Coloides: definição, tipos e aplicações

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Universidade Federal de Alfenas
Curso de Farmácia
Aline Cristina Santos , Daniela Aparecida Martins Trindade, Débora Thalita Monteiro Pereira, Jordana da Costa Souza
Coloides
Alfenas
2014
O que são coloides ? 
Existe um terceiro tipo de misturas, onde as substâncias não se separam sob a ação da gravidade, mas onde é possível separá-las usando filtros extremamente finos ou centrífugas extremamente potentes. O leite é uma dessas misturas. A este tipo de misturas chamamos coloides. Esta diferença resulta da diferença de tamanhos das partículas suspensas e o tamanho das partículas é usado como critério na definição dos coloides:
Coloide: [do grego kólla, cola + eîdos, forma], adj. que se assemelha à cola; s.m. mistura de uma substância dividida em finas partículas insolúveis (chamada fase dispersa), usualmente de dimensões entre 1 nm e 1000 nm, uniformemente dispersas num meio contínuo (chamadomeio de dispersão).
São misturas heterogêneas de pelo menos duas fases diferentes, com a matéria de uma das fases finamente dividida (sólido, líquido, ou gás) denominada fase dispersa, misturada a uma fase contínua (sólido, líquido, ou gás), denominada meio de dispersão.
Tipos de coloides e suas aplicações 
Classificações de Coloides
1º) Quanto à natureza do disperso:
 
Coloides micelares: É o coloide cujas partículas dispersas, chamadas micelas ou tagmas, são agregados de átomos, de moléculas ou de íons. Exemplo: enxofre (S8)n em água, ouro coloidal
(Au)n na água
Coloides Moleculares: As partículas dispersas são macromoléculas (moléculas gigantes). Exemplo: amido (C6H10O5)n em água
Coloides Iônicos: As partículas dispersas são íons gigantes (macroíons, ou seja, macromoléculas com um ou mais radicais ionizáveis). Exemplo: proteínas em água 
2º) Quanto à distribuição das fases: 
Coloides Sol: Dispersão de um disperso sólido num dispergente líquido, de modo que predomina a fase líquida e o sistema não tem forma definida. As micelas se distribuem uniformemente no dispergente e a dispersão adquire o aspecto de solução. De acordo com o dispergente, temos:Hidrossol ( dispergente: água);Alcoolsol (dispergente: álcool);Eterossol (dispergente: éter). Exemplo: cola.
Coloides Gel : Dispersão de um disperso sólido num dispergente líquido, de modo que predomina a fase sólida e o sistema adquire uma forma definida. As micelas se agrupam de tal modo que passam a constituir verdadeiros retículos, no interior dos quais fica aprisionado o dispergente, e a dispersão toma o aspecto de gelatina.Exemplo: geléias, pudim de caramelo.
 
A classificação dos coloides é feita em função do tamanho das partículas e das fases dispersa (partícula) e dispersante (Tabela 1). O comportamento e as propriedades dos coloides são regidos pelas interações entre aquelas duas fases, que podem ser: Forças de repulsão eletrostáticas (Coulombianas), forças de atração de van der Waals (dipolos permanentes ou induzidos), repulsão estérica (tamanho da partícula), solvatação e forças hidrodinâmicas (difusão).
3º) Quanto à reversibilidade ou dispersibilidade:
 Coloides reversíveis são sistemas em que o disperso, num simples contato com o dispergente, produz o estado coloidal. Há uma afinidade muito intensa entre o disperso e o dispergente, daí receberem a denominação de liófilos ou liofílicos “amigos do líquido”, lios = líquido, filos = amigo). Se o dispergente é a água, damos o nome de hidrófilo (amigo da água). O termo reversível é usado porque, uma vez obtido o sistema gel, podemos conseguir o sol e voltar para sistema gel e depois voltar para o sistema sol e assim até o infinito. Assim, nesse tipo de coloide são espontâneas a ida e a volta, mencionadas abaixo:
Peptização: é a passagem de gel para sol através da adição de líquido (uma vez que no sol, o líquido é o dispergente). Ou seja, consiste na adição do dispergente para transformar gel (sólido) em sol (líquido).
Pectização: é a passagem de sol para gel através da retirada de líquido, pode ser por evaporação (um vez que no gel, o líquido é o disperso). Ou seja, consiste na eliminação do dispergente para transformar sol (líquido) em gel (sólido). Exemplos: 
1) gelatina sólida (gel) em gelatina líquida (sol). A gelatina sólida tem rede de moléculas de gelatina que prendem a água nomeio. Já a gelatina líquida, as moléculas de gelatina estão dispersas e as moléculas de água também.
