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Propriedades de Colóides

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Propriedades	
  de	
  colóides	
  
Colóides	
  propriamente	
  ditos:	
  polímeros,	
  proteínas	
  etc.	
  
	
  
Colóides	
  por	
  associação:	
  lipossomas,	
  micelas,	
  emulsões	
  
	
  etc.	
  
Propriedades	
  de	
  colóides	
  
a)	
  Tamanho	
  das	
  par=culas:	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
b)	
  Movimento	
  Browniano:	
  
	
  
c)	
  Efeito	
  Tyndall:	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
d)	
  Adsorção	
  superficial	
  
	
  
e)	
  Propriedades	
  eletrocinéIcas	
  
Propriedades	
  de	
  colóides	
  
Hidrofílico: Uma superfície/líquido que tem afinidade por água. 
Hidrofóbico: Uma superfície/líquido que tem baixa afinidade por água. 
Lipofílico: Uma superfície/líquido que tem afinidade por óleo. 
Lipofóbico: Uma superfície/líquido que tem baixa afinidade por óleo. 
Hidro=água 
Lipo=óleo 
fílico 
fóbico 
fílico= 
fóbico= 
+ 
+ 
Hidro&lico	
  
Hidrofóbico	
  
Lipo&lico	
  
Lipofóbico	
  
Lio=Dissolve 
fílico 
fóbico 
+ 
Lio&lico	
  
Liofóbico	
  
TensoaIvos	
  ou	
  surfactantes	
  
 
•  Tensoativos são moléculas que preferencialmente 
adsorvem em uma interface, isto é, sólido/líquido, líquido 
gás ou líquido/líquido. 
•  Alteram significativamente a energia livre interfacial: 
trabalho necessário para criar ou aumentar uma interface/
unidade de área. 
•  Energia livre de superfície é minimizada pela redução da 
área interfacial. 
Introdução 
 
 
 
 
 
 
• Cauda ou grupo hidrofóbico: Usualmente cadeias de 
hidrocarbonetos. Podem ser lineares ou ramificadas. 
•  Cabeça ou grupo hidrofílico: Pode ser neutro ou carregado 
Tail 
head 
Estrutura: Anfipática 
Cauda	
  
Cabeça	
  
Classes: Aniônicos 
• Ácidos carboxílicos: ácidos graxos 
• Ácidos sulfônicos 
• Aminas 
• Quaternários de amônio 
• Polietilados 
• Polipropilados 
• Betainas 
• Alquilamidas 
R C O- M+
O
R S O- M+
O
O
Classes: Catiônicos 
N+ R' M-
H
R
R"
R NH2
Classes: Não iônicos 
OHROR'''' n
CH2OR'''' CH OH
n
CH3
Classes: Anfotéricos 
R N+
R'
R'
R" C
O
O-M+X-
R C
O
H
N R'
R"
R" C
C O- M+
O- M+
O
O
•  Griffin (1949): O HLB de um tensoativo reflete o seu 
particionamento entre o meio polar/água e não polar/óleo. 
•  O número HLB de 0 a 40 é determinado semi-empiricamente. 
Surfactante hidrofílico, HLB → 40 
Surfactante lipofílico, HLB → 1 
 
•  HLB depende das características de polaridade e apolaridade 
dos grupos da cauda e da cabeça. 
Balanço	
  Hidro,lico-­‐Lipo,lico	
  (HLB)	
  
HLB: Efeito da estrutura e Usos 
 
 
Tensoativo 
 
 
HLB 
 
Lauril sulfato de sódio, C12H25SO4-Na+ 
Oleato de potássio, C17H35COO-K+ 
Oleato de sódio, C17H35COO-Na+ 
Ácido oléico, C17H35COOH 
n-butanol, C4H9OH 
Álcool cetílico, C16H33OH 
 
40 
20 
18 
1 
7 
1 
 
 
 
HLB 
 
 
USOS 
 
4-6 
7-9 
8-18 
13-15 
15-18 
 
Emulsão água em óleo 
Agentes molhantes 
Emulsão oleo em água 
Detergentes 
Solubilizantes 
 
MICELAS: CMC 
 
CMC: CONCENTRAÇÃO MICELAR 
CRÍTICA 
MICELAS: CARACTERÍSTICAS 
DA CMC 
(1)  Para uma mesma cabeça do tensoativo, o CMC diminui com o 
aumento da cauda. 
 
(2) O CMC de tensoativos neutros é menor que dos iônicos. 
 
(2) O CMC de tensoativos iônicos diminui com adição de sal. 
 
(3) Para tensoativos não-iônicos o aumento do número de grupos 
de oxido de etileno aumenta o CMC. 
 
