coloide Trabalho I

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UNIVERSIDADE SAVE
GRUPO B
PROPRIEDADES CINÉTICAS
Licenciatura em ensino de Química com Habilitações em Gestão de Laboratórios
Aissa Martins Nhombe
BentoJoão Naiene
Diocleta Diamantino Mabote
Naimo José Neves
Massinga 
2021
UNIVERSIDADE SAVE
FACULDADE DE CIÊNCIAS NATURAIS E EXATAS
PROPRIEDADES CINÉTICAS
Aissa Martins Nhombe
Bento João Naiene
Diocleta Diamantino Mabote
Naimo José Neves
Massinga
2021
Trabalho de Química Coloidal apresentado a Faculdade de Ciências Naturais e Exactas, para efeitos de avaliação.
Docente: MSc. Fernando Comé
Índice ……………………………………………………………………………………..Paginas
CAPÍTULO I	3
1.0.INTRODUÇÃO	3
1.1.Objectivos	4
1.2. Metodologias	4
CAPÍTULO II	5
2.0. PROPRIEDADES CINÉTICAS	5
2.1. Conceitos básicos	5
2.2.O Movimento das Partículas em Meios Líquidos.	5
2.2.1.Leis que regem o movimento das partículas em meios líquidos	5
2.2.1.1.Taxa de sedimentação	5
2.3.0.Movimento Browniano e difusão translacional.	6
2.3.1. Movimento Browniano	6
2.3.2.Difusão translacional	7
2.4.A ultracentrifuga	7
2.5.Pressão osmótica	10
2.5.1.Medição da pressão osmótica	11
2.6.Movimento browniano rotatório	14
2.6.1.Birrefringência de streaming	15
2.6.2.Dispersão dielétrica	15
3.0.Conclusão	16
4.0.Referencias Bibliográficas	17
CAPÍTULO I
1.0.INTRODUÇÃO
O presente trabalho de Química Coloidal, aborda os conteúdos relacionados com as propriedades cinéticas. Porem, os conteúdos aqui abordados visam descrever de certa forma aquilo que é o comportamento coloidal, isto é, o mundo dos colides. Assim sendo, aborda-se os movimentos das em meios líquidos, movimento browniano e difusão translacional, ultracentrifuga, pressão osmótica e movimento browniano rotatório.
Colóides são substâncias não se separam sob a acção da gravidade, mas é possível separá-las usando filtros extremamente finos ou centrifugadoras extremamente potentes. São visíveis no ultramicroscópio. Também importa referir que nos colóides as partículas dispersas estão em movimento constante e errático devido às moléculas do fluido estarem constantemente a colidir contra elas e a estabilidade dependerá da fase dispersa.
O movimento browniano é o nome dado ao movimento aleatório de partículas num líquido ou gás como consequência de choques das moléculas no meio das partículas. O Brown em 1827, observou no microscópio pequenos grãos de pólen suspensos em água. Percebeu também que isso acontecia igualmente com partículas inorgânicas. Em 1905 Einstein usando a teoria cinética dos gases, explicou quantitativamente os movimentos observados por Brown. Jean Perrin realizou um conjunto de experiencias que se revelaram uma comprovação fiel das investigações feitas pelo Einstein e que lhe permitiram medir o volume do Avogadro.
Segundo CHANG & GOLDSBOY (2013:541), define osmose como a passagem selectiva de moléculas de solvente, de uma solução diluída para outra mais concentrada, através de uma membrana porosa. Segundo ATKINS (2003:111), a uma membrana semipermeável pode ter furos microscópicos, suficientemente grandes para permitir a passagem de moléculas de água, mas não de iões ou moléculas de carboidratos que têm um volume grande devido às moléculas de água de hidratação.
Ainda com CHANG & GOLDSBOY (2013:538), a pressão osmótica () de uma solução é a pressão necessária para a osmose que pode ser medida directamente a partir da diferença entre os níveis finais do fluido.
1.1.Objectivos
1.1.1.Objectivo Geral
· Descrever as propriedades cinéticas das substâncias coloidais
1.1.2. Objectivos Específicos
· Indicar as propriedades cinéticas das substâncias coloidais;
· Explicar os tipos de movimento browniano;
· Interpretar ultracentrifuga;
· Explicar a pressão osmótica.
