Aula 1 -Coloides-2019

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Coloides
• O que é um coloide? Exemplos?
Nos coloides, embora um dos componentes esteja em uma fase finamente
dividida, o grau de subdivisão não atinge o de soluções moleculares.
O termo “coloide” refere-se a uma classe
intermediária de materiais situada entre sistemas em
bulk e dispersões moleculares. (D. H. Everett)
Gotículas 
de óleo Água
Fase dispersa entre 
1 e 10.000 nm
Óleo em água
Bulk
0,18 nm
Molécula
Conceito abrangente de coloides
1) Dispersões coloidais e emulsões.
Sistemas bifásicos com uma fase dispersa 
(sólida ou líquida) em um meio contínuo. 
Dimensões da fase dispersa muito maiores do 
que a escala molecular.
2) Soluções de polímeros ou macromoléculas.
Dimensões da macromolécula são muito 
maiores do que as do solvente ou da fase 
contínua.
3) Coloides de associação (surfactantes).
Agregados de moléculas associadas (podem 
ser uma solução ou ter comportamento 
coloidal).
Fase 
contínua
Fase 
dispersa
Fase dispersa
Gás Líquido Sólido
Gás
Não existe
Todos os gases 
são miscíveis.
L/G
Aerosol líquido
nuvem, neblina, spray 
S/G
Aerosol sólido
Fumaça, poeira no ar, 
desodorante
Líquido
G/L
Espumas
clara de ovo 
batida em “neve”, 
espuma de 
extintores
L/L
Emulsões
Leite, maionese, 
sorvete, manteiga, 
cosméticos, piche
S/L
Sol ou dispersão
Tintas, Tintas de 
impressão, pasta de 
dente, dispersões de 
partículas em geral
Sólido
G/S
Espuma Sólida: 
“Isopor”, espumas 
isolantes, pedra 
pomes, esponjas 
de limpeza, vidro 
poroso, silica gel
L/S
Gel
Gelatina, Gel para 
cabelo, geléia
S/S
Dispersão sólida
Vidro Rubi (Au III em
vidro), opala, algumas
ligas, osso, asfalto, 
plásticos pigmentados
F
a
s
e
 c
o
n
tí
n
u
a
Exemplos de dispersões coloidais: 
Soluções poliméricas
Fase dispersa
Polímeros, polissacarídeos, proteínas
Solvente
Gels
Geléia, cola de trigo, solução de amido
F
a
s
e
 c
o
n
tí
n
u
a
Exemplos de soluções poliméricas e coloides de 
associação: 
Coloides de associação
Fase dispersa
Micelas
Solvente
Soluções de surfactantes, detergentes ou sabões em
água
F
a
s
e
 c
o
n
tí
n
u
a
Exemplos de coloides na indústria e na natureza
Produtos 
manufaturados 
como coloides 
ou materiais 
ativos na 
superfície
Sabões e detergentes; cosméticos; fármacos; 
amaciante de roupas; alimentos (sorvete, manteiga,
maionese, etc); emulsificantes e estabilizantes; 
cerâmicas; papel; herbicidas e pesticidas (aplicados 
em spray); tintas látex; tintas a óleo; vernizes; 
adesivos e lubrificantes
Aplicação direta 
de fenômenos 
coloidais e de 
superfícies
Lubrificação; adesão; espumas e emulsões; 
superfícies à prova de água (hidrofóbicas); 
polimerização em dispersão e emulsão; sinterização; 
flotação (purificação de água e de minérios); 
extração de petróleo de rochas; cromatografia; 
moagem; adsorção para limpeza do ar e da água; 
controle de propriedades reológicas; sinterização.
Aplicações 
fisiológicas
Fenômenos de capilaridade e transporte de líquidos; 
transporte no sangue; enzimas; membranas 
celulares; lubrificação de juntas; adesão celular; 
respiração.
Ref: livro Meyers
1) Dispersões coloidais de sólidos
A fase dispersa pode ser um sólido disperso em um líquido ou 
em um gás. 
Distribuições de tamanho podem ser mono ou polidispersas.
Latex de PS-HEMA
Galembeck, F. et al., 
Unicamp
Nanopartículas de ouro
Imperial College
London
Sílica de Stöber
Lape, N. K., Harvey 
Mudd College
Exemplos de partículas: Au coloidal; Sílica; Látex (de PS, PS-
HEMA, etc); Nanocelulose; Nanopartículas em geral; Argilas.
