UNIVERSIDADE SALVADOR- UNIFACS ENGENHARIA QUÍMICA
ESTUDO DOS COLÓIDES
DIEGO LIVIA SILVA DANTAS TÁSSIO ALMEIDA
Salvador, Bahia, Brasil 2011
ESTUDO DOS COLÓIDES Por
DIEGO LIVIA SILVA DANTAS TÁSSIO ALMEIDA
Relatório referente à prática Estudo dos Colóides, curso Engenharia Química, disciplina Química Geral II, turma terça – feira à noite, 2º semestre, orientador Selmo Almeida.
Salvador, Bahia, Brasil 2011
1. TITULO Estudo dos Colóides.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA As misturas de substâncias não nascem todas iguais. Por exemplo, quando dissolvemos açúcar no chá, o açúcar já não se separa espontaneamente do chá, nem mesmo usando filtros extremamente finos ou centrifugadoras extremamente potentes. A estas misturas chamamos soluções. Por outro lado, o sumo de laranja recém espremido é também uma mistura aparentemente homogênea. Porém, se esperarmos um pouco, a polpa da laranja deposita-se no fundo do copo sob a ação da gravidade. A estas misturas chamamos suspensões. Existe ainda um terceiro tipo de misturas, onde as substâncias não se separam sob a ação da gravidade, mas onde é possível separá-las usando filtros extremamente finos ou centrifugadoras extremamente potentes. O leite é uma dessas misturas. A este tipo de misturas chamamos colóides. Esta diferença resulta da diferença de tamanhos das partículas suspensas e o tamanho das partículas é usado como critério na definição dos colóides: Colóides, ou sistemas coloidais, são, na verdade misturas heterogêneas em que o diâmetro médio das partículas do disperso se encontra na faixa de 10 a 1000 ângstrons. Note que, por se tratar de uma mistura heterogênea, usamos os seguintes termos para designar as substâncias que formam um sistema coloidal: Disperso: Substância presente em menor quantidade. Dispergente: Substância presente em maior quantidade. Os colóides apresentam dois tipos de fases: Sol: Disperso sólido e dispergente líquido, adquirindo aspecto de solução na forma líquida. Ex: Cola. Gel: Disperso sólido e dispergente líquido, adquirindo aspecto sólido. Ex: Geléia de frutas. Para o uso dos sistemas coloidais é importante nos familiarizarmos com o uso dos seguintes termos: Suspensão: É a denominação dada a um sistema coloidal de um sólido num líquido (sol). É um sistema instável e suas partículas são quase reconhecíveis ao microscópio. Hidrossol: É a denominação dada ao sistema coloidal cujo divergente é a água. Emulsão: É a denominação dada ao sistema coloidal que possui o dispergente e o disperso na fase líquida. Aerossóis: O ambiente em que vivemos precisa ser limpo com regularidade, para que seja retirada a poeira que constantemente é depositada sobre os objetos. Esses grãos de poeira, de diâmetro 1000 mm, estão em suspensão e tendem a sedimentar. No entanto, há no ar alguns grãos de poeira de dimensões coloidais que nunca sedimentam. Esse tipo de colóide chama-se aerossol. Neblinas, fumaças e spray são outros exemplos de aerossóis do cotidiano. Quando observamos o rastro luminoso deixado pela luz de um projetor de slide em uma sala escura, ou quando notamos os feixes luminosos dos faróis dos carros em dias com forte neblina, devemos nos
lembrar do Efeito Tyndall que a luz pode provocar quando atinge partículas coloidais sólidas existentes no ar. Espumas: Quando um gás é borbulhado em um líquido, além das bolhas enormes e visíveis, são formadas também bolhas de dimensões coloidais. Por isso, as espumas também podem ser classificadas como colóides. Um bom exemplo é o chantilly, formado pela mistura de ar e creme de leite. Um sólido que possui poros de dimensão coloidal é classificado como espuma sólida. É o caso, por exemplo, da pedra-pome, que possui ar em microscópicos poros de dimensão coloidais. Classificação dos sistemas coloidais Os sistemas coloidais podem ser classificados segundo dois critérios principais: quanto à natureza das partículas do disperso e quanto à afinidade entre o disperso e o dispergente. Natureza das partículas do disperso Colóide micelar: é o sistema coloidal cujo disperso é constituído por aglomerados de átomos, íons ou moléculas. Colóide molecular: é o sistema coloidal cujo disperso é constituído de macromoléculas, normalmente polímeros. Colóide iônico: é o sistema coloidal cujo disperso é constituído de macro íons.
