6. Reologia de Dispersões_Suspensões A

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Instituto de Egenharia Mecânica - IEMInstituto de Egenharia Mecânica - IEM
Graduação em Engenharia de Materiais - EMTGraduação em Engenharia de Materiais - EMT
EMT 028 - REOLOGIAEMT 028 - REOLOGIA 
6. Reologia de Dispersões6. Reologia de Dispersões
Prof. Gerson Avelino FernandesProf. Gerson Avelino Fernandes
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ - UNIFEIUNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ - UNIFEI
• Conceitos básicos 
• Dispersões coloidais
• Suspensões
SUMÁRIOSUMÁRIO
6.1 CONCEITOS6.1 CONCEITOS
O que é uma dispersão do ponto de vista 
químico?
Mistura de duas ou mais substâncias, onde as partículas da 
fase dispersa se encontram distribuídas na fase 
dispergente.
fase dispersa
dispersante, dispergente ou fase de 
dispersão
disperso
dispergente
6.1 CONCEITOS6.1 CONCEITOS
São classificados conforme o tamanho das partículas 
no disperso em: solução, coloide e suspensão
6.1 CONCEITOS6.1 CONCEITOS
Principais características:
Soluções Coloides Suspensões
Partículas 
dispersas
Átomos, íons ou 
moléculas
Aglomerados de 
átomos, íons ou 
moléculas, ou 
macromoléculas 
ou macroíons
Grandes 
aglomerados de 
átomos, íons ou 
moléculas
Visibilidade das 
partículas
Invisíveis Visíveis ao 
ultramicroscópio
Visíveis ao 
microscópio 
comum
Sedimentação 
das partículas
Não se 
sedimentam
Sedimentam-se 
nas 
ultracentrífugas
Sedimentam-se 
nas centrífugas 
comuns
Separação por 
filtração
Impossível Com ultrafiltros Com filtros 
comuns
6.1 CONCEITOS6.1 CONCEITOS
Aerosol e AerogelAerosol e Aerogel
Suspensão, Suspensão, 
Emulsão e Gel Emulsão e Gel 
Emulsão e PastaEmulsão e Pasta
6.1 CONCEITOS6.1 CONCEITOS
Exemplos:
• Soluções: açúcar dissolvido em água, sal de cozinha 
dissolvido em água, liga metálica de cobre e níquel, ar 
atmosférico.
• Coloides: gelatina na água, argilas, fumaças, 
espumas, fluidos de células vivas, maionese, chantili, 
leite, tintas, marshmallow, manteiga, vidro vermelho, 
neblina.
• Suspensões: terra em água, areia em água.
6.1 CONCEITOS6.1 CONCEITOS
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
SUSPENSÃOSUSPENSÃO
Apresenta uma microestrutura composta por 
partículas sólidas incluídas em um meio líquido
REOLOGIAREOLOGIA
O comportamento reológico de uma suspensão 
se apresenta dentro dos limites entre um sólido e 
um líquido.
As propriedades reológicas de uma suspensão são 
influenciadas, de maneira marcantes, pelas características 
físico-químicas da fase sólida presente.
1 – Concentração volumétrica de sólidos1 – Concentração volumétrica de sólidos
2 – Distribuição de tamanho de partículas2 – Distribuição de tamanho de partículas
3 – Interações 3 – Interações (atração e repulsão)(atração e repulsão) entre as partículas dispersas entre as partículas dispersas
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
As características de fluxo de uma suspensão são definidas em As características de fluxo de uma suspensão são definidas em 
função da relação entre o movimento de translação/rotação função da relação entre o movimento de translação/rotação 
das partículas sólidas no interior do líquido e as interações das partículas sólidas no interior do líquido e as interações 
interpartícula.interpartícula.
