Soluções-IQG120_Fernanda

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Prof. Fernanda e Antonio Guerra – IQ/UFRJ
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO – UFRJ
INSTITUTO DE QUÍMICA – IQG120
Prof. Fernanda e Antônio
Departamento de Química Geral e Inorgânica - DQI
Soluções
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SoluSoluççõesões
� Definição:
� Mistura Homogênea de duas ou mais substâncias.
� Soluto x Solvente
� Tipos:
� Solução saturada – máximo soluto/Quantidade solvente.
� Solução insaturada – abaixo do ponto de saturação.
� Solução supersaturada – acima do ponto de saturação.
� Precipitação
� Cristalização
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., 
Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São 
Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
Solução Saturada
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SoluSoluççõesões
� Tipos:
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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Processo de DissoluProcesso de Dissoluççãoão
� Dispersão uniforme de uma substância em outra!
� Misturas Gasosas – seguem a Lei dos Gases
� Misturas Líquidas
� Misturas Sólidas Fase Condensada
� Forças Intermoleculares
� Íon-Dipolo – íon + moléculas polares neutras (NaCl + H2O)
� Dispersão – moléculas apolares neutras (C6H14 + CCl4)
� Dipolo-Dipolo – moléculas polares neutras (H3COH + H2O)
� Ligação de Hidrogênio – moléculas polares neutras (H−−−−F; H−−−−O; H−−−−N).
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Processo de DissoluProcesso de Dissoluççãoão
� Tipos de Interação:
� Interação solvente-solvente
� Interação soluto-soluto
� Interação solvente-soluto
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Processo de DissoluProcesso de Dissoluççãoão
∆∆∆∆HSol = ∆∆∆∆H1 + ∆∆∆∆H2 + ∆∆∆∆H3
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
Partículas 
do solvente
separadas
Partículas 
do soluto
separadas
+
Solvente
Partículas 
do soluto
separadas
+
Solvente Soluto+
Solução
∆∆∆∆HSol
∆∆∆∆H3
∆∆∆∆H1
∆∆∆∆H2
Partículas 
do solvente
separadas
Partículas 
do soluto
separadas
+
Solvente
Partículas 
do soluto
separadas
+
Solvente Soluto+
Solução
∆∆∆∆HSol
∆∆∆∆H3
∆∆∆∆H1
∆∆∆∆H2
ProcessoProcesso
ExotExotéérmicormico
ProcessoProcesso
EndotEndotéérmicormico
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Processo de DissoluProcesso de Dissoluççãoão
� Energias do Processo:
� A quebra das interações é sempre endotérmica.
� ∆∆∆∆H1>0 e ∆∆∆∆H2>0
� A formação de novas interações é sempre exotérmica.
� ∆∆∆∆H3<0
� ∆∆∆∆HSolpode ser positivo ou negativo
� ∆∆∆∆H3> (∆∆∆∆H1+ ∆∆∆∆H2) – Processo Exotérmico
� ∆∆∆∆H3< (∆∆∆∆H1+ ∆∆∆∆H2) – Processo Endotérmico
NH4NO3(s) + H2O(l) ���� NH4+(aq) + NO3−−−−(aq) ∆∆∆∆Hdissolução= +26,4 kJ/mol
MgSO4(s) + H2O(l) ����Mg2+(aq) + SO42−−−−(aq) ∆∆∆∆Hdissolução= −−−−91,2 kJ/mol
∆∆∆∆HSol = ∆∆∆∆H1 + ∆∆∆∆H2 + ∆∆∆∆H3
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Espontaneidade e DesordemEspontaneidade e Desordem
� Fatores Termodinâmicos:
� Variação de Entalpia (∆∆∆∆H) – mede a energia do sistema
� Variação de Entropia (∆∆∆∆S) – mede a desordem do sistema
� Processos exotérmicos tendem a ser espontâneos
� Processos endotérmicos dependem da entropia
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, 
R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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A A ÁÁgua como Solventegua como Solvente
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
� Dissolvendo substâncias iônicas:
� Interação íon-dipolo
� Solvatação – hidratação
� Alta constante dielétrica (D = 78,54)
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A A ÁÁgua como Solventegua como Solvente
� Dissolvendo substâncias covalentes:
� Interação dipolo-dipolo
� Ligação de hidrogênio
Ligações de Hidrogênio
Metanol
Água
Água
Metanol
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� Exercícios
� Preveja as solubilidades relativas entre: (a) Br2(l) em Benzeno e em 
H2O(l); (b) KCl(s) em CCl4(l)e NH3(l); (c) CH2O(l) em CS2(l)e H2O(l). 