Afinidade entre o disperso e o dispergente Colóides liófilos (lyo=solver ou dissolver, philo=amigo), ou colóides reversíveis, são sistemas coloidais que possuem grande afinidade entre o disperso e o dispergente. Se o dispergente for a água, o sistema coloidal é denominado hidrófilo. Devido a essa afinidade, as partículas do disperso adsorvem, isto é, fixam na sua superfície moléculas do dispergente, ficando assim envolvida por uma película que é denominada camada de solvatação. A camada de solvatação permite que as partículas do disperso fiquem isoladas umas das outras e, com isso, é possível transformar o sistema coloidal em sol ou em gel, conforme se adicione ou se retire dispergente. Por isso esses colóides são ditos reversíveis. A transformação da fase gel para a fase sol pela adição de dispergente é denominada peptização (peptos=digerido). A transformação da fase sol para a fase gel pela retirada de dispergente é denominada pectização (pektos=coalhado). Colóides liófobos (lyo=solver ou dissolver, phóbos=aversão), ou colóides irreversíveis, são sistemas coloidais onde praticamente não existe afinidade entre o disperso e o dispergente. Se a fase dispergente for à água, o sistema é denominado hidrófobo. A formação de um colóide liófobo não é espontânea e a passagem de gel a sol é muito difícil. A estabilidade de um sistema coloidal liófobo pode ser aumentada pela adição de uma pequena quantidade de um colóide liófilo adequado, que então passa a ser denominado colóide protetor. As partículas do colóide liófobo são envolvidas por uma película de colóide liófilo que passa a funcionar como uma camada de solvatação, dando estabilidade ao colóide liófobo. Podemos citar como exemplo de colóides protetores a gema de ovo, que estabiliza a mistura
de azeite e vinagre no preparo de maionese, e a tinta nanquim, que é um colóide liófobo protegido por um colóide liófilo de gelatina em água.
Colóides Estado coloidal - Tipo de dispersão na qual as partículas dispersas têm dimensão entre 1 e 100 nm. Colóide reversível ou liófilo ou hidrófilo - A passagem de sol a gel é reversível. As partículas dispersas têm película de solvatação, que estabiliza o colóide.Exemplos: proteínas em água, amido em água, gelatina em água e a maioria dos colóides naturais. Colóide irreversível ou liófobo ou hidrófobo - A passagem de sol a gel é irreversível. As partículas dispersas não têm película de solvatação e, por isso, são instáveis.Exemplos: hidrossol de metais (ouro, prata, etc.), hidrossol de enxofre e a maioria dos colóides artificiais.A purificação dos colóides é feita por diálise, eletrodiálise ou ultrafiltração. Os colóides apresentam as seguintes propriedades: efeito Tyndall, movimento browniano e adsorção. Colóides protetores são colóides liófilos que estabilizam os colóides liófobos, impedindo a sua coagulação. O mais usado é a gelatina. Importância dos colóides: Biológica - os processos vitais estão associados ao estado coloidal. Industrial - fabricação de medicamentos, tintas, cremes, cosméticos, pedras preciosas (rubi, safira, etc.), sílica-gel, filmes fotográficos, etc. Culinária - preparo de geléias, maionese, creme chantilly, etc. • •
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3. OBJETIVO
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Preparar soluções coloidais e estudar suas propriedades.
