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Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ Centro Tecnológico – CT Instituto de Química - IQ Curso: Bacharel em Química 2015/2 Alunos: Andressa Carvalho e Mariana Gomes Professor: Roberto Salgado Amado Disciplina: Química Geral Experimental II Data do experimento: 24 de novembro de 2015 SISTEMAS COLÓIDAIS 1. Introdução Thomas Graham, um químico britânico, em 1861 observou que substancias como o amido, a gelatina, a cola e o ovo albuminado se difundiam muito lentamente quando colocadas em água e não se cristalizavam facilmente. Denominou essas substâncias de coloides, ou seja, com comportamento de cola.¹ Os coloides são sistemas nas quais as partículas suspensas (disperso) são maiores do que as moléculas, de dimensões entre 1nm e 1µm, que não precipitam ou cristalizam no seu meio dispersante devido à gravidade.¹ As partículas numa dispersão coloidal são suficientemente grandes para que exista uma superfície de separação definida entre elas e o meio onde estão dispersas. Logo, dispersões coloidais simples são sistemas de duas fases² compostas por dispersante e disperso, o dispersante é o equivalente ao solvente e o disperso é o equivalente ao soluto. Os coloides, a olho nú parecem ser uma mistura homogênea, porém ao observar em um microscópio é visível a presença de uma mistura heterogênea. Devido a presença de mais de uma fase, os coloides são classificados em cinco tipos: sol, espuma, emulsão, gel e aerossol. O sol é formado pela dispersão de um sólido em um líquido, não tem forma definida e se predomina o estado líquido; a espuma é formada pela dispersão de um gás em sólidos ou líquidos; a emulsão é formada pela dispersão de um líquido em outro líquido ou sólido³; o gel é um tipo incomum de coloide no qual o líquido contém um sólido disposto em um fino retículo que se estende através do sistema como, por exemplo, a gelatina²; o aerossol é formado por um sólido ou líquido dispersos em um gás. Os coloides podem ser hidrofílicos ou hidrofóbicos. Os hidrofílicos são comuns em organismos vivos, nos quais grandes moléculas se mantêm suspensas em água pela interação de grupos polares superficiais ou grupos atômicos carregados, com as moléculas de água; já os hidrofóbicos são como pequenas gotas de óleo, podem se manter em suspensão na água pela adsorção de partículas carregadas.4 Os coloides têm habilidades de dispersar a luz – Efeito Tyndall- podendo então um feixe de luz ser visto através de um coloide. Além disso, os coloides não precipitam por ação da gravidade, mas por centrifugação, possuem carga elétrica superficial, etc. 2. Objetivo Estudar métodos de obtenção de coloides e suas propriedades, sendo estudado também o conceito de estabilidade coloidal. 3. Procedimentos Experimentais 3.1. Materiais e reagentes Os seguintes equipamentos e vidrarias disponíveis no laboratório foram utilizados: Balança analítica Béquer Câmara escura Centrífuga Espátula Estante para tubos de ensaio Kipp Laser Pêra Pipeta graduada Placa de aquecimento Precipitador Cotrell Tubo em U Tubos de centrífuga Tubos de ensaio As seguintes substâncias, disponíveis no laboratório, foram utilizadas: Ácido clorídrico (HCl) Água destilada (H2O) Amônia (NH3) Azul de metileno Carvão ativo Carvão mineral Cloreto de aluminio (AlCl3) Cloreto férrico (FeCl3) Cloreto de manganês (MgCl2) Cloreto de sódio (NaCl) Formol (CH2OH) Gelatina Hidróxido de Ferro III – (Fe(OH)3) Nitrato de Prata (AgNO3) Óleo vegetal Pirita (Sulfeto de Ferro) Sabão Sulfeto de Arsênio III (As2S3) Trióxido de arsênio (As2O3) 3.2. Parte Experimental Os experimentos foram divididos em duas partes, uma etapa foi realizada pelo professor e a outra pelos alunos. Na etapa feita pelos alunos foi realizado diversos experimentos a fim de observar e entender os métodos de obtenção e reconhecimento de coloides. 