(Resposta: (a) benzeno maior que água; (b) amônia maior que tetracloreto de carbono; (c) 
água maior que dissulfeto de carbono )
� O iodo é mais solúvel em água ou em dissulfeto de carbono?
(Resposta: dissulfeto de carbono)
Processo de DissoluProcesso de Dissoluççãoão
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Unidades de ConcentraUnidades de Concentraççãoão
� Concentração Simples – (g/L)
C =
massa de soluto
volume de solução
� Porcentagem em Massa – (%m/m)
%m/m =
massa de soluto
massa de solução
x 100
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� Concentração Molar – Molaridade (mol/L)
M =
moles de soluto
litros de solução
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Unidades de ConcentraUnidades de Concentraççãoão
� Concentração Molal – Molalidade (mol/kg)
m =
moles de soluto
massa de solução (kg)
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� Expressando Concentração
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Unidades de ConcentraUnidades de Concentraççãoão
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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� Exercícios
� Sabendo que 1,2 kg de etilenoglicol (HOCH2CH2OH) foi adicionado ao 
radiador de um automóvel contendo 4,0 kg de água. Supondo a 
densidade da água igual a 1,00 g/mL, determine: (a) a concentração em 
g/L; (b) a porcentagem em massa; (c) a molaridade; (d) a molalidade.
(Etilenoglicol = 62,1 g/mol)
(Resposta: (a) 300 g/L; (b) 23,1%; (c) 4,8 mol/kg; (d) 4,8 mol/L )
� Determine a molalidade de uma solução 48,2% em massa de brometo de 
potássio (KBr)
(KBr = 119,0 g/mol)
(Resposta: 4,1 mol/kg)
Unidades de ConcentraUnidades de Concentraççãoão
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Solubilidade e TemperaturaSolubilidade e Temperatura
� Solubilidade dos Sólidos:
� Regra geral – a solubilidade aumenta com a temperatura
� Não há correlação entre ∆∆∆∆HSol e Solubilidade x Temperatura
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, 
Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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Solubilidade e TemperaturaSolubilidade e Temperatura
� Cristalização Fracionada
� Separação de uma 
mistura homogênea em 
função da diferença de 
solubilidade entre seus 
componentes
90 g KNO3 + 10 g NaCl
1. Dissolver a mistura em 100 mL de 
água a 600C
2. Resfriar a solução a 00C
3. Todo NaCl permanecerá em 
solução (s = 34,2g/100g)
4. 78 g de KNO3 puro precipitará
(s = 12,1 g/100g). 90 g – 12,1 g = 77,9 g FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. 
São Paulo: McGrawn-Hill, 2006. 778p.
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Solubilidade e TemperaturaSolubilidade e Temperatura
� Solubilidade dos Gases:
� Regra geral – a solubilidade diminui com a temperatura
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, 
Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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Solubilidade e PressãoSolubilidade e Pressão
� Solubilidade dos Gases – Lei de Henry
� Não há efeito considerável sobre sólidos e líquidos
� Altera o equilíbrio Gás dissolvido ���� Gás Livre
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, 
Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson PrenticeHall, 2005. 972p.
gg kPS =Solubilidade do gás (mol/L)
Pressão Parcial do gás (atm)
Constante (mol/L.atm)
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� Exercícios
� Calcule a concentração de CO2 (mol/L) em um refrigerante engarrafado 
sob pressão parcial de 4,0 atm a 250C.
(K = 3,1 x 10−−−−2 mol/L.atm)
(Resposta: 0,12 mol/L)
� A solubilidade do N2 a 250C e 1 atm é 6,8 x 10−−−−4 mol/L. Determine a 
concentração de nitrogênio dissolvido na água nas condições normais.
(PNitrogênio = 0,78 atm)
(Resposta: 5,3 x 10−−−−4 mol/L)
SolubilidadeSolubilidade
gg kPS =
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Conceito:
� Algumas propriedades físicas das soluções diferem das dos 
solventes puros.
� Dependem apenas do número de partículas do soluto em 
solução.
� Independe da natureza das partículas.
