SHAW   Introdução à Química dos Colóides e Superfícies (1975)

SHAW Introdução à Química dos Colóides e Superfícies (1975)


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do recipiente. Uma velocidade de 
sedimentação de até cerca de 1 0 - 8 m sH é geralmente contrabalançada pela 
difusão e convecção, que tendem a manter a mistura dispersa. (Veja Tab. 2.2). 
A agregação das partículas favorece obviamente a sedimentação.
Nos casos em que ocorre sedimentação, o volume de sedimento final depende 
do grau de floculação. Partículas relativamente grandes, não floculadas, podem 
sofrer uma compactação eficiente e dar origem a um sedimento denso, difícil de 
ser disperso novamente; partículas floculadas, por outro lado, se interligam facil­
mente e dão origem a um sedimento pouco denso, que pode ser disperso novamente 
com mais facilidade, (veja Fig. 8.7). Em casos extremos, o volume de sedimentação 
pode ser igual ao volume total, o que nos coloca frente a uma situação paradoxal, 
ou seja, uma pequena quantidade de agentes floculantes provocando formação 
de um sedimento, e uma quantidade grande de agentes floculantes não provocando 
sedimento. Uma agitação moderada geralmente reduz o volume de sedimentação.
Quando as partículas floculam com formação de uma estrutura reticular 
contínua, que se estende por todo o volume disponível e imobiliza o meio de 
dispersão, o sistema semi-sólido resultante é chamado gel. A rigidez de um gel 
depende do número e da força das ligações entre as partículas que formam a 
estrutura contínua.
O volume de sedimentação e a floculação têm importância em muitas situações 
de ordem prática, como mostram os exemplos a seguir.
1. Solos cultiváveis \u2014 É necessário manter os solos cultiváveis num estado razoavel­
mente floculado, para conseguir uma boa aeração e drenagem, e é bastante comum
Figura 8.7. Volumes de sedimentação para (a) partículas defloculadas e (b) partículas 
floculadas
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o tratamento das terras com agentes floculantes, tais como sais de cálcio (cal ou 
gesso) ou polieletrólitos orgânicos (os assim chamados \u201ccondicionadores do solo\u201d). 
Um extremo exemplo de defloculação do solo ocorre quando terras agrícolas 
são inundadas pelo mar. Os íons de cálcio presentes normalmente nas argilas do 
solo são substituídos por íons de sódio provenientes da água do mar. A subseqiiente 
remoção dos íons de sódio pela água da chuva leva a uma defloculação, e o solo 
endurece tornando-se impróprio para o crescimento de plantas. Inversamente a 
infiltração exagerada de água proveniente de reservatórios pode ser reduzida 
por meio de um prévio alagamento com água do mar.
2. A perfuração de poços de petróleo \u2014 Na perfuração de poços de petróleo, usa-se 
uma suspensão de argilas (drillmy mud) tipo bentonita* com a finalidade de a) 
funcionar como refrigerante; b) para remover do orifício em perfuração os detritos, 
e c) para vedar as partes laterais do poço com uma espécie de \u201cfiltro\u201d impermeável. 
As operações de bombeamento e vedação são executadas com maior eficiência 
se essa suspensão de argila estiver defloculada; contudo, um certo grau de rigidez 
da argila torna-se necessário para reduzir a sedimentação das aparas, principal­
mente durante uma interrupção da circulação. Essas condições opostas são em 
parte conciliadas mantendo a suspensão de argila em um estado parcialmente 
floculado, tixotrópico (p. I5l). Se a suspensão se tornar muito rígida, uma deflo­
culação parcial pode ser provocada pela adição de uma pequena quantidade de 
um agente peptizante, como polifosfato. As partículas em forma de placa dc argilas 
como a bentonita apresentam-se muitas vezes com faces de carga negativa e arestas 
de carga positiva quando em contato com o meio aquoso, e floculam rapidamente 
por meio de um mecanismo aresta-face, formando uma estrutura de gel, mesmo 
em concentrações moderadamente baixas de argila12X. A principal função do 
polifosfato é inverter as cargas positivas nas arestas das partículas dc argila. A 
área relativamente pequena ocupada pelas arestas torna esse processo econo­
micamente viável.