1.2. Metodologias
Para a realização do presente trabalho com vista ao alcance dos objectivos preconizados, constituiu-se como metodologia básica a pesquisa bibliográfica. Esta pesquisa consistiu na consulta de várias obras literárias e de alguns artigos em Internet e que as tais referências bibliográficas se encontram na última página do trabalho.
CAPÍTULO II
2.0. PROPRIEDADES CINÉTICAS
2.1. Conceitos básicos
Colóides
Segundo Atkins & Paula (2007), um colóide ou fase dispersa, é uma dispersão de pequenas partículas de um material em outro material. Neste contexto, pequeno caracteriza uma dimensão menor do que 500 nm (o comprimento de onda da luz visível). Em geral, as partículas coloidais são agregadas de numerosos átomos, ou moléculas, mais muito pequenas para serem vistas aos microscópicos ópticos comuns. Essas partículas passam através da maioria de papéis de filtro, mas podem ser observadas pelo espalhamento da luz e pela sedimentação. 
2.2.O Movimento das Partículas em Meios Líquidos.
O movimento térmico de macromoléculas dissolvidas e partículas coloidais dispersas serão considerados, assim como seu movimento sob a influência de campos gravitacionais e centrífugos. Este movimento manifesta-se em escala microscópica na forma de Movimento browniano, e na escala macroscópica nas formas de difusão e osmose. A gravidade (ou campo acentrífugo) fornece a força motriz na sedimentação (SHAW, 1992).
2.2.1.Leis que regem o movimento das partículas em meios líquidos 
2.2.1.1.Taxa de sedimentação
 Segundo Shaw (1992), considere a sedimentação de uma 'partícula de massa sem carga e volume específico em um líquido de densidade. A condução (ou sedimentação) força na partícula, que é independente da forma da partícula ou solvatação, , onde é a aceleração local devido a gravidade (ou campo acentrífugo). O factor Permite a flutuabilidade do líquido. O meio líquido oferece uma resistência ao movimento da partícula que aumenta com o aumento da velocidade.
Desde que a velocidade não seja muito grande, o que é sempre o caso para partículas coloidais (e algumas que maiores), a resistência dos líquidos, em uma primeira aproximação, é proporcional à velocidade da partícula de sedimentação. 
Em muito pouco tempo, velocidade terminal, , é atingida, quando a força motriz na partícula e sua distância do líquido são iguais:
, onde é o coeficiente médio de atrito da partícula.
Para partículas esféricas, o coeficiente de atrito é dado pela lei de Sttokes: ; onde n é a viscosidade do meio e a o raio da partícula
2.3.0.Movimento Browniano e difusão translacional.
2.3.1. Movimento Browniano
Segundo Shaw (1992), a fundamental consequência da teoria cinética é que, na ausência de forças externas, todas as partículas suspensas, independentemente de seu tamanho, tem a mesma energia cinética média translacional. A energia cinética translacional média para qualquer partícula é ou pois alonga um determinado eixo: ou seja, em outras palavras, a velocidade média da partícula aumenta com a diminuição da massa da partícula.
Segundo Shaw (1992), o movimento das partículas individuais muda continuamente de direcção como resultado de colisões aleatórias com as moléculas do meio, outras partículas e as paredes do recipiente de contenção. Cada partícula segue um caminho em zigue-zague complicado e irregular. Quando as partículas são grandes o suficiente para observação, este movimento aleatório é referido como movimento browniano, em homenagem ao botânico que primeiro observou este fenômeno com grãos de pólen suspensos na água. As partículas, mais evidente é seu movimento browniano.
Tratando o movimento browniano como um 'passeio aleatório' tridimensional, o deslocamento browniano médio de uma partícula de sua posição original ao longo de um determinado eixo após um tempo t é dado pela equação de Einstein: 
, onde D é a equação do coeficiente de difusão.