� Pressão de Vapor:
� Pressão de equilíbrio Líquido ���� Vapor
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Abaixamento da Pressão de Vapor – Lei de Raoult
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
AAA PΧP °=
Pressão parcial do solvente na solução
Pressão de vapor do solvente puro
Fração molar do solvente
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� Exercícios
� Determine a pressão de vapor e o abaixamento da pressão de vapor de 
uma solução preparada por 218 g de glicose (C6H12O6) em 460 mL de 
água a 300C.
(dágua = 1,00 g/ml; Págua = 31,82 mmHg; Glicose = 180,2 g/mol; água = 18,02 g/mol)
(Resposta: 30,4 mmHg; 1,4 mmHg)
� Determine a pressão de vapor a 250C de uma solução preparada pela 
adição de 50,0 mL de glicerina (C3H8O3) e 500,0 mL de água.
(dglicerina = 1,26 g/ml; Págua = 23,8 torr; água = 18,02 g/mol; glicerina = 92,1 g/mol)
(Resposta: 23,08 torr)
Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
AAA PΧP °=
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Soluções Ideais
� Obedece à Lei de Raoult!
PA = XA P A 0
PB = XB P B0
PT = PA + PB
Solução Ideal
FONTE: Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química. Questionando a Vida Moderna 
e o Meio Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto Alegre: Bookman, 2001. 914p.
∆∆∆∆HSol = 0000
Força
A-B
Força
A-A
Força
B-B= =
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Soluções Não-Ideais
PT > Lei Raoult
Processo Endotérmico
Força
A-B
Força
A-A
Força
B-B< &
PT < Lei Raoult
Processo Exotérmico
Força
A-B
Força
A-A
Força
B-B> &
FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, 2006. 778p.
∆∆∆∆HSol < 0000∆∆∆∆HSol > 0000
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Destilação
� Maior concentração do componente 
mais volátil da mistura no vapor.
FONTE: http://www2.fc.unesp.br/lvq/animations.htm
Destilação Simples Destilação Fracionada
• PE < 1500C a 1 atm
• Impurezas não-voláteis
• PE1 ≠≠≠≠ PE2 > 250C
• Líquidos miscíveis
• PE1 ≠≠≠≠ PE2 < 250C
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Abaixamento da Pressão de Vapor
� Um soluto não-volátil abaixa a pressão de vapor.
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. 
M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Elevação do Ponto de Ebulição
� Menor pressão de vapor, mais energia para alcançar 1 atm!
� Abaixamento do Ponto de Congelamento
� Menor pressão de vapor, menor o ponto triplo!
mK∆T CC =
Abaixamento do Ponto de Congelamento Molalidade
Constante molar
C
0
CC TT∆T −=
mK∆T ee =
Aumento do Ponto de Ebulição Molalidade
Constante molar
0
eee TT∆T −=
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� Exercícios
� Determine o ponto de ebulição e o ponto de congelamento de uma 
solução 25% em massa de etilenoglicol (C2H6O2) em água.
(Etilenoglicol = 62,1 g/mol; Ke = 0,51 0C.mol/kg; Kc = 1,86 0C.mol/kg)
(Resposta: 102,70C; −−−−10,00C)
� Determine o ponto de ebulição e o ponto de congelamento de uma 
solução que contém 651 g de etilenoglicol (C2H6O2) em 2505 g de água.
(Etilenoglicol = 62,1 g/mol; Ke = 0,51 0C.mol/kg; Kc = 1,86 0C.mol/kg)
(Resposta: 102,20C; −−−−7,790C)
Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
mK∆T ee = mK∆T CC =
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Osmose
� Deslocamento de solvente - ↑Concentração����↓Concentração
� Membranas semipermeáveis – passagem seletiva!
Membrana
Semipermeável
Pressão
Osmótica (pipipipi)
Moléculas de
Soluto
Moléculas de
Solvente
FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, 2006. 778p.
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Pressão Osmótica (pipipipi)
� Pressão necessária para previnir a osmose.
� Obedece uma lei similar à lei do gás ideal (PV=nRT)
MRTpi
RT
V
n
pi
nRTpiV
=






=
=
Derivação da Lei dos Gases
Temperatura (K)Pressão osmótica
Molaridade (mol/L) Cte gases (0,0821 L.atm/K.mol))
Solução Isotônica ���� pipipipiA = pipipipiB onde ([A] = [B])
Solução Hipotônica � piA < piB onde ([A] < [B])
Solução Hipetônica � piA > piB onde ([A] > [B])
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Pressão Osmótica (pipipipi)
� Exercícios
� Determine a concentração de uma solução de glicose (C6H12O6) que será
isotônica com o sangue.