2) os coloides naturais, em sua maioria, são liófilos.
3) albumina, gelatina, proteínas em geral.
4) goma-arábica (por evaporação obtemos um gel) e gomas vegetais em geral.
5) leite em pó (por adição de água obtemos um sol).
 Coloides irreversíveis são sistemas em que, uma vez obtido o gel, este não se transforma em sol por simples contato com o dispergente. Não há uma intensa afinidade entre as fases, daí serem chamados de liófobos ou liofóbicos (aversão ao líquido, lios = liquido, fobos = aversão). Quando o dispergente é a água, usamos o termo hidrófobo (aversão por água). É o caso contrário dos reversível, o coloide não se dispersa espontaneamente no dispersante. As partículas devem ser fragmentadas até atingirem o tamanho coloidal.
Exemplo:
1) os coloides artificiais, como regra, são liófobos.
2) enxofre coloidal, metais coloidais.
3) hidrossóis de metais (ouro, prata etc), de sílica e de outras substâncias insolúveis na água.
4) bases ou sais pouco solúveis em água.
Sistemas Coloidais: Aplicações 
Os tipos de coloides da Tabela 1 são descritos a seguir com as respectivas aplicações tecnológicas.
Sol
Sol é um coloide constituído de partículas sólidas finamente divididas dispersas em um meio de dispersão líquido. Outras denominações – hidrossol, organossol ou aerossol –são atribuídas segundo o meio de dispersão utilizado: água, solvente orgânico ou ar, respectivamente. Quanto à interação entre as moléculas da fase contínua e da fase dispersa, os sóis são classificados em liofílicos, que apresentam partículas dispersas com maior afinidade com o solvente, são mais estáveis e semelhantes à solução verdadeira, e liofóbicos, cujas partículas não atraem fortemente as moléculas de solvente e coagulam ou precipitam facilmente. Essas dispersões coloidais mais concentradas formam sistemas mais viscosos denominados pastas, utilizadas, por exemplo, na fabricação de creme dental.
Gel 
Gel é um coloide no qual a interação do líquido com partículas muito finas induz o aumento da viscosidade, tornando-se uma massa com partículas organizadas no meio de dispersão formando uma rede de partículas enfileiradas como um colar. Esses coloides formam uma rede com natureza elástica e gelatinosa, tal como gelatina ou geleia de frutas, ou como um sólido rígido como sílica gel, muito usado em embalagens como agente secante. Géis podem contrair e eliminar o solvente, processo este denominado de sinérise.
Espuma 
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®. As bolhas podem coalescer, isto é, colidirem umas com as outras, e do encontro de duas formar uma bolha maior. Esse processo de coalescência causa a quebra da espuma, o que determina a instabilidade do sistema coloidal. É por isso que as 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 mais recentemente substâncias tensoativas, conhecidas como detergentes, que previnem a coalescência (Figueiredo et al., 1999; Ferreira, 1999). As proteínas são bons estabilizantes de espumas em alimentos, tais como clara de ovo batida em neve, marshmallow e creme chantili. Por outro lado, espumas podem ser indesejáveis; por exemplo, os efluentes de matadouros não-tratados adequadamente contêm grande quantidade de proteínas (sangue, tecidos animais) que, se despejados nos rios, podem misturar-se com água contendodetergentes e formar espuma devido à correnteza, causando transtornos ambientais.
Detergentes 
Detergentes são substâncias sintéticas com propriedades tenso ativas, isto é alteram a tensão interfacial quando dissolvidas em um solvente. A tensão interfacial está relacionada com o trabalho necessário para manter as moléculas de uma fase na superfície ou interface, permitindo, por exemplo, que a libélula pouse sobre a superfície da água sem romper a película de água da superfície. Também denominados surfactantes (do inglês surface active agentes surfactantes), detergentes não são obtidos da saponificação de óleo e gordura, tal como é o sabão. As moléculas associam-se em solução, acima de uma determinada concentração crítica para cada detergente; por isso são também conhecidos como coloides de associação. Da associação das moléculas de detergente resultam as micelas, agregados moleculares na faixa de tamanho dos coloides. Usados principalmente para limpeza na cozinha e para lavar roupas, os detergentes são aplicados também em meio orgânico em óleos lubrificantes de motores e em gasolina, prevenindo, respectivamente, o acúmulo de resíduos de carvão nos pistões e o crescimento de gomas (polímeros) no carburador.