1) Dispersões coloidais de sólidos
A fase dispersa pode ser um sólido disperso em um líquido ou 
em um gás. 
Distribuições de tamanho podem ser mono ou polidispersas.
Exemplos de partículas: Au coloidal; Sílica; Látex (de PS, PS-
HEMA, etc); Nanocelulose; Nanopartículas em geral; Argilas.
Nanocristais de 
celulose
Rezende, C. A. et al., 
Unicamp
Nanopartículas de TiO2
Research Nano Labs
Partículas de caolinita
(“China clay”)
NASA Goddard 
Centre
1) Emulsões: 
dispersões de 
liquido em líquido
Maionese no 
microscópio ótico
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCP2gyvnLkscCFQKSkAodnVoB-g&url=http://sossolteiros.bol.uol.com.br/agora-ta-comprovado-viajar-na-maionese-faz-bem-ao-cerebro-1/&ei=yFjCVf2cA4KkwgSdtYXQDw&bvm=bv.99261572,d.Y2I&psig=AFQjCNHq9Q2jgAtZdUr6QNPan8E1UffFvQ&ust=1438886457808239
1) Emulsões: dispersões de líquido em líquido
• Misturas heterogêneas de um líquido imiscível disperso 
em outro na forma de gotas.
• Diâmetro geralmente maior que 0,1 m.
• Emulsificantes: clara de ovo (lecitina), mostarda (mucilagem da 
semente), lecitina de soja, surfactantes comestíveis (estearato 
lactato de sódio).
• Cosméticos, maionese, cremes, manteiga, etc.
• Emulsões na culinária.
2) Soluções de polímeros e de macromoléculas
• Dimensões das moléculas de solutos são 
muito maiores que as do solvente.
• Soluções de polissacarídeos e proteínas.
Dissolução de amido de 
milho em água
Amilose
Amilopectina
Dissolução de gelatina
3) Coloides de associação
• Moléculas anfifílicas: cabeça polar (hidrofílica) e uma 
cauda apolar (hidrofóbica).
• Adsorvem fortemente na interface água-ar: ativas na 
superfície (surfactantes) 
Adsorção na interface
Lauril éter sulfato de sódio
3) Coloides de associação
Surfactantes se associam à medida que sua concentração 
aumenta na solução:
Concentração micelar crítica (CMC)
- Micelas: estruturas de tamanho coloidal com 50-100 
unidades cujas partes hidrofóbicas se isolam do solvente 
hidrofílico.
- Podem ocorrer micelas invertidas também.
Outros formatos de micelas:
Classificação dos coloides quanto à afinidade entre 
a fase dispersa e o solvente (meio líquido).
Dispersão pode se formar espontaneamente quando o solvente é
adicionado.
Soluções de macromoléculas ou de substâncias que se agregam no
solvente (uma única fase).
- Classificação feita por Freundlich (1926) baseada na facilidade em 
se redispersar um coloide depois de seco. 
Liofílicos: coloides que têm afinidade pelo meio de
dispersão (solvente).
Chamados de hidrofílicos se o solvente for água.
Liofóbicos: coloides que não possuem afinidade pelo
solvente.
Chamados de hidrofóbicos, se o solvente for água.
Dispersão de partículas insolúveis que requer agitação vigorosa para ser
formada e cujas partículas permanecem dispersas temporariamente.
Sistema com pelo menos duas fases distintas, que não pode se formar
espontaneamente.
Comparação entre as propriedades de coloides 
liofílicos e liofóbicos.
Liofílicos Liofóbicos
Resíduo seco redispersa
espontaneamente
Irreversivelmente coagulados por 
secagem
Estáveis em altas concentrações de 
fase dispersa
Estáveis apenas em pequenas 
concentrações de fase dispersa 
Não precipitam sob adição de 
eletrólitos (I0,1M)
Precipitam quando eletrólitos são
adicionados
Estáveis sob diálise prolongada Instáveis sob diálise prolongada
Coagulação produz um gel Coagulação produz grânulos de 
forma definida
 menor que o do meio  inalterado
Interfaces e superfícies em sistemas coloidais
Interfaces e superfícies assumem um importante papel em 
sistemas coloidais devido ao tamanho da fase dispersa.