Segundo Shaw (1992), A teoria do movimento aleatório ajuda a compreender o comportamento de polímeros lineares elevados em solução. Os vários segmentos de uma molécula de polímero linear flexível são submetidos a agitação térmica, e assim a molécula como um todo assumirá um mudando continuamente e alguma configuração aleatória. Portanto, o coeficiente de difusão de um material suspenso está relacionado ao coeficiente de atrito das partículaspela lei de difusão de Einstein:
 
Portanto, para partículas esféricas temos a seguinte equação: 
 ; onde NA é a constante de Avogadro, e a média será determinada pela seguinte expressão matemática: .
2.3.2.Difusão translacional
Segundo Shaw (1992), a difusão é a tendência para as moléculas migrarem de uma região de alta concentração a uma região de menor concentração e é um directo resultado do movimento browniano. Primeira lei de difusão de Fick afirma que a massa da substância difundinda no direcção em um tempo através de uma área é proporcional ao gradiente de concentração no plano em questão: .
(O sinal negativo na formula indica que a difusão ocorre na direcção de concentração decrescente). A taxa de variação da concentração em qualquer ponto é dada por uma expressão exactamente equivalente, a segunda lei de Pick: 
O factor de proporcionalidade é chamado de coeficiente de difusão. Isto é, não estritamente uma constante, uma vez que é ligeiramente dependente da concentração uma expressão exactamente equivalente, a segunda lei de Pick,
	
2.4.A ultracentrifuga
Segundo Shaw (1992), existem várias técnicas experimentais (por exemplo, o Tubo de Wiegner e a balança de Odén) que fazem uso de sedimentação sob gravidade para fraccionar ou determinar o tamanho das partículas distribuídas em sistemas que contêm material suspenso relativamente grosso, como solos e pigmentos. Um método popular de transporte nessa análise de tamanho de sedimentação acumulativa é o método de equilíbrio, em que o peso das partículas se acomodando em um equilíbrio é registrado em função do tempo. A sedimentação sob a gravidade tem um limite inferior prático de c. Menores partículas (coloidais) sedimentam tão lentamente sob a gravidade que o efeito é obliterado pela mistura tendências de difusão e convecção.
Tabela 1: Taxas de sedimentação sob gravidade para esferas não carregadas de densidade 2gcm "1 em água a 20 ° C, calculado a partir da lei de Stokes: Fonte: Shaw (1992)
Ao empregar forças centrífugas em vez de gravidade, a aplicação de sedimentação pode ser estendido ao estudo de sistemas coloidais, e tem sido usado, em particular, para a caracterização de substâncias de origem biológica, como proteínas, ácidos nucléicos e vírus. A Força de transmissão de uma molécula suspensa ou partícula então se torna , onde distância da partícula do eixo de rotação. 
Uma ultracentrífuga é uma centrífuga de alta velocidade equipada com um sistema óptico adequado (geralmente schlieren ou óptica de interferência, o último sendo particularmente útil quando baixas concentrações estão envolvidas) para registrar o comportamento de sedimentação e com instalações para eliminar os efeitos perturbadores das correntes de convecção e vibração. A amostra está contido em uma célula em forma de setor montada em um rotor (geralmente com diâmetro de 18 cm); isso gira em uma câmara termostatizada contendo hidrogênio a uma pressão reduzida. Vários mecanismos para conduzir o rotor foram investigados - Svedberg, que foi o pioneiro neste campo, empregou uma turbina a óleo; estes foram substituídos por mais simples e instrumentos menos caros movidos a ar e electricamente.
Figura 1: Características essenciais de uma ultracentrífuga movida a ar. Fonte: Shaw (1992).
A ultracentrífuga pode ser usada de duas maneiras distintas para investigar o material coloidal suspenso. No método de velocidade, um alto campo centrífugo (uptoc.400000g) é aplicado e o deslocamento da configuração de limite por sedimentação das moléculas coloidais ou partículas são medidas de tempos em tempo. 
Método de equilíbrio, a solução coloidal é submetido a um campo centrífugo inferior, até sedimentação e difusão (mistura) tendendo equilibram - se a uma distribuição de equilíbrio de partículas em toda a amostra. 