O movimento das O movimento das 
partículas durante o partículas durante o 
fluxo é dependente fluxo é dependente 
da da “concentração”“concentração” da da 
suspensãosuspensão
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
Fullman (1953), Modelo quantitativo microestruturalFullman (1953), Modelo quantitativo microestrutural
O livre caminho médio (O livre caminho médio () é um ) é um 
bom indicador para definir-se a bom indicador para definir-se a 
“concentração” de uma “concentração” de uma 
suspensãosuspensão
 
 = (2/3).d= (2/3).d .( 1-.( 1- )/ )/ 
 = Livre caminho médio= Livre caminho médio
dd= Diâmetro médio= Diâmetro médio
 = Fração volumétrica= Fração volumétrica
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
SUSPENSÕES DILUÍDASSUSPENSÕES DILUÍDAS
Ocorre quando Ocorre quando  é “pequeno” (< 0,05) e/ou d é “pequeno” (< 0,05) e/ou d é “grande” é “grande”
 é grandeé grande
 >> d>> d
Probabilidade de contatos Probabilidade de contatos 
entre partículas é pequenaentre partículas é pequena
Teoria das Teoria das 
colisões entre colisões entre 
2 corpos2 corpos
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
Suspensões diluídasSuspensões diluídas
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
SUSPENSÕES “MODERADAMENTE” CONCENTRADASSUSPENSÕES “MODERADAMENTE” CONCENTRADAS
Ocorre para Ocorre para  “intermediário” (> 0,05 ) e/ou d “intermediário” (> 0,05 ) e/ou d é “pequeno” é “pequeno”
Suspensões onde não há interações interpartículas já apresenta Suspensões onde não há interações interpartículas já apresenta 
comportamento viscoelasticocomportamento viscoelastico
 é pequenoé pequeno
 > d> d
Probabilidade de contatos Probabilidade de contatos 
entre partículas é grandeentre partículas é grande
Colisões entre Colisões entre 
diversos diversos 
corposcorpos
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
Suspensões Moderadamente ConcentradasSuspensões Moderadamente Concentradas
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
SUSPENSÕES CONCENTRADASSUSPENSÕES CONCENTRADAS
Ocorre quando Ocorre quando  é elevado (> 0,3) e/ou d é elevado (> 0,3) e/ou d é “muito pequeno” é “muito pequeno”
Forças de interação interpartícula começam a atuar (dForças de interação interpartícula começam a atuar (d≤ 1≤ 1m)m)
 é pequenoé pequeno
 ≤ ≤ dd
Probabilidade de contatos Probabilidade de contatos 
entre partículas é ~ 100%entre partículas é ~ 100%
Colisões entre Colisões entre 
diversos diversos 
corposcorpos
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
Suspensões ConcentradasSuspensões Concentradas
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
Suspensões ConcentradasSuspensões Concentradas
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
Suspensões ConcentradasSuspensões Concentradas
~0,65~0,65
6.2 SUSPENSÕES6.2 SUSPENSÕES
6.3 COLÓIDES OU 6.3 COLÓIDES OU 
DISPERSÕES COLOIDAISDISPERSÕES COLOIDAIS
Reologia de Suspensões ColoidaisReologia de Suspensões Coloidais
 - Os sistemas coloidais envolvem uma classe específica de 
dispersões onde o diâmetro das “partículas” dispersas exercem 
papel determinante sobre as propriedades dessa dispersão.
 - As dispersões coloidais são obtidas quando o tamanho das 
partículas dispersas estão dentro do intervalo entre 1 1 m e 1 m e 1 
nmnm.
 
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
ClassificaçãoClassificação
De acordo com a natureza das partículas do disperso:
Coloide micelar: as partículas do disperso (aqui chamadas de micelas ou 
tagmas) são agregados de átomos, moléculas ou íons.
Exemplos: Enxofre coloidal (S8)n na água; ouro coloidal (Au)n na água, 
polimerizações em emusão
Coloide molecular: as partículas do disperso são macromoléculas 
(moléculas gigantes).
Exemplos: amido (C6H10 O5)n na água.
Coloide ionico: suas partículas são íons "gigantes" (macro íons), ou 
melhor, macromoléculas com cargas elétricas em um ou mais 
locais.
Exemplos: proteínas na água.
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
Exemplos: Exemplos: gelatina, leite, sorvete, sangue, etc.gelatina, leite, sorvete, sangue, etc.
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
Fase
 dispersa
Dispersante Nome técnico Exemplos
sólido gás aerossol fumaça
líquido gás aerossol spray de cabelo, 
névoa
sólido líquido sol ou gel tintas
líquido líquido emulsão leite, maionese
gás líquido espuma espuma extintora de 
incêndio
sólido sólido dispersão sólida ou 
sol sólido
vidro rubi, algumas 
ligas
gás sólido espuma sólida espuma isolante
Tipos de Coloides
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
Classificaçãodos colóides:Classificação dos colóides:
 Emulsão é a mistura entre dois líquidos imiscíveis em que um imiscíveis em que um 
deles (a fase dispersa) encontra-se na forma de finos glóbulos deles (a fase dispersa) encontra-se na forma de finos glóbulos 
no seio do outro líquido (a fase contínua), formando uma no seio do outro líquido (a fase contínua), formando uma 
mistura estável. mistura estável. 
Exemplos de emulsões: incluem manteiga e margarina, Exemplos de emulsões: incluem manteiga e margarina, 
maionese, café expresso e alguns cosméticos.maionese, café expresso e alguns cosméticos.