3. Tintas \u2014 As partículas existentes em tintas pigmentadas são, com freqtiência, 
suficientemente grandes para se sedimentarem, mesmo quando defloculadas; 
portanto, é desejável que estejam parcialmente floculadas, para facilitar a redis- 
persão.
SISTEMAS CONTENDO MATERIAIS LIOFÍLICOS
Além das atrações de van der Waals e da possibilidade de repulsão de dupla 
camada elétrica, a estabilidade de dispersões contendo substâncias tenso-ativas 
(especialmente polimerizadas) pode ser influenciada consideravelmente por outros 
fatores, como aqueles envolvendo energia de dessorção, efeitos entrópicos e efeitos 
de formação de pontes. Esses efeitos não são facilmente acessíveis a um tratamento 
matemático, nem mesmo são suficientemente bem compreendidos; as teorias 
atualmente existentes a respeito de sistemas coloidais contendo materiais liofílicos 
são ainda bastante qualitativas.
*Bentonita é uma argila coloidal natural, constituída principalmente por Montomo- 
rilonita (silicato de alumínio hidratado, A120 3 -4 S i0 2 \u2022 H20 ) sódica. Adsorve até 12 vezes 
seu volume de água, formando soluções coloidais exlremamente viscosas, ou géis. Ocorre 
no Canadá e no oeste dos Estados Unidos, encontrando aplicações diversas, inclusive em 
farmácia. (N. do T.).
Estabilidade de colóides 141
Solvatação
Soluções macromoleculares são estabilizadas por uma combinação de sol­
vatação e interação das duplas camadas elétricas; ambos os fatores de estabilização 
devem ser suficientemente enfraquecidos antes de ocorrer a precipitação. Por 
exemplo, gelatina apresenta afinidade suficientemente forte com a água para ser 
solúvel (a não ser que a concentração de eletrólito seja muito alta), mesmo no 
seu pH isoelétrico, onde não há interação de duplas camadas. A caseína apresenta 
caráter hidrofílico mais fraco, e precipita de suspensões aquosas quando o pH 
se aproxima do ponto isoelétrico.
Por causa de sua afinidade com a água, colóides hidrofílicos não são afetados 
pela adição de pequenas quantidades de eletrólitos, que provocam a floculação, 
como vimos, de sóis hidrófobos; mas são muitas vezes precipitados (salted out) 
com concentrações elevadas de eletrólitos. Os íons do eletrólito adicionado desidra­
tam o colóide hidrofílico, competindo com ele pela água de hidratação. A eficiência 
do efeito de salificação (salting out) de um eletrólito depende portanto das ten­
dências de hidratação de seus ions. Assim sendo, cátions e ânions podem ser dis­
postos segundo as seguintes séries liotrópicas*, em ordem decrescente de eficiência 
de salificação (salting out),
Mg2+ > Ca2+ > Sr2+ > Ba2,
> Li+ > N a+ > K + > NH4 > Rb+ > Cs' .
6 citrato3" > SO_ > CP > NOJ > I~ > CNS~.
O sulfato de amônio, que apresenta elevada solubilidade, é usado freqüentemente 
para precipitar proteínas em soluções aquosas.
Os colóides liofílicos podem também ser dessolvatados (e precipitados, se 
a interação das duplas camadas elétricas for suficientemente pequena), por meio 
da adição de não-eletrólitos, como acetona, ou álcool adicionados a uma solução 
aquosa de gelatina, e éter de petróleo a uma solução de borracha em benzeno.
Agentes de proteção
A estabilidade de sóis liófobos pode muitas vezes ser aumentada com ajuda 
da adição de substâncias liófilas solúveis, que são adsorvidas sobre a superfície 
das partículas. Esses materiais adsorvidos são chamados de agentes de proteção. 
O mecanismo da proteção é geralmente complexo, envolvendo uma série de fatores.
1. Se o agente de proteção possuir grupos ionizáveis, a repulsão entre duplas 
camadas elétricas das partículas pode sofrer aumento.
2. Camadas adsorvidas de agentes de proteção podem acarretar uma dimi­
nuição considerável da constante efetiva de Hamaker, e enfraquecer assim a atração 
de van der Waals entre as partículas.
3. Por causa da presença de um filme de adsorção em torno das partículas, 
poderá ser necessária uma energia livre de