11. Sedimentos & Coloides

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SEDIMENTOS E 
PARTÍCULAS COLOIDAIS 
 
1 
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CARACTERIZAÇÃO E IMPORTÂNCIA DE SEDIMENTOS 
• Depósitos de detritos biológicos e 
químicos constituídos por grânulos 
finos, médios e grossos. 
• Importantes fontes de materiais 
inorgânicos e orgânicos em águas 
naturais, estuários e oceanos. 
 
 
2 
Composição: minerais (argila, silte, areia) 
ou materiais contendo matéria orgânica 
como constituinte principal. 
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Solos Versus Sedimentos 
Solos: sistemas aeróbios, pois estão em 
contato com o ar. 
Em geral, contêm maior teor de matéria orgânica e sofrem cons-
tantes lixiviações, ao contrário dos solos. 
3 
Sedimentos: encontram-se 
em ambientes anaeróbios e 
estão sujeitos às condições 
redutoras. 
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2. Transporte dos Fragmentos: 
chuva, gravidade, ventos; 
3. Sedimentação: os materiais são 
depositados no fundo dos mares 
(bacia de sedimentação); 
 
5. Cimentação: com a compactação a água “é expulsa” para as 
camadas superiores. Forma-se um cimento natural que une os 
grãos de sedimentos uns aos outros. 
4 
Formação de Sedimentos 
4. Compactação: se a erosão continuar, o transporte para a bacia 
de sedimentação causa a compactação de sedimentos; 
1. Erosão: as rochas se desintegram; 
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- Deposição 
 
 
 
 
 
Pode resultar de processos químicos, 
físicos e biológicos. 
-Transporte do Material Sedimentar para o Corpo d’água 
 Por erosão, escavação da praia, reações de precipitação. 
5 
- Reações de Oxidação-Redução: podem ser formados compos-
tos insolúveis. Ocorre com Fe2+ ao ser oxidado a Fe3+: 
4 Fe 2+ + 10 H2O + O2  4 Fe(OH)3(s) + 8 H
+ 
 - Atividades Biológicas: responsáveis pela formação de certos 
sedimentos aquáticos. 
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Atividades Biológicas: bactérias que produzem gran-
des teores de Fe3+ (Ferrobacillus e Gallionella, o usam 
na obtenção de energia para processos metabólicos. 
6 
Gallionella 
Ferrobacillus 
Catalisam a oxidação de Fe2+ a Fe3+: 
 4 Fe2+ + 4 H+ + O2  4 Fe
3+ + 2 H2O 
Bactérias em Regiões Anaeróbias: (fundo de cor-
pos d’água): ex. bactérias redutoras de sulfato: 
Desulfotomaculum e Archaea Desulfotomaculum Desulfotomaculum 
1) Usam sulfato passando-o a sulfeto: SO4
=  H2S 
 SO4
= + 10 H+ + 8 e-  H2S + 4 H2O 
 2H+ + SO4
= + 2 {CH2O}  2CO2 + H2S + 2H2O
 
A
rc
h
a
e
a
 D
e
s
u
lf
o
to
m
a
c
u
lu
m
 
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2) Reduzem Fe3+: importantes microorganismos redutores de Fe: 
bactérias dos gêneros Shewanella e Geobacter 
 Fe(OH)3(s) + e
-  Fe2+ + 3 OH- 
Shewanella Geobacter 
Transferência de Espécies Químicas nos Sedimentos 
À cadeia alimentar aquática: mariscos, minhocas, insetos, etc. 
• Transferência Indireta Sedimentos/Água/Organismos: a 
transferência de poluentes é muito comum envolvendo um 
estágio intermediário na água. 
• Transferência Direta Sedimentos/Organismos: significativa e 
ocorre com poluentes pouco solúveis em água, como os 
pesticidas organohaletos. 
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• Substâncias nos Sedimentos: mantidas nos poros de água 
(poros microscópicos nos sedimentos) e são provavelmente 
as mais usadas por organismos. 
8 
Formação de Sedimentos de CaCO3: 
a) Águas ricas em CO2 dissolvido proveniente da ação bacteriana 
b) Águas em contato com formações de CaCO3 
c) Águas contendo altos teores de Ca2+ e HCO3
- 
 
