Análise Qualitativa de Propriedades Físico-Químicas de Sistemas Coloidais Química Geral

Experimental

Página | 1

Introdução

A caracterização físico-química de sistemas coloidais apresenta grande importância no

contexto industrial, e conseqüentemente no cotidiano da sociedade. Isso fica evidenciado

quando se percebe que grande parte dos produtos alimentícios, higiênicos, farmacêuticos,

petroquímicos, poliméricos entre outros, é formada por dispersões coloidais.

O presente trabalho visa esclarecer os resultados obtidos experimentalmente para algumas

propriedades, em geral inerentes aos colóides, a partir de considerações teóricas estabelecidas

até então.

Resultados e Discussão

1) Eletroforese

A técnica consiste em aplicar uma diferença de potencial entre duas regiões de uma mesma

dispersão (criando pólos de natureza elétrica aposta) e observar se há migração iônica e qual o

sentido dessa migração, para concluir o tipo de carga (positiva ou negativa) da(s) entidade(s)

presente(s) no meio. Sendo também utilizada como processo de separação de misturas.

Foi utilizada a eletroforese como meio de verificar uma propriedade fundamental das

dispersões coloidais: possuem carga elétrica superficial. A partir daí preparou-se uma

dispersão de sulfeto de arsênio (I), As2S3, através da passagem de uma corrente de gás

sulfídrico em uma solução concentrada e aquecida de óxido de arsênio (I), As2O3. Conforme a

seqüencia de reações abaixo:

As2O3 (aq) + 3 H2O → 2 H3AsO3 (aq)

2 H3AsO3 (aq) + 3 H2S → As2S3 (s) + 6 H2O

A última reação resulta em um sistema coloidal, pois se obtém uma solução de agregados

moleculares dispersos, supersaturada, da qual a substância em questão pode precipitar

dependendo das condições de estabilidade (que serão discutidas posteriormente).

A dispersão foi posta em um tubo em U, com dois eletrodos de grafite em suas extremidades,

ligado a uma fonte de corrente contínua. Após o tempo necessário para a migração de cargas,

observou-se que o sulfeto de arsênio (I) ficou concentrado predominantemente no eletrodo

positivo que pode ser verificado pela coloração

Análise Qualitativa de Propriedades Físico-Químicas de Sistemas Coloidais Química Geral

Experimental

Página | 2 amarelada (característica da presença de compostos de enxofre) mais intensa;

enquanto o eletrodo negativo tornou-se praticamente incolor.

A explicação mais objetiva é a de que as partículas (aglomerados) coloidais presentes na fase

dispersa possuem carga superficial negativa e sofreram atração eletrostática (coulombiana)

pelo eletrodo positivo, migrando para o mesmo. O eletrodo negativo fica incolor por conta da

repulsão para com o colóide.

2) Precipitador Cottrell

O precipitador Cottrell foi desenvolvido primeiramente em 1907 por Frederick

e o meio dispersante é formado por gases

Cottrell e hoje é largamente utilizado em diversos tipos de indústrias, com o objetivo de reduzir

a emissão de partículas de pó, controlar a poluição atmosférica e em alguns casos recuperar

materiais dispersos[1]. Sendo assim, possui uma finalidade prática destinada aos colóides do

tipo aerossol, onde o disperso se encontra no estado sólido

Para analisar o seu princípio de funcionamento e observar o comportamento da dispersão, foi

utilizada uma reprodução do aparelho onde em um tubo envolto por fios de cobre (eletrodos),

com aberturas na parte superior acoplou-se um cigarro comum aceso e uma bomba de vácuo

para puxar a sua fumaça. Os eletrodos foram ligados a uma descarga de alta voltagem durante

um intervalo de tempo suficiente para observar a diminuição significativa da densidade

(observada pela turvação) da fumaça. Formou-se no fundo do tubo um precipitado escuro.

A explicação de tal fenômeno está baseada no fato de que a fumaça do cigarro também é um

colóide e sofre uma intensa desestabilização a partir do campo elétrico gerado. Através do

Efeito Corona[2], o rompimento da rigidez dielétrica da dispersão promove a ionização das

partículas dispersas que, de maneira análoga à compreensão da técnica eletroforética, migram

para o eletrodo de carga oposta causando a precipitação observada.

3) Preparação de hidróxido férrico [Fe(OH)3 ] Coloidal

Foram adicionadas três gotas de solução saturada de cloreto férrico [FeCl3] em um tubo de

ensaio com 4,00mL de água e levou-se ao aquecimento em banho-maria.