3.2.1. Experimento realizado pelo professor – Eletroforese a) Montou-se um aparelho de Kipp, onde há dois bulbos que recebem o ácido clorídrico e, no bulbo do meio, há as pedras do sulfeto de ferro (pirita) que o que vai liberar o H2S em contado com o HCl. Com esse contato forma cloreto ferroso, que possui uma coloração verde escura e um odor característico. Essa solução libera gás sulfídrico que passa pela mangueira do Kipp e deixado a borbulhar em uma solução de As2O3 formando As2S3. Encheu-se em um tubo em U com dispersão coloidal de sulfeto de arsênio (III) feita pelo processo descrito acima e, em cada extremidade do tubo, foi colocado um eletrodo de grafite ligado uma fonte de corrente continua. Aplicou-se um potencial e observou o resultado. b) Através de um precipitador cotrell, tem-se uma bomba d’água, onde se aplica uma diferenças de potenciais (DDP), fazendo assim com que cada carga da fumaça contida lá dentro vá para um lado, as partículas da fumaça têm uma carga, dispersando na parte aniônica, grudando assim na parede do precipitador e ao ligar a bomba d’água a fumaça cai. 3.2.2. Experimentos realizados pelos alunos I. Preparação de coloides I.1. Processos de condensação a) Primeiro colocou-se, em um tubo de ensaio, 3 mL de água destilada, previamente aquecida em uma placa de aquecimento e adicionou-se 4 gotas de solução saturada de cloreto férrico. Em seguida, em outro tubo de ensaio, fez-se o mesmo procedimento, porém desta vez com água destilada fria. Observou-se os resultados e fez-se uma comparação das cores obtidas. b) Em um tubo de ensaio colocou-se 4 mL de solução saturada de trióxido de arsênio, aquecendo-a em banho maria na placa de aquecimento, em seguida , passou-se uma corrente de gás sulfídrico, feita pelo professor a partir de uma solução de HCl e pirita no aparelho de Kipp e observou-se os resultados. Ao finalizar o experimento, foi realizado o Efeito Tyndall para que fosse observado se houve mesmo uma formação de coloide. II. Processos de dispersão II.1) Colocou-se, em um tubo de ensaio, 2 mL de água destilada juntamente com 3 gotas de óleo vegetal. Agitou-se a solução e observou-se o resultado. II.2) Em um tubo de ensaio, foi colocado 2 mL de água destilada com 3 gotas de óleo vegetal e adicionou-se 4 gotas de sabão. Agitou-se a solução e observou-se o resultado, comparando-o com o item II.1. III. Propriedades das partículas coloidais. III.1). Adsorção Simultaneamente, foi colocado em dois tubos de ensaio uma solução de 2 mL de azul de metileno, sendo adicionado um pedaço de carvão em um tubo e um pouco de carvão ativo em outro. Em seguida, os tubos foram aquecidos em banho maria na placa de aquecimento. Feito isso, foram colocados dentro da centrifuga e observou-se os resultados, comparando a cor do sobrenadante em cada tubo. III.2). Diálise O seguinte experimento não foi realizado, pela falta de papel celofane em laboratório. Porém foi testado, pelo professor, utilizando plástico de uma sacola de supermercado. Colocou-se uma solução de iodeto de potássio e amido dentro do plástico, e o mesmo dentro de um béquer com água destilada, deixando descansar aproximadamente 1 hora. Depois, adicionou-se peróxido de hidrogênio com amido a água. IV.Destruição de coloides- Coagulação IV.1). Coagulação mútua de coloides Colocou-se, em um tubo de ensaio, 0,5 mL do sol de hidróxido de ferro III, com 0,5 mL do sol de trióxido de arsênio e observou-se o resultado. IV.2). Coagulação pela ação de eletrólitos