 
 
 
Ca2+ + 2 HCO3
-  CaCO3(s) + CO2(g) + H2O 
Sedimentos de cálcio no Tibete 
formados em centenas de mi-
lhares de anos com água rica 
Ca(HCO3)2. 
Águas correntes contendo Ca2+ como dureza tem-
porária formam sedimentos e tornam-se alcalinas: 
 
 
1. Ao liberar CO2 para a atmosfera 
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2. Pelo consumo de CO2 por algas 
 
 
 
3. Por contato com base dissolvida depositando-se CaCO3 
insolúvel: 
Ca2+ + 2 HCO3
-  CaCO3(s) + CO2(g) + H2O 
Esses sedimentos podem ser formados no verão, pois o pH 
aumenta devido à reação fotossintética: 
 
 
 
Ca2+ + 2 HCO3
- hv {CH2O} + CaCO3(s) + O2(g) 
 
 
 
 
Estalactites 
Estalagmites 
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PARTÍCULAS COLOIDAIS 
Minerais, poluentes orgânicos, materiais proteináceos, algas, 
bactérias, suspensos na água como diminutas partículas. 
 
Físico irlandês 
John Tyndall 
Características: assemelham-se tanto à partículas em 
solução, quanto em suspensão. Têm diâmetro situados 
entre 1 nm a 103 nm e dispersam a luz (Efeito Tyndall) 
 
10 
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Comportamento dos Coloides: influenciado 
por suas características físico-químicas: 
• Elevada área específica (m2/g) 
• Alta energia interfacial 
Classificação de Colóides 
 • Hidrofílicos 
 • Hidrofóbicos 
 • Colóides de Associação 
11 
• Elevada relação superfície/densidade de carga. 
• Possuem movimento browniano 
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• Hidrofílicos: macromoléculas que intera-
gem fortemente com água  são solu-
ções de moléculas grandes ou íons. 
Ex. muitas proteínas (plasma sanguíneo). 
 
 
12 
• Hidrofóbicos: interagem 
menos com água. São está-
veis devido à carga negativa 
ou positiva. Ex.: argilas, 
gotículas de petróleo, 
minúsculas partículas de 
ouro. Na fig. observa-se a 
formação da dupla camada. 
Suspensões hidrofílicas são me-
nos afetadas por adição de sais 
que suspensões hidrofóbicas 
 
 
 
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CH3(CH2)16
 –  Cauda Organofílica: 
 
 
Ânions estereatos tendem a formar clusters consistindo de 
vários ânions com caudas de HC dentro da esfera da partícula 
coloidal e cabeças iônicas na superfície em contato com água e 
Na+ (contra-íon) 
Colóide de Associação: agregado de moléculas e íons (micelas) 
Ex.: íon estereato de sódio (sabão) que possui: 
 
 Cabeça Hidrofílica: 
 
_ CO2
– 
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Estabilidade dos Colóides 
Hidratação 
Carga Superficial 
14 
Hidratação: a camada de água na superfície das partículas co-
loidais hidratadas impede o contato, resultando em unidades 
maiores. 
Principais fenômenos 
que contribuem 
Carga Superficial: pode impedir a 
agregação devido à repulsão 
eletrostática entre partículas de 
mesmo sinal. Depende do pH. 
Em águas naturais em pH  7, em geral, aspartículas 
coloidais são negativamente carregadas 
Colóides Negativamente Carregados no Meio Aquático: gotículas 
coloidais de petróleo e células de algas e bactérias. 
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Carga das células individuais de microorganismos com compor-
tamento semelhante às partículas coloidais: 
a) Depende do pH 
b) É adquirida por perda ou ganho de H+ por grupos carboxíli-
cos e aminos na superfície celular: 
+H3N(célula +)CO2H 
+H3N(célula neutra)CO2
- H2N(célula -)CO2
- 
15 
pH Baixo pH intermediário pH elevado 
 (carga líquida positiva) (carga líquida zero) (carga líquida negativa) 
 
