O que são colóides

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

O que são colóides
Devemos concentrar todos os nossos pensamentos no trabalho que temos entre mãos. Os raios do sol não queimam se não forem focados.
Alexander Graham Bell.
As misturas de substâncias não nascem todas iguais. Por exemplo, quando dissolvemos açúcar no chá, o açúcar já não se separa espontaneamente do chá, nem mesmo usando filtros extremamente finos ou centrifugadoras extremamente potentes. As estas misturas chamamos soluções.
Por outro lado, o sumo de laranja recém espremido é também uma mistura aparentemente homogénea. Porém, se esperarmos um pouco, a polpa da laranja deposita-se no fundo do copo sob a acção da gravidade. A estas misturas chamamos suspensões.
Existe ainda um terceiro tipo de misturas, onde as substâncias não se separam sob a acção da gravidade, mas onde é possível separá-las usando filtros extremamente finos ou centrifugadoras extremamente potentes. O leite é uma dessas misturas. A este tipo de misturas chamamos colóides. Esta diferença resulta da diferença de tamanhos das partículas suspensas e o tamanho das partículas é usado como critério na definição dos colóides:
Colóide: [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 (chamado meio de dispersão).
Propriedades dos colóides
Nos colóides as partículas dispersas estão em movimento constante e errático devido às moléculas do fluido estarem constantemente a colidir contra elas. É por esta razão que as partículas dispersas não se depositam no fundo do recipiente sob a acção da gravidade. Este fenómeno pode ser observado no vídeo (source), onde se mostra o movimento browniano de cilindros de 2 µm de ouro/platina em água pura.
Efeito de Tyndall.
Efeito de Tyndall.
Os colóides dispersam fortemente a luz, pois as partículas dispersas têm tamanhos semelhantes ao comprimento de onda da luz visível. Este fenómeno é chamado efeito de Tyndall e permite distinguir as soluções verdadeiras dos colóides, pois as soluções verdadeiras são transparentes, ou seja não dispersam a luz, como pode ser visto na fotografia da esquerda. Este efeito também pode ser observado nas manhãs de nevoeiro, onde encontramos mais um exemplo de um colóide – neste caso de gotículas de água dispersas no ar.
Exemplos e classificação de colóides
Os colóides são classificados a partir dos vários estados do meio contínuo e da fase dispersa, como ilustrado na tabela:
	 
	Fase dispersa
	
	Gás
	Líquido
	Sólido
	Meio contínuo
	Gás
	Não existe
	Aerossol líquido
	Aerossol sólido
	
