Coloides

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Um colóide é uma dispersão de pequenas partículas de um material finamente divididas (denominada fase dispersa) misturada em outro material (denominada fase continua ou dispersão). Normalmente essas pequenas partículas da fase continua encontram-se entre a faixa de 1nm e 1μm, onde substancias abaixo desses valores são consideradas soluções e acima suspensões. Entretanto essa divisão não é sempre tão clara, pois emulsões que possuem gotículas com dimensões acima de 1μm são tratadas como coloides. Outra diferenciação é que sistemas coloidais não precipitam pela ação da gravidade, mas é possível faze-lo pela ação de filtros extremamente finos e centrifugas extremamente potentes e suas partículas não podem ser vistas através do olho nu ou até mesmo de microscópicos óticos comuns, mas são visíveis através de ultramicroscópios. 
Os coloides podem ser divididos em liófilos, quando atraem o solvente e assim há afinidade entre as partículas e o solvente e podem dessa forma permanecer estáveis e constantes com o tempo, e liófobos, quando repelem o solvente e assim não permanecem estáveis com o tempo e acabam agregando-se e formando unidades maiores que acabam se sedimentando e a fase dispersa se separa da fase continua. Quando o solvente é a água utiliza-se os termos hidrófilo e hidrófobo. Como exemplo de coloide liófobo temos os sóis de metais. Os coloides liófilos normalmente possuem uma certa semelhança química com o solvente, como, por exemplo, um grupo OH capaz de formar ligações de hidrogênio.
As propriedades dos coloides são baseadas na seu elevado tamanho e elevada relação área/volume de partículas. 
Graças ao tamanho dessas partículas, ocorre o Efeito Tyndall, que é a dispersão ou o ato de esparramar a luz pelas partículas coloidais possibilitando a visualização do trajeto da luz, já que estas partículas dispersam os raios luminosos, fazendo com que a mistura fique com aspecto turvo, conforme ilustrado na figura 1. Esse espalhamento da luz é seletivo pois depende das dimensões das partículas dispersas e do comprimento de onda da radiação. As ondas de cada cor espalham-se de forma diferente, dependendo do seu comprimento. Quanto mais curtas, mais dispersas elas se tornam.
Figura 1. O feixe de luz de um laser passado através de uma solução de NaCl (esquerda) e de uma mistura coloidal de gelatina e água (direita)
Uma característica dos coloides é que estes se encontram em constante movimento errático, devido ao fato das moléculas do solvente estarem em constante colisão contra elas, efeito esse conhecido como Movimento Browniano.
A estabilidade e o comportamento dos colóides é determinada pelas interações entre a fase contínua e dispersa, que são controladas por suas propriedades físicas e químicas. 
Essas interações dependem da distância de separação e da quantidade de partículas coloidais dispersas. As interações e as colisões entre essas partículas também são influenciadas pelas forças externas geradas pelo campo gravitacional ou pelo cisalhamento. Elas advêm da natureza eletromagnética das interações entre a matéria. São elas: interações repulsivas de duplas camadas de cargas, interação atrativa de van der Walls, interação estérica repulsiva de camadas de polímeros adsorvidos nas partículas, interação atrativa de polímeros, interação de molécula de solventes (solvatação) e interação hidrofóbica. 
Uma fase coloidal é termodinamicamente instável em relação a fase continua. Essa instabilidade pode ser expressa termodinamicamente observando-se que a variação da energia de Gibbs, dG, quando há alteração da área superficial de uma amostra de dσ, a uma temperatura e pressão constantes, e dG = γdσ, onde γ é a tensão interfacial. Conclui-se então que dG < 0 quando der < 0. A existência dos coloides se deve então a cinética da diminuição da área superficial. Os coloides são termodinamicamente instáveis, mas cineticamente não são lábeis (Atkins, 2006).
As partículas coloidais adquirem cargas elétricas na superfície, quando expostas ao contato com solvente polar, por diferentes mecanismos, tais como: dissociação de grupos da superfície e adsorção ou dissolução de íons da superfície. A carga da superfície da partícula influência a distribuição dos íons da solução na vizinhança, atraindo e repelindo contra-íons e co-íons, respectivamente. Essa distribuição de íons desde a superfície da partícula até o interior da solução (meio de dispersão) gera diferentes potenciais e está representada na Figura 2.
Figura 2. Esquema da distribuição de cargas na vizinhança de uma partícula carregada e os respectivos potenciais associados a dupla camada elétrica na interface sólido-líquido
A medida que aumenta a força iônica, há uma rápida diminuição do potencial de interfase entre a superfície da partícula e o interior da solução do meio de dispersão, pois a concentração de íon da solução comprime a dupla camada de cargas que se forma ao redor da partícula em direção a superfície, sendo assim as propriedades dos coloides ditadas pelas interações repulsivas coulombianas.
Entretanto, a energia de repulsão entre as partículas não garante a estabilidade das partículas dispersas. O que pode ser observado na prática onde dispersões coloidais podem agregar-se e os agregados sedimentam-se rapidamente. A medida que as superfícies das partículas se aproximam uma das outras são as interações atrativas de curto alcance de van der Waals que induzem à agregação do sistema. Essas forças de curto alcance são as mesmas provenientes da polarização de átomos e moléculas (dipolos) constituintes dos sólidos dispersos no meio polar que separa as partículas. Portanto, a energia total de interação (VT ) é a soma resultante das energias de repulsão (VR) e de atração (VA) indicada na Figura 3.