Partículas de sílica
➢ 1 g de vidro com partículas de 1 mm de
diâmetro tem uma área superficial de
0,003 m2
➢ A mesma massa de aerosil (com
partículas de 7 nm de diâmetro) tem uma
área superficial de 300 m2
Grande área interfacial/ 
superficial
Fase 
contínua
Fase 
dispersa
Exemplo: 
• Importância das interfaces (interações interfaciais)
Myers, D. 
Interface é a região do espaço através da qual as
propriedades intensivas de um sistema mudam de
uma fase (liquida ou sólida) para outra (líquida,
sólida ou gás).
Visão de 
químicos! 
- Superfície: interface entre 
uma fase condensada 
(sólido ou líquido) e uma 
fase gasosa (gás ou vapor).
Interface e Superfície• Natureza da interface
• Região de contato: mudanças gradativas nas propriedades do 
sistema de uma fase para a outra.
Interface Líquido- vapor Goodwin J.
• Natureza da interface
Interface Líquido- vapor Myers, D. 
• A mudança se estende de 1 até dezenas de unidades de 
diâmetros moleculares.
• Energia livre de superfície
• Interações no bulk versus interações na superfície
• O ambiente energético no bulk é diferente do da superfície: 
influência sobre reatividade e propriedades.
• O menor número de interações na superfície leva a um aumento 
na energia livre total do sistema que é proporcional à:
➢ Área da superfície
➢ Densidade de átomos ou moléculas na superfície
Energia livre de superfície (“em excesso”)
• Energia livre de superfície e tensão superficial
• Força líquida (normal à superfície) puxando as moléculas 
para o bulk
Origem da tensão superficial ()
Myers, D.
• Energia livre de superfície: unidade J
• Energia livre de superfície específica: J/m2
• Tensão superficial: unidade N/m (=J/m2)
1 N = 1 J/m
➢ Para líquidos : tensão superficial e energia livre de 
superfície específica são equivalentes.
• Definição termodinâmica da tensão superficial
• Definição termodinâmica da tensão superficial () em função do trabalho (W)
necessário para superar as interações intermoleculares e criar uma nova
superfície de área (A):
 é a constante de 
proporcionalidade 
em N/m
• Energia livre de superfície: unidade J
• Tensão superficial: unidade N/m (=J/m2)
W=𝛾𝐴
𝐴
W=𝛾2𝐴
• Existência da interface e energia livre de superfície
• A presença da interface está associada a uma energia 
livre de superfície positiva (necessidade de efetuar 
trabalho para estender a interface).
➢ Sem essa energia livre e na ausência de forças externas 
que atuem separando as fases, estas irão se misturar.
Se a interface não tiver energia livre positiva, ela não
pode existir como uma fronteira entre duas fases.
https://www.youtube.com/watch?v=Pe12NedfYC0
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCIWg193AkscCFUMKkAod_50H-Q&url=http://www.utwente.nl/tnw/pcf/education/masterprojects/ordering_of_molecules/&ei=BE3CVYWOLsOUwAT_u57IDw&bvm=bv.99261572,d.Y2I&psig=AFQjCNHDo-Q_X4gTU1RaOue-G4xGfG6z5w&ust=1438883433192145
• Sistema coloidais possuem grande área interfacial
- Tensão interfacial e superficial
Forma arredondada de superfícies líquidas
Fios metálicos finos de cobre encolhem lentamente
Superfícies de metais moles se “curam” de riscos
- A transição entre o estado macroscópico e o estado 
coloidal implica em um aumento grande da relação 
superfície/volume.
• Estabilidade de coloides
• Com todas essas superfícies e interfaces levando à perda de 
interações favoráveis, os sistemas coloidais ainda podem ser 
estáveis?
• O sistema não deveria caminhar sempre na direção de 
minimizar a energia livre total?
• Estabilidade é um termo relativo
Estabilidade, instabilidade e metaestabilidade
Muitos sistemas coloidais são instáveis
termodinamicamente, mas barreiras cinéticas
podem ser impostas para que eles pareçam
estáveis.
Exemplo: emulsão (termodinâmica x cinética)
Existem outros fatores em questão
Tudo se resume a controlar a 
estabilidade coloidal!
• Aplicações são consequência de propriedades 
diferenciadas (ligadas às interfaces)
- Propriedades ópticas
Sistemas visualmente turvos ou opacos
Cargas de preenchimento para promover 
opacidade usadas em tintas e papel
- Propriedades reológicas
Viscosidade; sedimentação; deformação
- Propriedades elétricas
Dupla camada elétrica