SHAW   Introdução à Química dos Colóides e Superfícies (1975)

SHAW Introdução à Química dos Colóides e Superfícies (1975)


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físicas do sistema como um todo. Por causa desse fato a química das superfícies 
se relaciona intimamente com a ciência dos colóídes.
Os fenômenos de superfície, ou interfaciais, associados a sistemas coloidais 
(ais como emulsões e espumas são estudados muitas vezes por meio de experiências 
reali/adas cm superfícies planas artificiais especialmente preparadas para isso e 
nao nos próprios sistemas coloidais. Esses métodos levam a uma útil abordagem 
indireta dos vários problemas envolvidos.
Sistemas liófilas c liófobos
Os termos liófilo (atração por líquidos) e liófobo (aversão a líquidos) são 
usados com frequência para indicar a tendência de uma superfície ou de um grupo 
funcional de se umedecer ou solvatar. No caso da água como meio líquido, usam-se 
os lermos hidrófllo e hidrófobo.
É possível transformar superfícies liófilas em liófobas e vice-versa. Por exem­
plo, superfícies limpas de vidro, hidrófilas, podem ser convertidas em superfícies 
hidróÇobas revestindo-as com uma camada de cera. As gotículas de um óleo (hid/p- 
oarbííneto) emulsionadas em água, hidrófobas, tornam-se hidrófilas mediante 
adição à emulsão de uma proteína, que é adsorvida pela superfície das gotículas.
Essa terminologia torna-se bastante útil quando consideramos o fenômeno 
da tensão superficial. As moléculas de substâncias tenso-ativas apresentam uma 
forte afinidade por superfícies de separação (interfaces), pois elas contêm regiões 
hidrófilas e regiões lipófilas (atração por lipídeos, ou óleos).
O uso generalizado dos termos liófilo e liófobo na descrição de sistemas 
coloidais é um tanto ilógico. Liófobo descreve tradicionalmente dispersões líquidas 
de partículas sólidas ou liquidas produzidas por processos mecânicos ou químicos; 
contudo, nestes assim chamados \u201csóis lióíocos\u201d (por exemplo, dispersões de alu- 
iniiia ou sílica em pó em água) observa-se freqüentemente uma elevada afinidade 
entre as partículas e o meio de dispersão, ou, em outras palavras, as partículas 
sao na realidade liófilas. Empregando-se o termo liófobo para significar inexis­
tência de. afinidade entre as partículas e o meio de dispersão (uma situação inexis­
tente), então as partículas nãc .-se umedeceriam e nenhuma dispersão poderia, na
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realidade, ser formada. O termo liófilp é usado tradicionalmente para descrever 
substâncias macromoleçulares solúveis; contudo, é comum a presença de regiões 
liófobas, em proteínas por exemplo, que são parcialmente hidrófobas (o radical 
de hidrocarboneto) e parcialmente hidrófilas (as ligações peptídicas e os grupos 
funcionais amino e carboxila).
CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS
Forma das partículas
A assimetria das partículas é um fator de considerável importância na deter­
minação das propriedades dos sistemas coloidais (especialmente das propriedades 
de natureza mecânica). De uma maneira rudimentar, as partículas coloidais podem 
ser classificadas, de acordo com sua forma ou aspecto, em corpusculares, laminares 
e lineares (veja por exemplo, as micrografias eletrônicas da Fig. 3.6). A forma exata 
das partículas pode ser complexa, mas, numa primeira abordagem, as partículas 
coloidais podem ser freqüentemente tratadas teoricamente à base de modelos 
de formas relativamente simples (veja Fig. 1.1).
O modelo que permite o mais fácil tratamento teórico é a esfera, e muitos 
sistemas coloidais contêm realmente partículas esféricas ou quase esféricas. Emul­
sões, látex (dispersões de substâncias polimerizadas, tais como borracha e plásticos 
em água), aerossóis líquidos, etc. contêm partículas esféricas. Algumas moléculas 
de proteínas são aproximadamente esféricas. As partículas cristalinas em dis­
persões como sóis de ouro são suficientemente simétricas para serem consideradas 
como esferas.