As cargas superficiais de partículas coloidais são função do pH 
Ponto de Carga Zero (ZPC): em pH intermediário as partículas de 
colóide têm carga líquida zero (ZPC) favorecendo a agregação 
de partículas e a precipitação de sólido volumoso. 
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Em meio relativamente ácido: 
(2,8 < pH < 4,5): ganho de H+ 
Pode haver reação na superfície 
 
Carga Líquida Positiva: 
MnO2(H2O)(s) + H
+  MnO2(H3O)
+
(s) 
 
 
 
Ganho de H+ 
I II 
IV III
 
16 
O colóide MnO2 encontra-se 
positivamente carregado 
Carga Superficial do MnO2(H2O) 
O óxido hidratado adquire carga 
por ganho ou perda de H+. 
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Meio Alcalino: 
Pode Haver Perda de H+ 
 
Carga Líquida Negativa: 
MnO2(H2O)(s)  MnO2(OH)
-
(s) + H
+ 
Em geral, nas águas naturais: 
pH > 4,5 
Ganho de H+ 
I II 
IV III
 
17 
O colóide MnO2 encontra-se 
negativamente carregado 
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Processos de Sorção e de Troca Iônica em Sedimentos 
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SORÇÃO 
ADSORÇÃO ABSORÇÃO 
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Sedimentos são importantes depósitos de íons metálicos 
 
Têm habilidade de trocar cátions com o meio aquático 
Fe2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Mg2+, Ca2+, K+, Na+ 
 Capacidade de Troca Catiônica (CTC) 
Por serem capazes de sorver e deslocar H+, os 
sedimentos têm efeito tampão em certas águas 
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Expressa em milimols/100g de sólido seco. 
CTC Típicas de Sedimentos (em águas naturais): 
20 a 30 mmols/100 g 
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Ganho de H+ 
I II 
IV III
 
Habilidade de Sorção: alguns hidró-
xidos e óxidos metálicos hidratados 
(Mn(IV), Fe(III)) sorvem efetivamente 
várias espécies no meio aquático, 
caso do MnO2 coloidal. 
Interações Superficiais de Sólidos em 
Contato com Água: superfícies de 
óxidos metálicos que sorvem íons 
metálicos Mtz+ por complexação: 
 
20 
M  OH + Mtz+  M  OMtz-1 + H+ 
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Pode ocorrer quelação: 
 
 
Sorção de Ânions por Superfícies Sólidas: a troca aniônica é 
mais difícil de explicar. O grau de sorção é variável: 
 
 
 
a) fosfatos e sulfatos: em geral, são sorvidos em pH 
< 7. Podem ser sorvidos na superfície de 
hidroxilados. 
b) cloretos e nitratos: tal como as 
partículas coloidais no solo, são 
sorvidos por atração eletros-
tática em pH ácido. 
 
 
 
 
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Íons Metálicos em Sedimentos e em Partículas Suspensas 
Ambos são depósitos de traços de íons de metais: Cr, Pb, Cd, 
Cu, Mo, Ni, Co, Mn,... presentes como: 
 • Compostos simples 
 • Íons mantidos por argilas trocadoras catiônicas 
 • Ligados a óxidos hidratados de Fe ou Mn 
 • Quelatados à substâncias húmicas insolúveis 
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Em águas relativamente limpas (não poluídas) a ocorrência 
de traços metálicos em materiais suspensos relaciona-se 
ao mineral de origem dos sólidos suspensos 
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Manutenção de Metais por Partículas: entre outros fatores, a 
disponibilidade de metais agregados a partículas depende: 
 • Do tipo de ligação e estado de oxidação do metal 
 • Da natureza do material suspenso 
 • Do tipo de organismo presente na água 
 • Das condições químicas e físicas da água 
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Presença de Sulfetos Metálicos em Sedimentos Anaeróbios: 
24 
Biodisponibilidade de Metais nos Sedimentos: limitada pelas 
baixas solubilidades dos sulfetos. Porém: quando os sedimentos 
são expostos ao ar, S= oxida-se a SO4
= liberando teores significa-
tivos de metais pesados. 
Deve-se, sobretudo à: SO4
= redução microbiótica S= 
SO4
= + 10 H+ + 8 e-  H2S + 4 H2O 
Fósforo nos Sedimentos: elemento importante na química aquá-
tica pois é um nutriente fundamental e necessário ao crescimen-
to de algas  contribui para a eutrofização 
A troca iônica em sedimentos é importante na 
disponibilidade de fósforo para os vegetais 
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Forma de Fósforo em Sedimentos 
1) Fosfato Mineral: sobretudo, hidroxiapatita (Ca5OH(PO4)3) 
2) Fósforo Orgânico: incorporado à biomassa aquática, em geral, 
a partir de algas ou de origem bacteriana. 
3) Fósforo Ocluído: não é facilmente disponível. 
Ex: ortofosfatos contidos em matrizes de óxi-
dos hidratados amorfos de Fe e Al e aluminosili-
catos amorfos. 
The most reactive chemical element, fluorine, has been 
claimed not to occur in nature. First direct evidence from 
in situ NMR spectroscopy now proves that elemental 
fluorine indeed occurs in nature as an occlusion in 
antozonite (Didier Descouens) 
Flúor ocluído 
4) Fósforo Não Ocluído: em geral, mais solúvel 
e disponível que o ocluído. Tal como os orto-
fosfatos, liga-se à superfície de SiO2 ou CaCO3 
Contêm polifosfatos 
como estabilizantes 
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Polifosfatos: podem ser sorvidos por sedimentos em águas que 
receberam cargas domésticas, in- 
 