	Líquido
	Espuma líquida
	Emulsão
	Sol
	
	Sólido
	Espuma sólida
	Emulsão sólida
	Sol sólido
Esta lista está longe de ser completa, pois existem sistemas ainda mais complexos de misturas de gases, líquidos, sólidos ou cristais líquidos. Vejamos alguns exemplos de colóides:
Aerossóis líquidos e sólidos
Efeito de Tyndall no interior da catedral de Saint Germain (Paris).
Os aerossóis líquidos (exemplos: neblina, nuvens e sprays) são bastante comuns, assim como os aerossóis sólidos (exemplos: poeira e fumo) apesar de por vezes só nos apercebemos da presença deles devido ao efeito de Tyndall.
Menos conhecidos, se bem que extremamente fascinantes, são os aerogéis, onde a fase sólida dispersa no ar é também contínua. Os aerogéis são literalmente feitos de quase nada! A foto em baixo, à esquerda, mostra um aerogel composto de 96% de ar e 4% de sílica (o material de que é feita a areia), o qual é extremamente leve e resistente ao calor. Em baixo, à direita, pode ser vista uma microfotografia de um aerogel.
Aerogel.
Microfotografia de um aerogel.
Espumas líquidas e sólidas
As espumas líquidas (exemplos: chantilly, espuma da cerveja e espuma de barbear) e espumas sólidas (exemplos: pipocas, farófias e espuma de poliuretano também conhecida por esponja) são exemplos banais de colóides. Nas fotos seguintes podemos ver o chantilly e a sua estrutura microscópica:
Chantilly.
Estrutura microscópica do chantilly.
Emulsões (líquidas) e emulsões sólidas
O leite e a maionese (meio contínuo: água, fase dispersa: gordura) assim como a manteiga e a margarina (meio contínuo: óleo, fase dispersa: água) são exemplos de emulsões (líquidas). Na microfotografia da direita podemos ver a estrutura microscópica do leite, onde são visíveis os glóbulos de gordura (cinzento) e micelas de caseína (preto), as quais são responsáveis pela estabilidade do leite (ver mais na secção da estabilidade dos colóides).
Leite.
Estrutura microscópica do leite.
O queijo (meio contínuo: proteínas, fase dispersa: gordura) assim como o gelado (meio contínuo: água, fase dispersa: gordura) são exemplos de emulsões sólidas. Na foto da esquerda podemos ver fatias de queijo cheddar e na respectiva microfotografia da direita (escala: 1 µm) podemos ver os glóbulos de gordura (amarelo) num meio contínuo de proteínas (azul).
Queijo cheddar.
Microfotografia do queijo cheddar.
Sóis (líquidos) e sóis sólidos
Transição sol-gel.
A gelatina (meio contínuo: água, fase dispersa: proteínas) antes de arrefecer é um exemplo de um sol (líquido). Porém quando arrefece transforma-se num gel, onde a fase dispersa passa também a ser contínua.
No estado gel as proteínas da gelatina formam um agregado fractal auto-semelhante. Na microfotografia da direita (escala: 1 µm) podemos ver um gel de lisozina (uma proteína):
Gelatina.
Microfotografia de um gel de lisozina.
As pérolas (meio contínuo: proteínas, fase dispersa: placas de aragonite) assim como o aço ao carbono (meio contínuo: ferro, fase dispersa: carbono) são exemplos de sóis sólidos. Na microfotografia da direita podemos ver a estrutura de uma pérola, onde as placas de aragonite (mineral) têm cerca de 10 µm de diâmetro e 0.5 µm de espessura.
Pérola.
Microfotografia de uma pérola.
Estabilidade dos colóides
A estabilidade dos colóides depende em grande medida das propriedades da fase dispersa, nomeadamente se esta é liofílica ou liofóbica. O termo lio refere-se ao meio dispersante. Os termos mais familiares fóbico (do grego, "ter medo") e fílico (do grego, "gostar") servem para indicar se as partículas dispersas têm uma afinidade fraca (liofóbica) ou forte (liofílica) com o meio dispersante. Esta distinção tem uma base experimental. Em geral, os colóide liofílicos são bastante fáceis de preparar, bastante estáveis e razoavelmente simples de reconstruir. Os colóides liofóbicos geralmente são menos estáveis e são excepcionalmente difíceis de reconstruir.
Um exemplo comum de sistema liofílico é o sabão disperso na água. O óleo suspenso na água, pelo uso de uma técnica de dispersão por ultra-sons, por exemplo, representa um colóide liofóbico típico.
A rigidez inerente dos colóides não fluidos, tais como as espumas sólidas ou os sóis sólidos é, naturalmente, o factor principal que determina a sua estabilidade. Muitos colóides líquidos são estabilizados pela a adição de surfactantes (também chamados anfifílicos), os quais são moléculas que têm uma região liofílica e uma liofóbica.
Exemplos comuns deste tipo de moléculas são o sabão e os detergentes, os quais têm uma cabeça hidrofílica e uma cauda hidrofóbica. O mecanismo da estabilização baseia-se na formação de micelas:
Micela, secção recta.
As micelas normais, onde as moléculas do surfactante envolvem a substância hidrofóbica (óleo, por exemplo). Esta é uma forma bastante eficiente de estabilizar uma emulsão de óleo na água, pois o surfactante cria uma barreira mecânica que envolve cada gotícula de óleo, impedindo que estas se juntem quando chocam entre si. A existência de cargas do mesmo sinal, associadas às cabeças hidrofílicas, é um factor adicional de estabilidade devido às repulsões electrostáticas entre as micelas.