Simultaneamente, foi colocado em 3 tubos de ensaio 1 mL de trióxido dearsênio. No primeiro tubo adicionou-se 2 gotas de Cloreto de sódio, no segundo adicionou-se 2 gotas de Cloreto de magnésio e na terceira, 2 gotas de cloreto de alumínio, todas elas em 1,0 mol.L -1. Agitou-se os tubos e observou-se os resultados, comparando em seguida em qual tubo ocorreu o maior efeito coagulante. V. Coloide Protetor V.1). Prata Coloidal Para o experimento A, colocou-se 2 mL de água destilada em um tubo de ensaio e adicionou-se 3 gotas da solução de nitrato de prata 0,1 mol. L -1, juntamente com 3 gotas de solução aquosa de amônia e 6 gotas de formol, aquecendo a solução em banho maria e observando seu resultado. Simultaneamente, foi realizado o experimento B colocando 4 mL de dispersão de gelatina a 1% em um outro tubo de ensaio. Depois adicionado 4 gotas de nitrato de prata, juntamente com 3 gotas de solução aquosa de amônia e 5 gotas de formol e levado a banho Maria. Registrou-se as observações. 4. Resultados e Discussão 4.1. Experimento realizado pelo professor – Eletroforese a) O sulfeto de arsênio é um coloide em uma solução recém-feita, por isso há íons na solução. Quando lhe é aplicado um potencial,os íons procuram os eletrodos de cargas opostas as suas. Observou-se que a região amarelada isolou-se na região positivada fonte. Depois de alguns minutos, a solução precipitada e deixa de ser um coloide. A explicação mais objetiva é a de que as partículas coloidais presentes na fase dispersa possuem carga superficial negativa e sofreram atração eletrostática pelo eletrodo positivo, migrando para o mesmo. O eletrodo negativo fica incolor por conta da repulsão em relação ao colóide. (Tem que dizer que íon é esse. Alguma ideia?) b) Observou que o equipamento suga a fumaça, por isso é correto dizer que o o meio dispersante é formado por gases e, após a aplicação de um pontencial, as partículas da fumaça são atraídas para a região negativa. A fumaça, antes de coloração branca, torna- se incolor. (Precisa de mais infos aqui) 4.2. Experimentos realizados pelos alunos 4.2.1. Preparação de coloides a) Observou-se uma coloração amarela em ambos os tubos de ensaio. Porém, a soluçao que estava quente apresentou uma coloração mais forte. Ao aquecer, quebrou-se as ligações OH- da água e houve formação de um complexo com o ferro. De forma simplificada a Figura 1 demonstra a formação desse complexo em uma agregação polimérica. Figura 1. Formação do complexo de ferro em água. Esse processo é conhecido como olação. No entanto, no caso considerado, em que há aquecimento do sistema, a alta temperatura modifica a espécie polinuclear eliminando uma molécula de água entre duas hidroxo-pontes. Isso leva à formação de ligações irreversíveis do tipo Fe-O-Fe no complexo. Esso processo é denominado oxolação e leva à precipitação (ou simples desestabilização do colóide) de óxidos metálicos hidratados. Isso explica satisfatoriamente o resultado obtida na preparação do hidrossol de Fe(OH)3. b) Houve a mesma reação em que o professor utilizou o aparelho de Kipp. Formou-se As2S3. Ao se testar pelo efeito Tyndall, observou que havia partículas que cintilavam ao direcionamento da luz, provando ser um coloide. 4.2.2. Processo de dispersão No tubo em que não se adicionou sabão, a gua e o óleo não se misturaram, estanto o óleo na fase superior. Isso se dá devido a direfença de polaridade das duas substâncias, onde o óleo é apolar e a água é polar. Quando adicionou o sabão, notou a formação de uma única miscela. O sabão emulcificou o óleo, pois possui a característica de, em sua molécular, haver uma parte hidrofílica, que interage com a água, e outra hidrofóbica, que interage com o óleo vegetal. 