(pipipipisangue = 7,7 atm a 250C)
(Resposta: 0,31 mol/L)
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
Crenação Hemólise
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Exercícios
� 7,85 g de um composto de fórmula empírica C5H4 é dissolvido em 301 g
de benzeno. Sabendo que o abaixamento do ponto de congelamento dessa 
solução é de 1,050C, determine a massa molar e a fórmula molecular do 
composto.
(Ke = 5,12 0C.mol/kg)
(Resposta: 127 g/mol; C10H8 )
mK∆T ee =
� 35,0 g de hemoglobina é dissolvido em água formando 1L de solução. 
Sabendo que a pressão osmótica dessa solução é de 10,0 mmHg a 250C, 
determine a massa molar da hemoglobina.
(R = 0,0821 L.atm/K.mol; 1 atm = 760 mm Hg)
(Resposta: 6,51 x 104 g/mol) MRTpi =
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Soluções Contendo Não-Eletrólitos
� As propriedades coligativas dependem apenas do número de 
partículas em solução e não da natureza do soluto!
� Abaixamento da Pressão de Vapor:
� Elevação do Ponto de ebulição:
� Abaixamento do Ponto de Congelamento: 
� Pressão Osmótica: 
P1 = X1P 10
∆∆∆∆Tb = Kb m
∆∆∆∆Tf = Kf m
pipipipi = MRT
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Soluções Contendo Eletrólitos
� As propriedades coligativas dependem apenas do número de 
partículas em solução e não da natureza do soluto!
� Abaixamento da Pressão de Vapor:
� Elevação do Ponto de ebulição:
� Abaixamento do Pontode Congelamento: 
� Pressão Osmótica:
� Fator de van’t Hoff (i):
P1 = X1P 10
∆∆∆∆Tb = iKb m
∆∆∆∆Tf = iKf m
pipipipi = iMRT Não-eletrólito ���� i = 1
NaCl���� i = 2
MgCl2���� i = 3
i = número de partículas dissociadas/fórmula unitária
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Propriedades Propriedades ColigativasColigativas
� Grau de Dissociação de Eletrólitos
� Altas concentrações ���� i menores. 
� Formação de pares iônicos:
� Cátions e ânions unidos por forças eletrostáticas!
*Nâo-eletrólito
FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, 2006. 778p.
� A pressão osmótica de uma solução 0,010 M de KI a 250C é 0,465 atm. 
Determine o fator de van’t Hoff dessa solução.
(R = 0,0821 L.atm/K.mol) (Resposta: 0,31 mol/L) pipipipi = iMRT
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ColColóóidesides
� Tamanho das Partículas – Thomas Graham (1805-1869)
� Solução���� partículas < 1 nm (10−−−−9m)
� Suspensão���� partículas > 1 µm (10−−−−6m)
� Colóides���� 1 nm < partículas < 1 µm
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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ColColóóidesides
� Características:
� Movimento Browniano – Robert Brown (1773-1858)
� Movimento aleatório das partículas dispersas, causado pela colisão 
das moléculas do solvente!
� Efeito Tyndall
� Espalhamento de luz pelas partículas coloidais!
� Hidrofílicos (ligações C−−−−O, O−−−−H, N−−−−H ou carregados)
� Apresentam afinidade pela água!
� Hidrofóbicos
� Não apresentam afinidade pela água!
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química –
Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice 
Hall, 2005. 972p.
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ColColóóidesides
� Estabilização de um Colóide Hidrofóbico:
� Adsorção de íons – aderir à superfície!
� Os íons interagem com a água.
� A repulsão entre íons de mesma carga evita a agregação das 
partículas.
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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40
ColColóóidesides
� Estabilização de um Colóide Hidrofóbico:
� Presença de grupos hidrofílicos na superfície.
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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ColColóóidesides
� Ação de Limpeza
� Sabões de detergentes são agentes emulsificantes!
� Tensoativos ou surfactantes.
� Diminui a tensão superficial da água.
Gordura
Água
Detergente
Água Água
Miscela
FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, 2006. 778p.