2.4.1.Efeitos de carga
Segundo Shaw (1992), o tratamento de sedimentação e difusão é um pouco mais complicado quando as partículas em consideração são carregadas. Contra - iões menores tendem a sedimentar a uma taxa mais lenta e ficam para trás das partículas coloidais que se sedimentam. Um potencial é, portanto, configurado que tende a restaurar a condição original de neutralidade eléctrica, acelerando o movimento dos contra-iõess e retardando o movimento das partículas coloidais.
A situação inversa se aplica à difusão. Os contra-iões menores tendem a se difundir mais rápido do que as partículas coloidais e arrastar as partículas junto com eles e aumentar sua taxa de difusão.
Esses efeitos podem ser superados com o emprego de electrólito de inundação de concentrações. Qualquer potencial que possa se desenvolver é então prontamente dissipado por um deslocamento muito pequeno de um grande número de contra-iões.
2.5.Pressão osmótica
Segundo ATKINS (2003:109), afirma que um soluto ideal não produz efeito na entalpia de uma solução. Entretanto, ele afecta a entropia da solução, introduzindo um grau de desordem que não está presente no solvente puro. Podemos, portanto, esperar que um soluto modifique as propriedades físicas da solução. Além de baixar a pressão vapor do solvente como é o caso do soluto não volátil produz três efeitos principais tais como: Eleva o ponto de ebulição de uma solução, abaixa o ponto de congelamento da solução e da origem à pressão osmótica. Uma vez que essas propriedades surgem de variações na desordem do solvente, e sendo o aumento da desordem independentemente da natureza da espécie química do soluto, esses efeitos depende apenas do número de partículas presentes e não de sua natureza química. Por essa razão, são chamadas propriedades coligativas. Assim, uma solução aquosa 0,01mlo/kg, de qualquer soluto não electrolítico, tem o mesmo ponto de ebulição, o mesmo ponto de fusão e a mesma pressão osmótica.
Segundo Shaw (1992), a medição da propriedade coligativa (ou seja, redução do vapor pressão, depressão do ponto de congelamento, elevação do ponto de ebulição ou pressão osmótica) é um procedimento padrão para determinar a massa molecular relativa de uma substância dissolvida. Dessas propriedades, a pressão osmótica é a única com valor prático no estudo de macromoléculas. 
Considere, por exemplo, uma solução de 1g de material macromolecular de massa molecular relativa 50000 dissolvido em 100cm3 de água. Assumindo um comportamento ideal, a depressão de o ponto de congelamento seria 0,0004K e a pressão osmótica (a 25 ° C) seria 500Nm-2 (ou seja, 5 cm de água). Esta depressão do ponto de congelamento seria muito pequeno "para ser medido com precisão suficiente por métodos convencionais e, ainda mais importante, seria muito sensível a pequenas quantidades de impureza de massa molecular relativa; em na verdade, seria duplicado pela presença de apenas 1mg de impureza de massa molecular relativa 50. Não só a pressão osmótica fornece um efeito mensurável, mas também o efeito de qualquer material de baixa massa molecular relativa ao qual a membrana é permeável pode ser virtualmente eliminado.
Segundo Shaw (1992), a utilidade das medições de pressão osmótica é, no entanto, limitado a uma faixa de massa molecular relativa de cerca de 104-106. Abaixo 104, a permeabilidade da membrana às moléculas em consideração pode revelar-se problemática; e acima 106, a pressão osmótica será muito pequena para permitir medições suficientemente precisas. A osmose ocorre quando uma solução e um solvente (ou duas soluções de diferentes concentrações) são separadas umas das outras por uma membrana semipermeável, isto é, uma membrana que é permeável para o solvente, mas não para o soluto. A tendência de igualar potenciais químicos (e, portanto, concentrações) em ambos os lados da membrana resulta em uma difusão líquida de solvente através da membrana. A contrapressão necessária para equilibrar este fluxo osmótico é denominada a pressão osmótica. Osmose também pode ocorrer em géis e constitui um importante mecanismo de inchaço.
A pressão osmótica de uma solução é descrita em termos gerais pela chamada equação viral:
Onde c é a concentração da solução (expressa como massa desoluto dividido pelo volume da solução), M é a massa molar do soluto e B2, B3 …, são constantes.