4.2.3. Propriedades das partículas coloidais 4.2.3.1. Adsorção Depois de separados na centífuga, notou que a solução que contina carvão mineral continuou azul, porém a solução em que se encontrava carvão ativo ficou incolor. O carvão mineral é extraído de rochas e não possui, ou há pouca, porosidade. O carvão ativo, por outro lado, é obtido através da combustão da madeira. O CO2 constrói poros no carvão quando é liberado. Por isso, as moléculas do azul de metileno entraram em seus poros, deixando a solução incolor. 4.2.3.2. Diálise Ao se adicionar o peróxido de hidrogênio e o amido a água, esperava-se que a mistura adquirisse uma coloração violeta característica do complexo de iodo que formaria. Todavia a solução permaneceu incolor indicando que não houve passagem dos íons de iodo pela membrana do plástico utilizado. Para assegurar que havia iodo na mistura na malha do plástico, adicionou peróxido de hidrogênio. Esse, porém, adquiriu a coloração escura esperada. 4.2.4. Destruição de coloides - Coagulação 4.2.4.1. Coagulação mútua de coloides Ocorreu uma dispersão ao se misturar as substâncias formando um coloide. Após alguns tempo formou precipitado amarelo claro no fundo do tubo. 4.2.4.2. Coagulação pela ação de eletrólitos Durante o experimento, todas as misturas precipitaram. Entretanto os coagulos formados foram maiores nos tubos B e C. Notou-se que os coágulos aumentavam de acordo com o NOX dos íons. Foi visto que o tubo A demorou mais para formar precipitado. 4.2.5. Coloide protetor No experimento A, formou um espelho de prata no tubo de ensaio, e uma solução de coloração escura. Ocorreu uma reação de oxirredução, onde a prata reduziu de Ag+1 para Ag0. A reação da prata com a amônia gera um complexo que é reduzido pelo formol adicionado. Ao final, houve formação de um precipitado escuro. No experimento B, não houve formação do espelho de prato como no experimento anterior. A gelatina, que é um colóide, protege a prata e não deixa com que ela se reduza. Um problema obeservado, provavelmente devido à pureza da gelatina, foi a formação de um precipitado cor de ferrugem no começo da reação. Depois do banho Maria houve formação de bolhas e a solução adquiriu uma coloração verde escura opaca. Como esperado, a luz não dispersou ao ser direcionada a solução. 5. Conclusão Em suma, pôde ser observada a formação de coloides nos experimentos realizados. Assim como, foi apresentada a vidraria Kipp, que auxilia na liberação de um gás desejado a partir de uma reação de um sólido com um ácido. Através dos experimentos, foi aprendido a identificação, principalmente intuitiva, de que é um coloide e a reconhecer o Efeito Tyndall. Também, com o auxílio do professor, pôde ser identificada a formação de complexos em alguns dos experimentos. Possíveis erros nos experimento devem-se a qualidade dos reagentes e das vidrarias, como o precipitador Crotell e o aparelho de Kipp. 6. Bibliografia ¹ Slides: Laboratório de catálise e química ambiental, disponibilizado pela professora Jussara Lopes - Química Geral II ² UFRGS. Coloides. Disponível em: < http://www.iq.ufrgs.br/qui01009/_arquivos/2015/C oloides.pdf > Acesso em: 27 de novembro de 2015 ³ FOGAÇA, V.R.J. Coloides ou dispersões coloidais. Disponível em: <http://mundoeduca cao.bol.uol.com.br/quimica/coloides-ou-dispersoes-coloidais.htm > Acesso em: 26 de novembro de 2015. 4 DINIZ, W.E.;SILVA, M.D.L; DA SILVA, R.M.; CHAGAS, F.V. Propriedades das soluções. Disponível em: < www.elcio.unifei.edu.br/Quimica/Teoria/Seminarios/2009/EEC-13.ppt > Acesso em: 27 de novembro de 2015.
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