Figura 3. Energia potencial (V) de interação partícula-partícula em função da distância (d) de separação entre duas partículas coloidais.
 Esta é a base da teoria que DLVO, que visa explicar a estabilidade cinética coloidal, que foi desenvolvida simultaneamente por Derjaguin e Landau e Verwey e Overbeek. 
Os coloides também podem ser classificados de acordo com o estado físico de sua fase dispersa e de dispersão, conforme resumido na tabela 1.
Sol é um coloide constituído de partículas sólidas finamente divididas dispersas em um meio líquido e que possui um aspecto líquido. Outras denominações podem ser utilizadas dependo do meio de dispersão utilizado: hidrossol (água), organossol (solvente orgânico) e aerossol (ar). Essas dispersões coloidais mais concentradas formam sistemas mais viscosos denominados pastas, utilizadas, por exemplo, na fabricação de creme dental.
O aerossol pode ser preparado através de diversas técnicas, é possível fragmentar o material na presença do meio de dispersão. Uma corrente elétrica intensa circulando através de uma célula eletrolítica pode provocar a desagregação de um eletrodo e a formação de partículas coloidais. O disparo de um arco elétrico entre eletrodos imersos num meio adequado também produz um coloide. A precipitação química leva, muitas vezes, a formação de um coloide. Por outro lado, um precipitado já formado (por exemplo, de iodeto de prata) pode ser dispersado pela adição de um agente peptizante (por exemplo, iodeto de potássio). Outra maneira de preparar o aerossol é pulverizando um liquido pela ação de um jato de gás. A dispersão fica facilitada se uma carga elétrica e aplicada ao liquido, pois então a repulsão eletrostática facilita a desagregação em gotículas. Os aerossóis são utilizados em desodorantes e outros produtos domésticos em forma de spray.
Quando a interação do líquido com partículas muito finas induz o aumento da viscosidade e torna-se uma massa com partículas organizadas no meio de dispersão e forma uma rede de partículas enfileiradas como um colar, tem-se o gel. Esses colóides formam uma rede com natureza elástica e gelatinosa, tal como gelatina ou geléia de frutas, ou como um sólido rígido como sílica gel, muito usada em embalagens como agente secante. Como gel éum sistema semirrígido de um sol liofilo no qual todo o meio de dispersão (solvente) penetrou nas partículas do sol é possível fazer uma interconversão desses dois coloides através do aquecimento. 
Espuma é um sistema coloidal constituído de bolhas de gás muito pequenas dispersas em um meio líquido, como no caso da espuma de sabão, ou em um meio sólido, como a espuma de poli(estireno) conhecida como isopor®. Espumas de combate a incêndio são feitas com bolhas de gás carbônico provenientes de carbonato de sódio e sulfato de alumínio e estabilizadas com proteínas (sangue seco, gomas) ou substâncias tensoativas que previnem a coalescência (formação de uma bolha maior formada pela colisão de bolhas menores o que pode causar quebra da espuma e gera instabilidade no sistema). Clara de ovo batida em neve, marshmallow e creme chantili também são exemplos de espumas. 
Emulsão e microemulsão são dispersões coloidais de um líquido em outro, geralmente preparadas pela agitação vigorosa dos dois componentes e estabilizadas por um terceiro componente tensoativo (emulsificante) que se localiza na interface entre as fases líquidas. Esse sistema coloidal é vastamente utilizado na apresentação de produtos farmacêuticos (cremes), alimentícios (maionese, margarina, leite), indústriais (petróleo, lubrificantes, asfalto). As emulsões também podem ser preparadas fazendo-se um jato de liquido carregado incidir sobre uma massa de outro liquido.
Águas naturais e solo contêm muitos materiais dispersos de dimensões coloidais, como os argilominerais solubilizados das rochas, que sofrem floculação nas estações de tratamento de água. Numa primeira etapa, o pH da água é ajustado com hidróxido de cálcio (cal) e adicionada solução de sulfato de alumínio. Em solução alcalina, o sulfato de alumínio reage com íons hidroxila, resultando em polieletrólitos de alumínio e hidroxila (policátions) com até 13 átomos de alumínio. Esses polieletrólitos de alumínio atuam pela interação eletrostática com partículas de argila carregadas negativamente e pelas ligações de hidrogênio devido ao número de grupos OH, formando uma rede com microestrutura porosa (flóculos) que, após a decantação do precipitado, facilita a passagem da água no processo de filtração com filtro de cascalho/areia/antracito (carvão mineral).
Referências Bibliográficas
JAFELICCI J.M.;Varanda L. C. O mundo dos coloides. Química nova na escola. N° 9, MAIO 1999.
ATKINS, P.W., PAULA, J. Físico-Química, vol. 2. 8ª ed .Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Centíficos, 2008.
KOTZ, J. C., TREICHEL, P.J., Química e reações químicas. Rio de Janeiro, LTC editora, 1998.