2.5.1.Medição da pressão osmótica
Segundo Shaw (1992), Muito trabalho tem sido dedicado à preparação de membranas semipermeáveis e para aperfeiçoar métodos sensíveis para medindo a pressão osmótica.
Certas dificuldades práticas surgem se a solução for simplesmente permitida para subir e buscar seu próprio nível de equilíbrio:
Se o líquido subir um tubo de seta e o volume total de solução é grande, o nível de líquido pode ser muito sensível a flutuações de temperatura durante o curso do experimento para permitir medições confiáveis. Além disso, um aumento capilar a correcção deve ser feito sob essas condições. Para superar a dificuldade associada a um menisco colado, que muitas vezes é encontrados no estudo de soluções aquosas, a líquido de baixo tensão superficial e boas propriedades humectantes, como tolueno ou éter de petróleo, é usado no capilar.
Segundo CHANG & GOLDSBOY (2013:541), define osmose como a passagem selectiva de moléculas de solvente, de uma solução diluída para outra mais concentrada, através de uma membrana porosa como mostra a figura (3):
Figura 3.Fonte: CHANG & GOLDSBOY (2013:541)
O compartimento da esquerda do dispositivo contém solvente puro; o compartimento da direita contém uma solução. Os dois compartimentos estão separados por uma membrana semipermeável, que permite a passagem de moléculas de solvente, mas que impede a passagem de moléculas de soluto. No início (a), os níveis de água nos dois compartimentos são iguais. Depois de algum tempo, o nível no tubo da direita começa a subir; esta subida continua até que o equilíbrio seja atingido, isto é, até que não se observem mais alterações.
Segundo ATKINS (2003:111), a uma membrana semipermeável pode ter furos microscópicos, suficientemente grandes para permitir a passagem de moléculas de água, mas não de iões ou moléculas de carboidratos que têm um volume grande devido às moléculas de água de hidratação.
Ainda com CHANG & GOLDSBOY (2013:538), a pressão osmótica () de uma solução é a pressão necessária para a osmose que pode ser medida directamente a partir da diferença entre os níveis finais do fluido.
Neste caso o que leva a água mover-se espontaneamente da esquerda para a direita?
A explicação está representada na figura (4) que ajuda a compreender a força impulsionadora que está por de trás de osmose. Uma vez que a pressão de vapor da água pura é mais elevada que a pressão de vapor da solução, há uma transferência de água do béquer da esquerda para o béquer da direita. Com tempo suficiente, a transferência continuará até que já não haja água no béquer da esquerda. Uma forca impulsionadora semelhante faz a água passar do solvente puro para a solução durante a osmose.
Figura 4. Fonte: CHANG & GOLDSBOY (2013:538)
A expressão matemática para determinar a pressão osmótica de uma solução: ,onde M é a molaridade da solução, R é a constante dos gases (0,0821L*atm/K.mol) e T é a temperatura absoluta (K). A pressão osmótica, , é expressa em atm. Uma vez que as medidas de pressão osmótica são realizadas à temperatura constante, exprimimos a concentração em termos de molaridade, que é uma unidade mais conveniente do que a molalidade.
Tal como a elevação do ponto de ebulição e a diminuição do ponto de congelamento, a pressão osmótica é directamente proporcional à concentração da solução. Este comportamento é esperado porque porque todas as propriedades coligativas dependem a penas do número de partículas de soluto em solução. Se duas soluções tiverem igual concentração e, portanto, a mesma pressão osmótica, diz-se que elas são isotônicas. Se duas soluções tiverem pressões osmóticas diferentes, diz-se que a solução concentrada é hipertônica e a solução mais diluída é hipotônica.
Exemplo: Para estudar o conteúdo dos glóbulos vermelhos do sangue, que estão protegidos do ambiente externo por uma membrana semipermeável, os bioquímicos usam uma técnica chamada homólise. Neste caso, os glóbulos vermelhos são colocados em uma solução hipotônica. Uma vez que a solução é menos concentrada que o interior dos glóbulos, a água move-se para o interior dos glóbulos, conforme mostrado na figura (). Os glóbulos incham e eventualmente rebentam, liberando hemoglobina e outras moléculas.