 Emulsão e microemulsão
 Emulsão e microemulsão são dispersões coloidais de um líquido em outro, geralmente estabilizadas por um terceiro componente tensoativo (emulsificante) que se localiza na interface entre as fases líquidas. Entre os emulsificantes mais usados podem-se citar proteínas (ovoalbumina, caseína), gomas (gelatina), sabões e detergentes, argilas e óxidos hidratados. Há dois tipos de emulsão, conforme a proporção das fases: água em óleo, com gotículas de água dispersas na fase contínua óleo, e óleo em água, gotículas de óleo dispersas em água. O termo óleo refere-se à fase orgânica e água à fase aquosa. Esse sistema coloidal é vastamente utilizado na apresentação de produtos farmacêuticos (cremes), alimentícios (maionese, margarina, leite), industriais (petróleo, lubrificantes, asfalto). Além da proporção das fases aquosa e orgânica, a natureza hidrofóbico-hidrofílico do emulsificante determina a formação de emulsão água/óleo ou óleo/água. Diferentes fenômenos ocorrem em emulsão, tais como: i) cremeação (creaming), que resulta da flutuação das gotas dispersas para a superfície da emulsão; ii) coagulação das gotas, que causa a formação de agregados constituídos de gotas individuais, processo este que também aumenta o creme, iii) coalescência das gotas individuais, que formam gotas maiores até estender a fase finamente dispersa a ponto de quebrar a emulsão. Exemplo de coalescência é a coagulação das gotas de gordura pela ação de ácido acético (vinagre) seguida da precipitação de caseína (proteína do leite). 
Tratamento de água
 O processo de floculação de partículas coloidais de argilominerais dispersas na água bruta dos mananciais que chega às estações de tratamento de água das cidades foi descrito no item “Interação entre partículas coloidais”. Numa primeira etapa, o pH da água é ajustado com hidróxido de cálcio (cal) e adicionada a 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).
Modo de preparo 
Os coloides podem ser preparados através da:
Redução de partículas maiores ;
Aumento das partículas menores;
 Observa-se que, a moagem vigorosa de substâncias, sua mistura em alta velocidade ou sua passagem forçada por pequenas aberturas, reduzem partículas maiores a tamanho de um coloide.
 Algumas substâncias secas, como a gelatina, caseína e albumina do ovo, formam coloides, quando ocorre a adição de água, a esse processo dá-se o nome de peptização, sendo que o processo inverso é conhecido como pectização (coagulação). Esses processos são obtidos pela retirada do dispersante, pela precipitação ou por variações de temperatura.
Por aglomeração;
São três técnicas principais que visam aglomerar partículas de dimensões inferiores às do estado coloidal, até que elas atinjam o tamanho necessário à preparação de um coloide.
Através de uma reação química: segundo a Lei de Weimarn é possível obter um sistema coloidal quando, numa reação de formação de um composto pouco solúvel, as soluções reagentes apresentam concentrações extremas, isto é, muito diluídas ou muito concentradas.
Através de uma lavagem: fazendo-se um precipitado passar por sucessivas lavagens com uma solução diluída que possua gelo menos um íon em comum com o precipitado, vão se formando aos poucos partículas de dimensões coloidais que ficam dispersas na solução usada na lavagem.
Através da mudança de dispergente: prepara-se uma solução de determinada substância X num solvente apropriado; em seguida adiciona-se um líquido no qual a substância X seja imiscível e agita-se o sistema. Com a agitação, as partículas de dimensões coloidais da substância X se dispersão pelo líquido que foi adicionado.
Degradação, fragmentação ou dispersão: 
 Partimos de partículas grandes e as submetermos a uma subdivisão, de modo a obtermos pedaços menores e que correspondam às micela.
Aglutinação ou aglomeração:
Partimos de partículas de dimensões reduzidas e provocamos a sua associação, de modo que resultem pedaços que correspondam às micelas.
Os métodos utilizados para a preparação de um coloide através de cada um desses modos são:
Modo degradativo: os métodos chamados moinhos coloidais, arco elétrico e lavagens;
Modo aglutinativo: os métodos chamados químico e físico.
1º) Moinhos coloidais: São aparelhos capazes de reduzir grãos de matéria a dimensões correspondentes às das micelas.
Tritura as partículas entre discos metálicos em alta rotação (usado na preparação de tintas e de coloides).