Partículas corpusculares que se afastam da forma esférica podem muitas 
vezes ser tratadas teoricamente como elipsóides de revolução. Muitas proteínas 
se aproximam desse modelo. Um elipsóide de revolução é caracterizado por sua 
razão ou relação axial, que é a relação entre o semi-eixo a e o eixo de revolução
b. Essa relação axial é maior do que a unidade no caso de um elipsóide alongado 
nos pólos (forma de uma bola de rugby), e menor que a unidade no caso de um 
elipsóide achatado nos pólos (forma de disco).
Suspensões de óxido férrico e de argila constituem exemplos de sistemas 
contendo partículas em forma de placas.
Elipsóides 
de revolução
C
Bastão Disco Espiral ao acaso
Figura 1.1. Modelos representativos de alguma? partículas não-esféricas
' » iv.l.nln cnloida! 5
Substâncias altamente polimerizadas se apresentam usualmente sob a forma 
do longos filamentos com ou sem ramificações. Como conseqüência de atrações 
rniic as cadeias, de ligações entre as cadeias (por covalência, por pontes de hidro­
gênio ou por forças de van der Waals) e emaranhamento das cadeias do polímero, 
esses materiais exibem com freqüência uma considerável resistência mecânica 
e durabilidade. Isso não seria possível no caso de partículas corpusculares ou 
laminares.
Na natureza, substâncias polimerizadas em longos filamentos exercem uma 
importante função estrutural. As plantas são constituídas principalmente por 
libras de celulose, os organismos animais são constituídos essencialmente por 
polímeros protéicos lineares, tais como o colagênio na pele, tendões e ossos, miosina. 
nos músculos e queratina nas unhas e cabelos. As cadeias polipeptídicas espira- 
ladas das assim chamadas proteínas globulares que circulam nos fluidos do orga­
nismo são \u201cenroladas\u201d e \u201cdobradas\u201d para formarem partículas'corpusculares.
Quando as partículas se agregam entre si, podem surgir formas das mais 
diversas. Estas não correspondem necessariamente às formas das partículas pri­
márias.
ikxibilidade
Filamentos ou cadeias de moléculas altamente polimerizadas mostram uma 
considerável flexibilidade, devida à rotação em torno das ligações carbono-carbono 
o outras. Em solução, a forma destas moléculas se altera continuamente, sob a 
influência do movimento térmico, de modo que um modelo rígido se torna ina­
dequado para este caso. Um tratamento teórico mais adequado consistiría em 
considerar as moléculas de polímero como espiraladas, ao acaso. Mas esse modelo 
também não é completamente satisfatório. A rotação em torno das ligações não 
permite uma flexibilidade completa, e efeitos estéricos também impedem uma 
configuração realmente ao acaso, de modo que as moléculas de polímeros lineares 
dissolvidos se mostrarão mais esticadas ou alongadas que espirais, ao acaso. As 
intensidades relativas de forças polímero-polímero e polímero-solvente também 
devem ser levadas em conta. Se os segmentos da cadeia polímera tendem a 
\u201cencaixar\u201d uns nos outros, resultará uma espiral mais compacta, ou possivelmente 
precipitação; por outro lado, teremos uma espiral mais solta se os segmentos 
do polímero tendem a se evitar mutuamente em conseqüência de forte solvatação 
e/ou repulsão elétrica.
Solvatação
As partículas coloidais são usualmente solvatadas, freqiientemente com uma 
camada molecular, e esse solvente firmemente ligado à partícula deve ser con­
siderado parte integrante dela.
Às vezes quantidades maiores de solvente podem ser imobilizadas por retenção 
mecânica dentro de agregados de partículas. Isso ocorre quando se formam pre­
cipitados volumosos e floculentos de hidróxidos. Em soluções de longas moléculas 
lilamcntares, as cadeias de polímero podem interligar-se, por processos físicos 
imi químicos, e/ou emaranhar-se mecanicamente a tal ponto que se forma uma 
estrutura reticular tridimensional contínua. Se todo o solvente for retido meca­
nicamente e imobilizado dentro deste retículo, o sistema como um todo adquire 
n aspecto de um sólido, e é chamado de gel.
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Polidispersão