Observou-se a coloração marrom-alaranjada. Repetindo-se o processo sem o aquecimento, a

coloração foi amarela. A equação química que descreve o processo:

FeCl3 (aq) + 3 H2O(l) Fe(OH)3 (s) + 3 HCl

Análise Qualitativa de Propriedades Físico-Químicas de Sistemas Coloidais Química Geral

Experimental

Página | 3

No entanto, esta equação por ser muito simplificadora omite a explicação para o fato de ocorrer

a formação de colóides a quente. Segundo Gimblett, F.G.R.:

“Quando sais de elementos metálicos são dissolvidos em água ou outros solventes, ocorrerá a

agregação de cátions sobre condições adequadas. Este processo leva à formação de

complexos polinucleares, e naqueles formados em soluções aquosas os íons metálicos estão

ligados via hidroxo-pontes ou oxo-pontes. ” [3]

Sendo assim, o íon Fe3+ sofre inicialmente a solvatação pelas moléculas de água e

posteriormente há a tranferência de prótons (H+) para o meio, o que nos leva a aceitar a

existência de pelo o menos quatro possíveis espécies em equilíbrio

Fe(H2O)63+ , Fe(OH)(H2O)52+, Fe(OH)2(H2O)4+ e Fe(OH)3(H2O)3. A interreação destas

espécies simultaneamente à eliminação de duas ou mais moléculas de água é que

esquematizado conforme a figura abaixo:

será responsável pela agregação polimérica já citada, onde as pontes de ligação serão do tipo

diol (dihidroxilas). Esse processo é conhecido como olação e pode ser

(Figura 1: Processo de olação do cátion Fe3+ [4] )

No entanto, no caso considerado, em que há aquecimento do sistema, a alta temperatura

modifica a espécie polinuclear eliminando uma molécula de água entre duas hidroxo-pontes.

Isso leva à formação de ligações irreversíveis do tipo Fe-O-Fe no complexo. Esso processo é

denominado oxolação e leva à precipitação (ou simples

Análise Qualitativa de Propriedades Físico-Químicas de Sistemas Coloidais Química Geral

Experimental

Página | 4 desestabilização do colóide) de óxidos metálicos hidratados.[5] Isso explica

satisfatoriamente o resultado obtida na preparação do hidrossol de Fe(OH)3.

4) Efeito Tyndall

Utilizando o próprio Fe(OH)3 coloidal obtido, foi realizado o teste do Efeito Tyndall. Incidiu-se

um feixe de luz intenso na dispersão, dentro de uma câmara escura, para realçar a

visualização. Foi possível observar toda a trajetória do feixe através do colóide, tornando-o

visível.

Segundo Shaw, D.J. a explicação de tal fenômeno pode ser baseada no seguinte argumento:

“Quando um feixe de luz atinge uma solução coloidal ou uma dispersão coloidal, parte da luz

poderá ser absorvida (...) parte sofre espalhamento, e o restante é transmitido através da

solução sem outras perturbações. Todas as substâncias podem provocar o espalhamento da

luz, até um certo grau (efeito Tyndall). O nítido aspecto turvo associado a muitas dispersões

coloidais é uma conseqüência de intenso espalhamento da luz.” [6]

Essa justificativa é plausível se ainda levarmos em consideração que a faixa de comprimentos

de ondas do espectro visível se encontra em ~ 450 nm para o azul e

~ 650 nm para o vermelho e as partículas coloidais também se encontram na ordem de 1 a

1000 nm. Portanto afetam, por conta do seu tamanho, o espalhamento da luz de maneira mais

acentuada.

5) Processos de Dispersão

Em um tubo de ensaio foi colocado ~ 2,0mL de água e 3 gotas de óleo vegetal, seguido de

agitação. Não ocorreu dissolução, sendo apenas observada a formação de diversas bolhas de

óleo vegetal no meio aquoso, que com o tempo se reagrupavam para formar uma bolha única.

iguais ou

não

O óleo vegetal é essencialmente um tri éster obtido a partir de um tri álcool (glicerol) e três

ácidos graxos (ácidos carboxílicos de cadeia muito longa), podendo ser (Figura 2: Exemplo de

óleo vegetal)

Análise Qualitativa de Propriedades Físico-Químicas de Sistemas Coloidais Química Geral

Experimental

Página | 5

Esse tipo de colóide é denominado emulsão, pois se caracteriza tendo tanto a fase dispersa

quanto o meio dispersante no estado líquido e ambos são imiscíveis, ou parcialmente

miscíveis. Como nesse caso, o óleo é o disperso diremos se tratar de uma emulsão óleo em

água (O/A). As gotículas de óleo sofrem coalescência, isto é, se aglomeram em gotículas

maiores que flutuam na superfície da emulsão[7].

Para preparar emulsões com uma estabilidade maior torna-se necessário o acréscimo de um

agente emulsificante, que pode ser, por exemplo, um sabão ou um detergente. Os sabões são

sais orgânicos de ácidos carboxílicos de cadeia muito longa (ex.: C17H35COO-Na+ - estearato

de sódio), enquanto os detergentes aniônicos são normalmente sulfonatos de alquila (ROSO3-

Na+) e os catiônicos sais de amônio quaternário [ (CH3)3RN+Cl- ], onde em ambos os casos R

representa uma cadeia alifática longa (12<R<18 átomos de carbono)[8].

O agente emulsificante, justamente por possuir uma cadeia com regiões orgânicas hidrofóbicas

e regiões iônicas hidrofílicas, é capaz de atuar como mediador entre as duas fases do sistema

coloidal. Sua ação forma um filme que incorpora as gotículas dispersas formando micelas

parafínicas e impedindo a coalescência das mesmas, agindo diretamente nas superfícies de

tensão entre o disperso e o dispersante.

Essa propriedade foi observada quando pela segunda vez realizou-se o procedimento descrito,

mas adicionando 4 gotas de detergente. Ocorreu a formação de diversas micro bolhas que não

coalesciam e a conseqüente turvação do sistema, indicando uma melhor estabilização efetiva

da emulsão.