(4) Misturas de tensoativos catiônicos e aniônicos diminuem o 
CMC. 
MICELAS 
 
•  ΔGo pode ser diminuido pela agregação em micelas, com 
grupos hidrofílicos na superfície e hidrofóbicos no interior da 
micela. 
•  A diminuição do ΔGo pode ser oposta por: 
 - Redução da entropia do tensoativo; 
 - Repulsão eletrostática das cabeças dos tensoativos iônicos 
 
Obs: a micela é um balanço entre várias propriedades 
termodinâmicas. 
MICELAS: Cabeça e cauda 
 
Tensoativos com cadeias alquílicas lineares tem a CMC 
relacionada ao número de carbono da cauda: 
log10CMC = b0 - b1mc 
 Onde: mc é o número de carbonos na cadeia 
b0 e b1 são constantes 
(Hunter,	
  Founda'ons	
  of	
  Colloid	
  Science,	
  p.	
  569,	
  1993,	
  Fig	
  10.2.1)	
  
(Hunter,	
  Founda'ons	
  of	
  Colloid	
  Science,	
  p.	
  569,	
  1993,	
  Fig	
  10.2.1)	
  
 
 
Surfactantes 
 
 
Temp (°C) 
 
b0 
 
b1 
 
Na carboxilatos 
K carboxilatos 
alquisulfonatos 
alquilsulfatos 
cloreto de alquilamônio 
 
20 
25 
40 
45 
25 
 
2.41 
1.92 
1.59 
1.42 
1.25 
 
0.341 
0.290 
0.294 
0.295 
0.265 
 
Obs: Ramificações ou insaturações aumentam a CMC 
MICELAS: Cabeça e cauda 
MICELAS: Temperatura 
•  Para tensoativos iônicos há uma temperatura crítica, onde acima 
da qual a solubilidade aumenta e micelas são formadas, abaixo de 
tal temperatura a solubilidade é baixa e as micelas não são 
formadas: 
 ⇒ Ponto de Kraft ou temperatura de Kraft (TK) 
(Klimpel,	
  Intro	
  to	
  Chemicals	
  Used	
  in	
  Par'cle	
  Systems,	
  p.	
  30,	
  1997,	
  Fig	
  22)	
  
(Hunter,	
  Founda'ons	
  of	
  Colloid	
  Science,	
  p.	
  572,	
  1993,	
  Fig	
  10.2.2)	
  
Hidrocloreto	
  de	
  Dodecilamina	
  
Dodecilsulfato	
  de	
  sódio	
  
MICELAS: Força iônica 
1)  O	
  potencial	
  zeta	
  é	
  o	
  potencial	
  elétrico	
  no	
  plano	
  hidrodinâmico	
  de	
  
cisalhamento;	
  
2)  Depende	
  não	
  somente	
  da	
  super\cie	
  da	
  par=cula	
  mas	
  do	
  
dispersante;	
  
3)  Pode	
  ser	
  afetado	
  pelo	
  pH	
  ou	
  força	
  iônica	
  do	
  meio;	
  
4)  A	
  interação	
  das	
  par=culas	
  se	
  dá	
  pela	
  magnitude	
  do	
  potencial	
  zeta	
  
e	
  não	
  por	
  sua	
  carga	
  de	
  super\cie;	
  
5)  Dessa	
  forma,	
  pode-­‐se	
  prever	
  estabilidade	
  de	
  suspensões	
  
coloidais;	
  
6)  Estabilidade	
  por	
  carga:	
  potencial	
  zeta	
  maior	
  do	
  que	
  -­‐30mV	
  ou	
  
+30	
  mV	
  
Estabilidade	
  coloidal	
  
Considerações	
  gerais:	
  
	
  
Estabilidade	
  de	
  Sistemas	
  Coloidais:	
  
Teoria	
  DLVO	
  (Derjaguin,	
  Verwey,	
  Landau	
  e	
  Overbeek)	
  
	
  
Energia	
  da	
  função	
  potencial	
  total	
  VT	
  
VT	
  =	
  VA	
  +	
  VR+	
  	
  VS	
  
VS	
  =	
  contribuição	
  do	
  solvente	
  
	
  (pouco	
  significaIva)	
  
VA=	
  contribuição	
  	
  atraIva	
  
Vr	
  =	
  contribuição	
  repulsiva	
  
	
  VA	
  =-­‐A	
  /12	
  π	
  h2) 	
  	
  
A	
  =	
  constante	
  de	
  Hamaker	
  (10-­‐19-­‐10-­‐20J),	
  h	
  =	
  separação	
  entre	
  par=culas	
  
VR	
  =	
  2	
  π	
  ε	
  a	
  ξ2	
  exp(-­‐κh)	
  
a	
  =raio	
  da	
  par=cula,	
  π=permeabilidade	
  do	
  solvente,	
  κ	
  =	
  função	
  da	
  composição	
  iônica,	
  	
  
ξ=potencial	
  zeta,	
  ε	
  =constante	
  dielétrica	
  do	
  meio.	
  
Efeito	
  de	
  sais	
  sobre	
  estabilidade	
  
coloidal	
  
 22 
 
Figura 2.2. Interações consideradas na teoria DLVO em função da distância. 
Diferentes tipos de potenciais resultantes são mostrados. (a) Superfícies repelem-se 
fortemente; pequenas partículas coloidais permanecem estáveis. (b) Superfícies 
atingem o equilíbrio “estável” em um pequeno mínimo secundário, se este for profundo 
o suficiente; colóides permanecem cineticamente estáveis. (c) Superfícies atingem um 
mínimo secundário; colóides coagulam lentamente. (d) Concentração crítica de 
coagulação.As superfícies podem permanecer no mínimo secundário ou aderir umas às 
outras; colóides coagulam rapidamente. (e) Superfícies e colóides coalescem 
rapidamente (Fonte: ISRAELACHVILI, 1992). 
 
Aumento	
  da	
  	
  
Força	
  iônica	
  
Mecanismos	
  de	
  Estabilização	
  
	
  
Estérica 	
   	
   	
  EletrostáIca

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