo um valor de tensão maior. Isso explica o valor do módulo para
cerâmicas, por exemplo. Em polímeros não cristalinos o processo de
escoamento é menos localizado do que em materiais cristalinos.
Exercício 5:
O grafico apresenta um mesmo material, submetido a diferentes temperaturas,
com diferentes caracteristicas reológicas.: nota-se que a viscosidade e o
tempo de escoamento diferem em cada caso, indicando o surgimento de uma
mesofase, não newtoniana, de dificil interpretação.