 
 
dustriais ou de solos fertilizados. 
 
 
 
26 
Sorção de Matéria Orgânica (MO) nos 
Sedimentos: materiais suspensos 
contendo MO sorvida incorporam-se 
aos sedimentos. 
Captura de MO por Material Suspen-
so e Sedimentar: importante e em 
parte responsável pela presença de 
herbicidas devido à incorporação por 
erosão de solo contaminado. 
 
 
Em certas áreas lavradas 
há acúmulo de pesticidas 
nos sedimentos 
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Ácidos húmicos 
 C187
 H186
 O89
 N9
 S2 
Sedimentos mais Comuns com Habilidades Ligantes 
 
Complexos de Argilas e Substâncias Húmicas 
 Atuam como trocadores ca-
tiônicos: sorvem compostos 
orgânicos catiônicos por 
mecanismos relativamente 
fortes, reduzindo a mobilida-
de e a atividade biológica do 
composto orgânico. 
 
27 
• Argilas 
 
• Substâncias Húmicas 
 
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A maioria dos sedimentospossui sítios aniônicos. Portanto: 
Compostos orgânicos negativamente carregados não são forte-
mente mantidos, ou seja, movem-se na água 
 
Possuem atividade biológica e biodegradabilidade elevadas 
 
 
 
28 
Em geral, o grau de sorção de compostos orgânicos: 
• É inversamente proporcional a solubilidade: os menos solúveis 
são captados mais fortemente por materiais lipofílicos (subs-
tâncias húmicas). 
• Compostos com pressão de vapor relativamente alta: podem 
evaporar e os processos fotoquímicos podem ter papel impor-
tante na degradação. 
 
 
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Sorção por Substâncias Húmicas no Solo 
 
Ácidos húmicos:C187
 H186
 O89
 N9
 S2 
Certos poluentes são covalentemente ligados à material húmico 
 É provável que o mesmo ocorra em sedimentos formados a 
partir de solos 
 
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Supõe-se que a ligação ocorra por ação de 
enzimas sobre organismos: agem como 
oxiredutases catalisando reações redox e 
polimerizando compostos aromáticos. 
Ex.: reação de acoplamento do 2,4-
diclorofenol (poluente) a um anel aro-
mático de uma substância húmica 
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• Hidrólise ácida ou básica 
 
Remoção de Resíduos em Substâncias Húmicas 
 
Muito Difícil 
30 
 
• Bioquimicamente 
 
 
 • Termicamente 
 
Gases em Águas Intersticiais 
Água Intersticial: mantida por sedimentos. 
É reservatório de gases no meio aquático natural. 
Em geral: a concentração de gases na água intersticial difere 
da concentração no restante da água. 
 
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(*) 
31 
* CH4 não pode ser determinado na superfície 
do sedimento, pois no ar o teor é muito baixo e 
é biodegradável em meio anaeróbio. 
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Final do Capítulo