A pressão osmótica também é o principal mecanismo responsável pela subida da água no caule das plantas. Dado que as folhas perdem constantemente água para a atmosfera em processo chamado de transpiração, a concentração de solutos nos fluidos das folhas aumenta. Então, a pressão osmótica força a água subir pelo tronco e pelos ramos das árvores
Movimento browniano rotatório
2.6.Movimento browniano rotatório
Segundo Shaw (1992), além do movimento browniano translacional, as moléculas suspensas ou as partículas passam por um movimento rotacional aleatório em torno de seus eixos, então que, na ausência de forças de alinhamento, eles estão em um estado de orientação aleatória. Os coeficientes de difusão rotativa podem ser definidos (elipsóides de revolução tem dois desses coeficientes que representam a rotação sobre cada eixo principal), que dependem do tamanho e da forma do moléculas ou partículas. Sob a influência de um alinhamento parcial de força de orientação de partículas assimétricas ocorrem, o que representa um equilíbrio entre a força de alinhamento nas partículas e sua difusão rotativa. O sistema, portanto, se tornará anisotrópico. É possível desenhar conclusões sobre as dimensões das partículas, estudando vários mudanças nas propriedades físicas causadas por tal alinhamento de partículas.
2.6.1.Birrefringência de streaming
Segundo Shaw (1992), a amostra é submetida a um forte gradiente de velocidade - por exemplo, em Viscosímetro de cilindro aconcêntrico e o resultante o alinhamento molecular ou de partículas faz com que o a solução se torne-se duplamente refractária (birrefringente). A magnitude da birrefringência está relacionada a uma teoria elaborada ao coeficiente rotacional de difusão e, portanto, para a molécula ou partícula com certas dimensões. Em certos casos (por exemplo, sol de hidróxido de ferro (III)), a birrefringência pode ser produzido pela acção de alinhamento de campos eléctricos ou magnéticos.
Figura 1: Aparelho para observação de birrefringência. Fonte: Shaw (1992).
2.6.2.Dispersão dielétrica
Quando uma solução contendo moléculas dipolares é colocada entre eléctrodos e submetidos a uma corrente alternada, as moléculas tendem a girar em fase com a corrente, aumentando o dieléctrico constante da solução. Conforme a frequência aumenta, torna-se mais difícil para as moléculas dipolares superarem rápido a viscosidade resistência do meio o suficiente para permanecer em fase, e a constante dieléctrica cai de forma mais ou menos gradual. Cada frequência característica onde há mudança notável do dieléctrico constante está relacionada ao tempo que a molécula leva para girar em torno de eixo particular e, portanto, para a difusão rotativa apropriada coeficiente. 
3.0.Conclusão 
Durante a elaboração do presente trabalho, conclui-se que as propriedades cinéticas são aquelas que estão assocadas ao movimento das partículas em um sistema. Entretanto, são as propriedades cinéticas: movimento browniano de translação e rotação e propriedades coligativas que no caso particular a osmose.
O movimento browniano é o nome dado ao movimento aleatório de partículas num líquido ou gás como consequência de choques das moléculas no meio das partículas. E este pode ser difusão de translação ou de rotação, o que caracteriza cada um destes movimentos é a orientação das partículas quando submetidas em um determinado campo eléctrico ou magnético.
A ultracentrifuga é um método popular de transporte nessa análise de tamanho de sedimentação acumulativa é o método de equilíbrio, em que o peso das partículas se acomodando em um equilíbrio é registrado em função do tempo
A osmose é difinida como a passagem selectiva de moléculas de solvente, de uma soluçãodiluída para outra mais concentrada, através de uma membrana porosa.
4.0.Referencias Bibliográficas
1. ATKINS, Peter. Físico-Química-Fundamentos. 3ª Edição, editora LTC. 2003, Pp 110-116.
1. ATKINS, Peter., PAULA, Júlio. Físico – Química Vol-2. 1ªEd, Editora LTC. 
1. CHANG, Raymond & GOLDSBOY, Kenneth A. Química. 11ª edição, editora McGraw-Hill, Portugal, 2013, Pp 534-545. 
1. SHAW, D. J. Introduction to Colloid and Surface Chemistry. 4o Ed. Burlington: Butterworth - Heinemann, 1992.