 Micela invertida, secção recta.
As micelas invertidas, onde as moléculas do surfactante envolvem a substância hidrofílica (água, por exemplo). Neste caso as cabeças hidrofílicas ficam em contacto com a água e as caudas
hidrófobas ficam em contacto com o óleo, blindando as gotículas de água e impedindo desta forma que estas se juntem quando chocam entre si.
É graças à formação das micelas que os sabões e detergentes dispersam a gordura das nódoas na água. Porém os sabões e detergentes não são os únicos surfactantes. Por exemplo, a estabilidade do leite deve-se à caseína (proteína) e a da maionese à lecitina (proteína) presente na gema de ovo, onde a caseína e a lecitina funcionam como surfactantes. Por outro lado, a adição das enzimas presentes no coalho ao leite destrói as micelas de caseína, o que permite que estas se aglutinem e dêem origem ao queijo depois da extracção do soro.
Os surfactantes têm também um papel importante na estabilização das espumas líquidas, pois as moléculas do surfactante que estão à superfície fazem diminuir a tensão superficial da água. A água pode assim distribuir-se por películas finas, ao invés de procurar concentrar-se num volume o mais compacto possível de forma a minimizar a área de contacto com o ar. É por esta razão que as bolas de sabão são tão estáveis.
Para certas proporções de água, óleo e surfactante podem aparecer estruturas muito mais complexas que as micelas. O diagrama seguinte ilustra este comportamento.
O diagrama lê-se da seguinte forma: – Um ponto P no interior do triângulo equilátero representa as proporções de água, dada pela altura h2, (lado vermelho); óleo, dada pela altura h3, (lado azul) e surfactante, dada pela pela altura h1 (lado amarelo), conforme ilustrado na figura da direita. A soma destas três proporções é sempre 100%. Para nos convencermos, basta notar que a área do triângulo equilátero A é igual à soma das áreas dos triângulos amarelo, vermelho e azul, i.e. A = ½h1 + ½h2 + ½h3.
Controlo dos colóides
Provavelmente a situação mais comum que contribui para a estabilidade coloidal é o facto de as partículas dispersas adquirirem cargas do mesmo sinal (visto que têm a mesma composição, não é de surpreender que tendam a acumular o mesmo tipo de carga). Este fenómeno deve-se quer à adsorção de iões do meio de dispersão, ou de moléculas de surfactante carregadas, quer à ionização de algumas moléculas ou partes de moléculas situadas à superfície das partículas dispersas.
Por exemplo, se a partícula coloidal acumular uma carga negativa à superfície, esta carga vai atrair os iões de carga positiva do meio de dispersão criando-se uma atmosfera difusa de iões de carga contrária (neste caso positiva) à volta da partícula coloidal, o que dá origem à criação de uma dupla camada eléctrica. É esta dupla camada eléctrica que "protege" as partículas coloidais, quando estas chocam, pois as atmosferas das partículas colóidais têm carga do mesmo sinal e consequentemente repelem-se, além de funcionarem como barreiras físicas que evitam a aglutinação das partículas coloidais.
A força de repulsão eléctrica não é, porém, a única força em jogo: existe também a força atractiva de Van der Waals, sendo o balanço destas duas forças que dita a estabilidade, ou a falta dela, de um colóide:
Esta teoria foi desenvolvida no começo da década de 40 por dois grupos de cientistas, Boris Derjagin e Lev Landau na Rússia, e Evert Verwey e Theo Overbeek na Holanda. Ambos os grupos publicaram as suas ideias após a Segunda Guerra Mundial e a teoria ficou democraticamente conhecida por teoria de Derjagin-Landau-Verwey-Overbeek, universalmente abreviada para "DLVO".
A dupla camada eléctrica pode ser controlada modificando o meio de suspensão, quer pela variação do pH, quer pela mudança dos iões dissolvidos, quer pela a adição de surfactantes, quer pela a adição de enzimas que destruam os surfactantes. E assim possível manipular as interacções entre partículas coloidais, podendo-se, inclusivamente, fazê-las passar de predominantemente repulsivas para predominantemente atractivas, e vice-versa.
Algumas aplicações tecnológicas
	Tratamento de efluentes
	Precipitação ou floculação para a remoção dos poluentes das águas residuais
	Indústria de tintas
	Obtenção de filmes homogéneos e resistentes
Produção de impressões com elevado poder de resolução sem entupir os tinteiros
	Indústria alimentar
	Mousses, cremes e géis estáveis
	Cosméticos e produtos de higiene
	Cremes e pastas-de-dentes
	Indústria dos detergentes
	Estabilização de solos, líquidos abrasivos
	Indústria farmacêutica
	Dispersões estáveis para assegurar uma dose uniforme do princípio activo
	Indústria agrícola
	Dispersão eficaz de pesticidas