Relatório Estabilidade de uma Solução Coloidal (1)

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO 
CENTRO DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS 
INSTITUTO DE QUÍMICA 
DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pós Lab 2 – Estabilidade de uma 
solução coloidal 
 
 
 
Mel Paiva Mourão (202010403811) 
Matheus Nascimento da Costa Rangel (202210199711) 
Miguel Marcelino Perez (202220391011) 
 
 
 
Orientadoras: Gisele de Freitas Westphalen 
Liliane Maria Magalhães de Souza 
 
 
Turma 1 – Grupo 3 
 
 
 
Rio de Janeiro 
04 / 10 / 2024 
 
1. Características e Estabilidade das soluções coloidais. 
 
Em primeiro lugar, as soluções coloidais (também chamadas de dispersões coloidais) são 
misturas visualmente homogêneas, mas microscopicamente heterogêneas, onde uma fase 
dispersa é distribuída em uma fase contínua. Entre as suas principais características, 
salienta-se o tamanho dessas partículas, a sua estabilidade, o fenômeno conhecido como 
Efeito Tyndall, entre outros aspectos. 
 
Analisando sistematicamente cada uma das características desse tipo de solução, temos: 
 
• O tamanho de suas partículas: As soluções coloidais são formadas majoritariamente 
por partículas de tamanho intermediário entre as soluções verdadeiras e as suspensões. 
Dessa forma, o tamanho dessas partículas varia entre 1 nanômetro a 1 micrômetro. 
Assim, devido a essa característica peculiar, os coloides possuem a capacidade de 
desviar a luz. Entretanto, ainda assim são pequenos demais para sofrerem a ação de 
sedimentação causada pela gravidade. 
• Estabilidade: As soluções coloidais não se sedimentam com facilidade, pois são 
consideradas relativamente estáveis (caso não haja perturbação do meio). Assim, 
podem permanecer dispersas por longos períodos. 
• Efeito Tyndall: Esse fenômeno acontece quando a luz é dispersada por partículas 
coloidais presentes em líquidos, gases ou sólidos. Dessa forma, o caminho da luz se 
torna facilmente visível. Essa é considerada uma das principais características das 
soluções coloidais. 
• Movimento Browniano: Embora não seja exclusivo das soluções coloidais, esse 
movimento também é visto aqui. As partículas em questão podem se movimentar de 
maneira aleatória devido as colisões com as moléculas do meio dispersante. Esse 
fenômeno é responsável, também, por dificultar a precipitação dessas partículas. 
• Caráter Heterogêneo: Como explicitado no início, as soluções coloidais, embora 
possam parecer homogêneas a olho nu, são caracterizadas como heterogêneas. Dessa 
forma, há a presença de duas ou mais fases em contato. 
 
Além das características citadas acima, existem outras, tais como a carga dessas 
partículas, a dificuldade destas em passarem por filtros comuns, entre outras. 
 
Em segundo lugar, as soluções coloidais podem ser formadas por diversos tipos de 
processos, a depender das características dos materiais envolvidos. Dentre estes métodos, 
pode-se citar os de dispersão e de condensação, além da peptização e emulsificação. 
Por último, a fim de diferenciarmos as soluções coloidais das soluções reais, é muito 
importante entender que estas são soluções verdadeiramente homogêneas, com partículas 
menores que 1 nanômetro. Além do tamanho, a diferença de visibilidade é facilmente 
notada, com as soluções coloidais dispersando a luz (o já citado efeito Tyndall). Também 
podemos citar questões de sedimentação (já que as soluções reais nunca se sedimentam), 
de estabilidade (já que as soluções coloidais podem ser desestabilizadas por agitação 
mecânica, adição de eletrólitos, enquanto as soluções reais não se aglomeram ou 
sedimentam), de filtragem (pois as suspensões coloidais não podem ser separadas por 
filtros comuns devido ao tamanho de suas partículas, diferentemente das soluções reais), 
entre outras. 
Ainda, a estabilidade das soluções coloidais pode ser explicada pela clássica Teoria 
DLVO, que possui tal denominação em referência aos dois cientistas que, de maneira 
independente, a desenvolveram: Derjaguin-Landau e Verwey-Overbeek. 
Essa teoria representa um importante marco para modelar interações em suspensões 
coloidais aquosas e suas respectivas taxas de agregação. Dessa forma, ela assume que as 
forças de interação podem ser bem aproximadas por uma superposição de forças de van 
der Waals e forças de dupla camada. Assim, em um sistema simétrico ou no caso de 
homoagregação, as forças de van der Waals são atrativas e as forças de dupla camada são 
repulsivas. Quando se trata de sistemas assimétricos e heteroagregação, isso tudo pode 
mudar. Embora as forças de van der Waals sejam normalmente atrativas, as forças de 
dupla camada pode ser atrativas, repulsivas ou ambas. Além disso, os efeitos de regulação 
de carga podem se tornar importantes. Dessa forma, essa teoria DLVO é capaz de 
descrever relativamente a questão da estabilidade dos colóides no experimento. 
 