4. PARTE EXPERIMENTAL 4.1 Materiais e Reagentes a) Preparação do gel de hidróxido de cobre: Tubo de ensaio, Solução saturada de CuSO 4, NH4OH concentrado, H2SO4 concentrado, Pipeta. b) Diálise de hidróxido de ferro (III): FeCl3, Água destilada, Espátula, Béquer, Papel celofane, Papel indicador, AgNO3. c) Emulsões: Tubo de ensaio, Água destilada, Óleo, Detergente. 4.1.1Procedimentos: a) Preparação do gel de hidróxido de cobre: Colocou-se em um tubo de ensaio 2 mL de uma solução saturada de CuSO4 e adicionou-se, gota a gota, NH 4OH concentrado, até a formação de Cu(OH)2. Continuou-se adicionando o NH 4OH até a dissolução da solução. Depois disso, adicionou-se, gota a gota, H 2SO4 concentrado, até o gel se formou de novo. b) Diálise de hidróxido de ferro (III): Preparou-se uma suspensão de Fe(OH) 3 a partir do aquecimento de uma solução de Fe(Cl) 3 por 10 minutos. Colocou-se a suspensão de Fe(OH) 3 sobre um papel celofane colocado sobre a superfície da água destilada contida num béquer. Após 5 minutos de espera, mediu-se o pH da água destilada e da solução contida no béquer. Depois, colocou-se a solução do béquer em um tubo de ensaio adicionou se algumas gotas de AgNO 3 para testar a presencia de Cl-. c) Emulsões: Colocou-se em um tubo de ensaio 2 mL de água destilada e algumas gotas de óleo, agitando o tubo de ensaio vigorosamente. Depois, adicionaramse algumas gotas de detergente e agitou-se o tubo de ensaio vigorosamente.
5. RESULTADOS
5.1 Diálise de hidróxido de ferro (III)
pH
pH
(antes)
(depois)
H2O
6,0
5,0
SOLUÇÃO DE
3,0
4,0
Fe(OH)3
6. DISCUSSÕES
6.1 Preparação do gel de hidróxido de cobre: Em um tubo de ensaio, foi colocado 2 mL de solução saturada de CuSO 4, ao adicionar NH4OH concentrado, ele dissocia, formando Cu(OH) 2 que é um gel azul, de acordo com a reação: Cu2+(aq) + 2NH3(aq) + 3H2O <==> Cu(OH)2(s) + 2NH4+(aq) Mas ao continuar adicionando o NH 4OH, o NH3 em excesso na solução (devido ao equilíbrio de NH3 e NH4+: H3O+ + NH3 <==> H2O + NH4+) dissolve o Cu 2+, formando o íon complexo [Cu(NH 3)4]2+ que apresenta uma cor de azul, de acordo com a seguinte reação: Cu(OH)2(s) + 4NH3(aq) <==> [Cu(NH3)4]2+(aq) + 2OH-(aq) (ANEXO 1) Ao adicionar o H2SO4, ele reage com o NH 3 em excesso, formando (NH 4)2SO4 (sulfato de amônio), assim, o gel volta a se formar voltando à cor original. De acordo com a equação: 2 NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4. 6.2 Diálise de hidróxido de ferro (III):
Preparou-se uma suspensão de Fe(OH) 3 a partir do aquecimento de uma solução de Fe(Cl) 3 por 10 minutos, de acordo com a seguinte reação:
FeCl3 + 3H2O <==> Fe(OH)3 + 3HCl
Antes de colocar a suspensão de Fe(OH) 3, um colóide tipo sol, que é uma dispersão de partículas de sólido em líquido, sobre um papel celofane colocado sobre a superfície da água destilada contida num béquer, mediu-se o pH da água que foi igual a 6, e da solução que foi igual a 3. Após 5 minutos de espera, mediu-se o pH da água destilada e da solução contida no béquer, observou-se que o pH da água diminuiu para 5 e o pH da solução aumentou para 5. A diferença de pH de antes do tempo de espera e depois foi devido ao fato de que o papel celofane age como uma membrana semi-permeável para íons. Como foi produzido HCl na reação que forma Fe(OH)3, houve a passagem de íons H + e Cl- para a água destilada, como a molécula do FeOH 3 é muito maior que a dos íons, então não houve a passagem do sol. Para testar a presença de íons Cl -, foi adicionado algumas gotas de AgNO 3 água e observou-se a formação de uma turvação na água, ou seja, essa turvação é a formação de AgCl de acordo com a reação:
Ag+ + Cl- → AgCl
A diálise desse colóide mostra uma maneira de purificar colóides tipo sol via membrana semi-permeável.