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
EMULSIONANTES: substâncias que têm em suas moléculas grupos 
lipofílicos e hidrofílicos (agentes tensoativos) que permite melhor 
homogeneização do sistema.
A escolha de um emulsionante, ou de misturas para obter uma 
dispersão estável, baseia-se na relação que existe entre seus grupos 
hidrofílicos e lipofílicos. Quando essa relação é expressa pela razão 
entre as % em peso de cada grupo na molécula, o valor é denominado 
“BHL” (balanço hidrofílico-lipofílico)
Conforme o valor de BHL o emulsionante será lipofílico ou 
hidrofílico e será usado em emulsões do tipo água/óleo ou óleo/água.
Valor do BHL
Caráter do 
emulsionante
Usado em 
emulsão
Menos que 9 Lipofílico, pouco 
solúvel em água
Água/óleo
Entre 9 e 11 Intermediário
Acima de 11 Hidrofílico, muito 
solúvel em água
Óleo/água
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
Classificação dos colóides:Classificação dos colóides:
Aerossol solido: é a dispersão coloidal na qual o dispersante é 
gasoso e o disperso é sólido, por exemplo a fumaça .
Aerossol liquido: é a dispersão coloidal na qual o dispersante é o 
gasoso e o disperso é o líquido, por exemplo a neblina
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
Classificação dos colóides:Classificação dos colóides:
Sol: é uma dispersão coloidal na qual o dispersante é o líquido e o 
disperso é o sólido, por exemplo um pouco de maizena com água, sangue, 
pó de gelatina dissolvido em água.
Sol solido: é a dispersão coloidal na qual o dispersante é 
sólido e o disperso é sólido, por exemplo o rubi e safira
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
Classificação dos colóides:Classificação dos colóides:
Espuma solida: é a dispersão coloidal na qual o dispersante é o sólido e o 
disperso é gasoso, como por exemplo pedra –pomes, EPS
Espuma liquida: é a dispersão coloidal na qual o dispersante é o líquido e o 
disperso é gasoso, como por exemplo espuma de sabão e creme chantilly.
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
HidrofóbicosHidrofóbicos
Sistemas CerâmicosSistemas Cerâmicos
Propriedades do sistema são Propriedades do sistema são 
governadas por eventos que governadas por eventos que 
ocorrem na interface, ou seja, ocorrem na interface, ou seja, 
por propriedades de superfície.por propriedades de superfície.
Interface Interface 
Sólido-LíquidoSólido-Líquido
Sólido InsolúvelSólido Insolúvel
Pó 1Pó 1m a 1 nmm a 1 nm
mm22/g/g
Sistema coloidal hidrofóbico Sistema coloidal hidrofóbico 
não possui estabilidadenão possui estabilidade
TermodinâmicaTermodinâmica
Coalescência/floculação Coalescência/floculação 
e/ou precipitaçãoe/ou precipitação
Separação de fases Separação de fases 
tende a ser espontâneatende a ser espontânea
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
Partículas pequenasPartículas pequenas
CinéticaCinética
Pequena velocidade de Pequena velocidade de 
sedimentaçãosedimentação
Lei de StokesLei de Stokes
Suspensões Suspensões 
ConcentradasConcentradas
Suspensões Suspensões 
DiluídasDiluídas
CoalescênciaCoalescência
FloculaçãoFloculação
GelificaçãoGelificação
Estrutura 3DEstrutura 3D
6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS6.3 DISPERSÕES COLOIDAIS
Efeito Tyndall
• Desvio da luz por partículas coloidais.
Efeito Tyndall
Este efeito recebeu esse nome, em homenagem ao brilhante físico inglês, John Tyndall (1820 – 
1893), que demonstrou por que o céu é azul, e estudou de forma muito completa os fenômenos 
de espalhamento da luz por partículas e poeira. Esse efeito também foi observado por Tyndall 
quando um pincel de luz atravessava alguns sistemas coloidais. 
Esse espalhamento da luz é seletivo, isto é, depende das dimensões das partículas dispersas e 
do comprimento de onda da radiação. Dessa forma, é possível que uma determinada cor de luz 
se manifeste de maneira mais acentuada do que outras.
O efeito Tyndall é, na verdade, um efeito óptico de espalhamento ou dispersão da luz, provocado 
pelas partículas de uma dispersão do tipo aerossol. 
O efeito Tyndall é o que torna possível, por exemplo, observar as partículas de poeira suspensas 
no ar através de uma réstia de luz, ou, ainda, observar as gotículas de água que formam a neblina 
através do farol do carro.
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