2. Forças e Teoria DLVO 
 
A estabilidade de um colóide liófobo é uma consequência da dupla camada eletrica na 
superfície das partículas coloidais. Por exemplo, se duas partículas de um material 
insolúvel não possuem uma dupla camada, elas podem-se aproximar o suficiente para que 
a força atrativa de Van de Walls possa fazê-las ficar juntas. Em contraste a este 
comportamento suponha que as partículas tenham uma dupla camada, conforme a Figura 
1 demonstra abaixo: 
 
 
Figura 1: Diagrama que mostra a estabilização de colóides hidrofóbico. Ocorre a absorção de 
íons negativos na superfície, e a repulsão entre as cargas de mesmo sinal impede o agrupamento das 
párticulas. 
 
Uma teoria muito importante para compreender as forças existente na solução coloidal de 
enxofre e no diagrama demonstrado na Figura 2, é a teoria DLVO, que consiste em 
descrever as interações entre partículas suspensas em um meio, levando em conta dois 
tipos principais de forças: 
Forças atrativas de van der Waals: Essas forças são sempre atrativas e resultam da 
interação entre dipolos instantâneos nas moléculas. Elas tendem a aproximar as partículas 
entre si. 
Forças repulsivas eletrostáticas: Ocorrem devido à presença de cargas elétricas nas 
superfícies das partículas. Em um meio aquoso, essas partículas geralmente adquirem 
cargas elétricas, formando uma camada de íons ao seu redor. A repulsão eletrostática entre 
essas camadas evita que as partículas se agreguem. 
A estabilidade do coloide depende do balanço entre essas duas forças. A teoria DLVO 
sugere que, quando a repulsão eletrostática é maior que a atração de van der Waals, as 
partículas permanecem estáveis e dispersas no meio. Por outro lado, se as forças de van 
der Waals predominam, as partículas podem se agregar e o coloide pode se desestabilizar. 
Além dessa teoria prever o comportamento de suspensões coloidais em diferentes 
condições, como variações no pH, força iônica ou adição de surfactantes. 
Pode-se observar o diagrama de força abaixo: 
 
 
Figura 2: Diagrama das forças existentes na solução coloidal de enxofre 
 
O sistema é dito instável: assim que as partículas se aproximam suficientemente elas se 
agregam. Normalmente, a agregação é irreversível. A profundidade do mínimo primário 
é determinada pela intensidade e alcance da repulsão de Born (ou "hard core repulsion'') 
que as partículas experimentam quando suas nuvens eletrônicas virtualmente se tocam. 
Na prática, essa distância é difícil de ser definida, sendo comum negligenciar essa 
repulsão nos cálculos da energia de interação entre partículas Figura 1, a repulsão de Born 
está representada por linha tracejada. 
 
 3. Preparo e Sistema de refluxo 
 
Em primeiro lugar, o uso da acetona no preparo da solução coloidal de enxofre é 
fundamental para a solubilidade. Dessa forma, ela, por ser um solvente orgânico, ajuda a 
dissolver compostos orgânicos. Assim, o enxofre é disposto de forma homogênea no meio 
em questão. 
Além disso, a presença da acetona diminui a tensão superficial da solução, facilitando 
sobremaneiraa formação de partículas coloidais e a estabilização da solução 
propriamente dita. 
 
Em segundo lugar, o sistema de refluxo é muito importante para a regulagem da 
temperatura no processo, evitando a vaporização excessiva do alcool no experimento. 
Esse controle garante uma melhor eficiência no controle do coloide, garantindo que ele 
não se desestabilize repentinamente. 
Outrossim, o uso desse sistema permite que o tempo de residência das reações seja 
completado efetivamente. Assim, impede que forças externas atrapalhem o andamento do 
processo. 
Há tambem outras funções marcantes para justificar o uso do sistema de refluxo no 
experimento, tal como o impedimento da entrada de contaminantes, visto que esse sistema 
tende a isolar de forma melhor a área de interesse. 
 