6.3 Emulsões:
Ao colocar em um tubo de ensaio 2 mL de água destilada e algumas gotas de óleo, vimos que a água e o óleo não se misturam, isso porque a água é polar e o óleo apolar, como “semelhante dissolve semelhante”, isto é, moléculas polares dissolve moléculas polares e moléculas apolares dissolve moléculas apolares, então, não há mistura entre eles, percebeu-se a separação dos dois líquidos imiscíveis em duas fases. Ao agitarmos o tubo, houve uma dispersão do óleo na água, formando uma emulsão, que é a mistura entre dois líquidos imiscíveis em que um deles (a fase dispersa, o óleo) encontra-se na forma de finos glóbulos no seio do outro líquido (a fase contínua, a água). Ao deixarmos o sitema em repouso , a emulsão ficou instável progressivamente retornando ao seu estado inicial de fases separadas. Adicionou-se detergente, gota a gota, que é um agente emulsificante (ou surfactante) (ANEXO 2), um componente anfipático, isto é, moléculas que apresentam a característica de possuírem uma região hidrofílica (solúvel em meio aquoso), e uma região hidrofóbica (insolúvel em água, porém solúvel em lipídios e solventes orgânicos) que alteram as propriedades das moléculas para que possam ser misturadas, aumentando a sua estabilidade cinética tornandoas razoavelmente estáveis e homogêneas (ANEXO 3). Agitando a emulsão, a cor predominante foi branca. O que ocorreu foi formação de micelas, gotículas microscópicas de gordura envolvidas por moléculas de detergente, orientadas com a cadeia apolar direcionada para dentro (interagindo com o óleo) e a extremidade polar para fora (interagindo com a água). Assim, pode-se dizer que o detergente estabilizou a emulsão.
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir dos experimentos foi possível perceber a importância dos colóides no nosso cotidiano, foi curioso descobrir que eles não estão presentes em apenas pastas e cremes, mas também em importantes aplicações tais como no tratamento de efluentes, com a precipitação ou floculação para a remoção dos poluentes das águas residuais, nas indústrias de tintas com obtenção de filmes homogêneos e resistentes, produção de impressões com elevado poder de resolução sem entupir os tinteiros e Indústria farmacêutica com dispersões estáveis para assegurar uma dose uniforme do princípio ativo. Um comentário importante, é que águas naturais e solo contêm muitos materiais dispersos de dimensões coloidais, desde argilominerais solubilizados das rochas até macromoléculas tais como ácidos húmicos provenientes da matéria orgânica de células vegetais e animais. Portanto, sua presença vai desde o alimento que ingerimos até as partículas de poeira que enxergamos devido ao efeito Tyndall.
8. ANEXOS Anexo 1
Formação do gel Cu(OH)2 (Imagem I)
Após o Cu2+ dissolver, formando o íon complexo [Cu(NH3)4]2+ (Imagem II)
Anexo 2
Molécula do detergente. (Imagem III)
Anexo 3
Moléculas do detergente emulsificando o óleo juntamente com a água. (Imagem IV)
9. REFERÊNCIAS 1-Feltre, Ricardo, Química 1, vol.1, 1995. 2 – Peruzzo, Francisco Miragaia e Canto, Eduardo Leite, Fisico química 2, vol. 2, 4ª edição, 2006. 3-
HARRIS, Daniel C., Análise Química Quantitativa; 5ª edição, Rio de Janeiro,
LTC, 2001. 4- Disponível em:
http://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_sulfate. Acessado em: 16.09.2011
5- Disponível em: http://www.public.asu.edu/~jpbirk/qual/qualanal/copper.html. Acessado em: 16.09.2011 6- Disponível em:
http://acd.ufrj.br/consumo/disciplinas/t_qb_kit_emulsao_e_estabilizacao.pdf . Acessado em: 16.09.2011
