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Universidade Federal do Piauí Centro de Ciências da Natureza Departamento de Química Disciplina: Química dos Colóides e Superfícies Ministrante: Prof. Dr. José Machado Moita Neto
O estado coloidal e suas propriedades
Pablo de Alcântara Nunes (
[email protected])
Teresina, junho de 2010
O estado coloidal e suas propriedades As partículas coloidais são ditas como tal de acordo com a sua dimensão, no qual está entre 1 nm a 1μm, que é referente tanto a partículas grandes como pequenas partículas. Os sistemas coloidais são muito importantes e estão presentes em diversos processos industriais no qual os fenômenos
da
cromatografia,
química flotação,
de
colóides
detergência,
e
superfícies
precipitação,
estão
envolvidos:
lubrificação,
catálise
heterogênia e outros. Diversos fatores contribuem para as características de um sistema coloidal, pois tal sistema é caracterizado pelo tamanho das partículas (interferindo na difusão, espalhamento de luz ou sedimentação), forma e flexibilidade das partículas (podendo ser classificadas em corpusculares, laminares ou lineares), propriedades superficiais (fenômenos de adsorção ou dupla camada elétrica), interações partícula-partícula e particula-solvente (emulsões, aerossóis, suspensões) (Shaw, 1975). A razão área/volume das partículas é uma característica comum de todos os sistemas coloidais, pois é devida essa razão que se observa os fenômenos provocados pelo efeito de superfície que são de suma importância na determinação das propriedades físicas do sistema. Considera-se uma partícula coloidal de forma esférica de área AESF e volume VESF,
AESF = 4πR 2
VESF = (4/3)πR 3
logo a razão área/volume é dada por,
AESF / VESF = 3 / R
portanto quanto maior o raio da partícula menor será a razão área/volume.
Os sistemas coloidais são classificados em três grandes grupos (Shaw, 1975): Dispersões coloidais – são termodinamicamente instáveis devido a sua elevada energia livre de superfície e são sistemas irreversíveis, pois não são reconstituídos facilmente após a separação de fase. Soluções verdadeiras de substâncias macromoleculares (naturais ou sintéticas) são termodinamicamente estáveis e são sistemas reversíveis, pois são facilmente reconstituídos após a separação de fase. Colóides de associação (frequentemente chamados de eletrólitos coloidais) são termodinamicamente estáveis. Outros termos são comumente são utilizados para classificar um dado sistema. Os termos liófilo (atração por líquidos) e liófobo (aversão a líquidos) são usados com freqüência para indicar a tendência de uma superfície ou de um grupo funcional de se umedecer ou solvatar. Quando o meio líquido é a água usa-se os termos hidrófilo (atração por água) e hidrófobo (aversão a água). Outra classificação é o termo lipófilo (atração por lipídios ou gorduras) e lipófobo (aversão a lipídios ou gorduras). O movimento das partículas individuais é de modo aleatório como conseqüência de colisões ao acaso com as moléculas do meio de suspensão, com outras partículas e com as paredes do recipiente. Cada partícula segue uma complicada trajetória irregular. Quando as partículas são suficientemente grandes, podendo assim ser observadas, este movimento é conhecido como Movimento Browniano. Como conseqüência desse movimento as partículas sofrem ação do gradiente de concentração de um dado sistema, é chamado difusão o transporte de partículas de zonas de alta concentração para regiões de baixa concentração e osmose o transporte de partículas de regiões de baixa concentração para regiões de alta concentração através de uma membrana. É chamado sedimentação quando que por ação da gravidade as partículas tendem a se depositar no fundo do recipiente (Shaw, 1975). As propriedades ópticas de um material são de acordo com a sua interação com a radiação eletromagnética. Quando a radiação eletromagnética incide a superfície de um dado material, parte dessa luz pode ser absorvida,
parte será espalhada e a outra parte transmitida. O grau de espalhamento de luz de um material é o chamado Efeito Tyndall (Cardoso, 1998). Em 1871 Lord Rayleigh criou os fundamentos da teoria do espalhamento da luz, aplicando a teoria eletromagnética da luz ao espalhamento provocado por pequenas partículas esféricas, não-absorventes (isolantes), suspensas num meio gasoso (Cardoso, 1998). Para um feixe incidente não polarizado, a intensidade Iө, numa distância r da partícula, da luz espalhada segundo um ângulo ө em relação ao feixe incidente, é dada pela expressão
O termo unitário em (1 + cos2ө) se refere à componente da luz espalhada polarizada verticalmente, e o termo cos2ө à componente polarizada horizontalmente. A partícula funciona então como fonte secundária para a emissão de radiações espalhadas de mesmo comprimento de onda que a luz incidente. Quando uma onda eletromagnética de intensidade I0 e comprimento de onda λ incide numa partícula pequena (< aproximadamente λ/20) de polarizabilidade α, são induzidos na partícula dipolos oscilantes. A relação de Rayleigh não engloba partículas com pelo menos uma das dimensões maior que λ/20, pois dessa forma essas partículas deixam de ser puntuais, ou seja, ao espalharem luz emitem radiações com diferentes probabilidades de serem de natureza construtiva ou destrutiva. Quando ocorre o fenômeno de espalhamento de luz em cargas puntuais (sistemas de fontes independentes) essas fontes emitem ondas de luz de probabilidades iguais de interferência destrutiva ou construtiva (Cardoso, 1998; Shaw, 1975).
Referências Bibliográficas Cardoso, A. O. Estabilização de látex polimérico por sorção de solventes orgânicos. 1998. 90 f. Dissertação (Mestrado em Físico - Química) Instituto de Química. Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, 1998. Shaw, D. J. Introdução à química dos colóides e de superfícies; tradução: Juergen Heinrich Maar. São Paulo: Edgard Blücher, Ed. da Universidade de São Paulo, 1975.