4. Observações realizadas após 72h 
Primeiramente, é importante ressaltar que apesar do roteiro da prática indicar o tempo de 
repouso de 24 horas, não foi possível a realização desse tempo devido ao fato do 
experimento ter sido feito em uma sexta-feira (04/10/2024) e não haver a possibilidade 
de ir até o local indicado durante o final de semana. Logo, o repouso durou cerca de 72h 
sendo a coleta de dados realizada na segunda-feira (07/10/2024) as 14:00 horas. Devido 
a este acontecimento, alguns resultados podem ter sido minimamente alterados já que 
houve um maior tempo para os coloides se desestabilizarem ou não. Contudo, de uma 
forma geral o experimento não foi afetado de forma drástica e pode-se concluir que os 
resultados foram válidos. 
A ordem de estabilidade entre os tubos (do maior para o menor) foi: 3, 7, 6, 5, 4, 2. Como 
podemos ver na figura abaixo, o tubo 3 foi o único que não teve alteração após o repouso, 
mantendo seu caráter homogênea a olho nu, logo é o mais estável. Em seguida, pode-se 
notar que todos os outros sofreram de certa instabilidade, principalmente nos tubos 2 e 4, 
onde foi enxergar bem ao fundo dos tubos o precipitado, ou seja, foram os que mais 
apresentaram a característica de formação de aglomerados de partículas em duas fases. 
Os tubos 5,6 e 7 apresentaram certa instabilidade, mostrando a tendência a formar mais 
de uma fase de forma bem sutil e apresentando uma aparência turva e esbranquiçada. O 
tudo 1 foi usado como o teste em branco. 
 
Figura 1: Tubos da solução coloidal após 72 horas, sendo respectivamente da esquerda para a direita 
identificados por, 1,2,3,4,5,6 e 7. 
 
5. Explique a ordem de estabilidade dos tubos 
Se analisarmos a tabela abaixo, envolvendo as soluções utilizadas em cada tudo, é 
possível fazer uma correlação com os resultados de estabilidade. 
 
Tabela :Dados da quantidade de cada solução utilizada em cada tubo. 
Como a quantidade adicionada da solução coloidal se mantem constante é possível 
concluir que ela não teve relação direta quanto aos resultados. Portanto, o que deve ser 
analisado são as soluções de amido e de NaCl. Essas foram adicionados para que possa 
ser testado a estabilidade do coloide quando em contato com um composto iônico (NaCl) 
e com uma molécula extensa de características tais quais a do amido. 
 Dos tubos analisados, apenas no tubo 3 não foram adicionados NaCl (excluindo o 
tubo 1 pois este é o ensaio em branco), logo pode-se concluir que o NaCl tem um 
importante papel desestabilizar a solução. Isso acontece devido a sensibilidade dos sóis 
liofóbicos (fase dispersa com baixa solubilidade com a fase dispersante) a se precipitarem 
com uma baixa concentração de sal, já que, com a adição de sal, seus íons passam a ser 
solvatados pela água e a competir com o enxofre por essas moléculas, o qual é 
dessolvatado mais facilmente por causa da fraca interação dele com a fase dispersante. 
 O fenômeno descrito acima é chamado de efeito salting out, visto que, ad adição 
de sais aumenta a força iônica da solução, o que diminui a solubilidade das partículas de 
enxofre que são atraídas pelas forças de van der Waals e se precipitam. 
 Agora, partindo da análise do amido, pode-se notar que ele tem uma influência de 
estabilizante do coloide. As soluções com maiores concentrações de amido obtiveram 
uma menor instabilidade. Na contramão, o tubo 2, o único no qual não foi adicionado o 
amido, apresentou a maior instabilidade dentre todos. Isso se deve ao efeito protetor que 
as cadeias de polímeros possuem. Normalmente a adição de polímeros é importante em 
sóis liofóbicos para que se possa estabilizar o coloide, ao ser adsorvido pelo enxofre o 
amido gera uma camada que dificulta a interação entre as moléculas de enxofre 
diminuindo as forças de atração e assim aumentando a estabilidade. 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] INSTITUTO DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA DA UERJ. 
Prática de Físico-Química Experimental II. Rio de Janeiro: [s.n.], 2022. 
[2] CASTELLAN, G. Fundamentos de Físico-Química. 2a. ed. Rio de Janeiro: LTC, 
1986. 
[3] SHAW, D. J. Introduction to Colloid & Surface Chemistry. 4a. ed. Burlington (MA): 
Butterworth-Heinemann, 1992. 
[4] JUNIOR, M. J.; VARANDA, L. C. O Mundo dos Colóides. Química Nova Escola, 
maio 1999. 9-13. 
[5] Wang, Y., & Hu, J. (2013). Synthesis of colloidal sulfur nanoparticles with a 
controllable size using acetone as a solvent. Colloids and Surfaces A: Physicochemical 
and Engineering Aspects. 
[6] Bahl, A., et al. (2016). Reflux apparatus for synthesis of colloidal nanoparticles: 
Design, working and applications. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 
[7] LINS, Fernando Antonio Freitas; ADAMIAN, Rupen. Minerais coloidais, teoria 
DLVO estendida e forças estruturais. 2000.