2º) Arco elétrico ou Método de Bredig: Estabelecemos um arco elétrico utilizando eletrodos do material que constitui a fase dispersa, mergulhando no líquido que constitui o dispergente. Como sabemos, partículas do ânodo se transferem para o cátodo. Entretanto, uma boa parte dessas partículas não chagam ao cátodo, pois se dispersam pelo líquido. Assim, forma-se um sistema coloidal. Faíscas elétricas saltam entre dois fios metálicos, mergulhados num líquido; o próprio metal se transforma em partículas coloidais. Este método é conhecido também como Método de Bredig e se restringe à preparação de coloides metálicos, pois dificilmente os eletrodos podem ser de outro material. (é usado no preparo de ouro ou de prata coloidal na água).
3º) Lavagem de precipitado: Um precipitado sofre sucessivas lavagens com um líquido que contenha pelo menos um íon em comum com o precipitado. Então, ocorre a liberação de partículas com dimensões de micelas, as quais ficam dispersas no líquido de lavagem. Por exemplo, quando um precipitado de AgCl (insolúvel) é lavado sucessivamente com uma solução.
Modo de purificação: 
Quando preparamos um sistema coloidal, é evidente que o dispergente pode conter, além das micelas, algumas substâncias que constituem com esse dispergente uma solução verdadeira. Para eliminar essas substâncias e obter o coloide puro, podemos usar os seguintes processos: diálise, eletrodiálise ou ultrafiltração, ultracentrifugação.
Diálise: Este processo baseia-se na diferença acentuada que existe entre as velocidades de difusão de um coloide e de uma solução através de membranas permeáveis. Utilizamos nessa purificação um dialisador, (que é um recipiente de vidro com o fundo constituído por uma membrana permeável, como uma placa de porcelanaporosa) ou todo recipiente é uma membrana permeável (como celofane ou bexiga de porco). No interior do dialisador colocamos o coloide impuro. Depois, o dialisador é imerso num recipiente maior que contém o dispergente puro em constante circulação (na verdade, o líquido atravessa a membrana). Assim, as substâncias (impureza) que se encontram dissolvidas no sistema coloidal começam a se difundir rapidamente através da membrana, abandonando o sistema coloidal e sendo carregadas pela corrente do dispergente. Como as partículas coloidais não saem (ou saem muito lentamente) através da membrana, as partículas são lavadas de suas impurezas (evidentemente, só das impurezas realmente solúveis no líquido); Desse modo, em poucos minutos praticamente toda a impureza é eliminada e obtemos o coloide puro.
Eletrodiálise: É a diálise em que se apressa a saída das impurezas com a utilização de um campo elétrico. Este processo utiliza uma aparelhagem parecida com a anterior, e emprega ainda eletrodos no sentido de acelerar a difusão das impurezas contidas no coloide. É lógico que os eletrodos aceleram a difusão quando as impurezas são constituídas por íons.
Ultrafiltração: Devido às dimensões que apresentam, as micelas conseguem atravessar com facilidade os poros dos filtros comuns. Entretanto, alguns filtros aperfeiçoados apresentam poros tão estreitos que retêm as micelas, deixando passar apenas moléculas comuns ou íons. A esses filtros damos o nome de ultrafiltro. Assim, utilizando um ultrafiltro, conseguimos purificar um coloide, uma vez que as impurezas atravessam os poros, enquanto as micelas ficam retidas. Um ultrafiltro pode ser provido, por exemplo, de placas gelatinosas filtrantes, usado na purificação do hormônio humano de crescimento.
Ultracentrifugação: Com o emprego de centrífugas de altíssima rotação (60 000 rpm), podemos inclusive separar partículas coloidais de diferentes tamanhos. A ultracentrifugação é empregada, por exemplo, para separar as várias proteínas existentes no sangue, no estudo das moléstias do coração e do sistema circulatório.
Referências Bibliográficas 
http://www.qnesc.sbq.org.br/online/qnesc09/quimsoc.pdf
http://www.ceset.unicamp.br/~mariaacm/ST108/coloides.pdf
http://cftc.cii.fc.ul.pt/PRISMA/capitulos/capitulo3/modulo6/topico1.php
http://www.fat.uerj.br/intranet/disciplinas/Fisico20Quimica/ApresentaF5es/Coloides/coloides.pdf 
https://s3-sa-east-1.amazonaws.com/gpdaa/g481-quimica-ext.pdf