Coloides 4

 

UNIVERSIDADE SALVADOR ENGENHARIA QUÍMICA

ESTUDO DOS COLÓIDES

CRISTIANE DE JESUS LAGO ISAIAS SANTOS SILVA JADIEL CASTELÃO LOURDES CHIARA RODRIGUES MORAIS

Salvador, Bahia, Brasil 2011

 

ESTUDO DOS COLÓIDES por 

CRISTIANE DE JESUS LAGO ISAIAS SANTOS SILVA JADIEL CASTELÃO LOURDES CHIARA RODRIGUES MORAIS

Rela Re latór tório io re refer feren ente te à pr práti ática ca em la labo bora rató tóri rioo so sobr bree o es estu tudo do do doss co coló lóid ides es..

Quím Químic icaa ger geral al II, II, 3º

se seme mest stre re do Curs Cursoo Su Supe peri rior or de Engen En genhar haria ia Quím Químic ica, a, mi mini nist stra rada da pela profa. Leila Aguilera.

Salvador, Bahia, Brasil 2011

 

1. TÍTULO

 

2. FUNDAMENTAÇAO TEÓRICA

Colóides são misturas heterogêneas de pelo menos duas fases diferentes, uma chamada dispersa e outra meio de dispersão, sendo esses, gás líquido ou sólilido só do.. Em 18 1860 60,, o quím químic icoo br brititân ânic icoo Thom Thomas as Gr Grah aham am de desc scob obri riuu qu quee substâncias como o amido, a gelatina, a cola e a albumina do ovo difundiam-se muititoo le mu lent ntam amen ente te quan quando do co colo loca cada dass em ág água ua,, ao co cont ntrá rári rioo de ou outr tras as substâncias comodescobriu o açúcarque e o substâncias sal de cozinha. Em 1860, oa químico Thomas Graham como o amido, gelatina,britânico a cola e a albumina do ovo difundiam-se muito lentamente quando colocadas em água, ao contrário de outras substâncias como o açúcar e o sal de cozinha. Thiago André Carreo Costa, aluno de pós-graduação da Universidade Federal de Goiás afirma que colóides como albumina podem ser usados na medicina por  serem naturais e podem atuar transportando moléculas, incluindo os ácido graxos, hormônios entre outros. Ele afirma também que a gelatina é um colóide que contém moléculas de alto peso molecular. Todos esses colóides, segundo Thiago Costa tem grande importância medicinal substituindo fluidos sintéticos. Diál Diális isee é o pr proc oces esso so de sepa separa raçã çãoo at atra ravé véss do qu qual al,, mo molé lécu cula lass me meno nore ress atravessam uma membrana semipermeável enquanto as moléculas maiores ou part pa rtíc ícul ulas as colo coloid idai aiss são são re retitida dass pe pela la mesm mesmaa me memb mbra rana na.. As dife difere rent ntes es interações entre as fases dispersa (partículas) e a de dispersão (contínua) constituem um dos pontos críticos do comportam um dos pontos críticos do compor com portam tament entoo e da estabi estabilid lidade ade dos col colóid óides. es.Ess Essee mo model deloo do sis sistem temaa coloidal pressupõe muitos equilíbrios químicos nas fases, ocorrendo processos dependentes do tempo e que resultam na agregação de partículas de uma dispersão sólido-líquido ou na coalescência de gotas de uma emulsão. Essas unidades cinéticas (partículas/gotas) podem permanecer estáveis e constantes com o tempo devido à afinidade entre a superfície da partícula e o solvente.

Colóides são misturas heterogêneas de pelo menos duas fases diferentes, com a matéria de uma das fases na forma finamente dividida (solido, liquido ou gás), denominada fase dispersa ou simplesmente disperso, misturada a fase cont co ntin inua ua (s (sol olid ido, o, liliqu quid idoo ou gá gás) s),, de deno nomi mina nada da me meio io de di disp sper ersã são, o, ou simplesmente dispergente. Nesse sistema pelo menos um dos componentes da mistura apresenta uma dimensão no intervalo de 1 a 100 nanômetros (1nm = 10-9m). O parâmetro de classificação dos colóides é os estados físicos do meio continuo e da fase dispersa. Assim, de uma forma geral, podemos classificá-los como: sol- disperso sólido e dispergente líquido, emulsão- disperso liquido e dispergente liquido, e aerosois- disperso solido liquido e dispergente gasoso. O sistema coloidal sol, pode ainda ser alterado para um sistema coloidal gel, ou vice-versa, através da operação de pectização (retirada de dispergente) e

 

peptiz tizaçã açãoo (ad (adiçã içãoo de dis disper perge gente nte), ), res respec pectiv tivam ament ente. e. Qua Quanto nto ao as aspec pecto to pep dess de ssas as du duas as su susp spen ensõ sões es el elas as se di dife fere rem m no po pont ntoo qu quem em en enqu quan anto to so soll apresenta-se na forma de uma solução liquida, gel apresenta-se com um aspecto solido. Esse aspecto solido deve-se ao rearranjo das moléculas de uma forma tridimensional atribuindo rigidez e elasticidade ao sistema. Existe ainda o sistema coloidal denominado espuma, onde há a dispersão de um gás em um liquido, pois alem das bolhas em enormes e visíveis são formadas também tam bém bol bolhas has de dim dimens ensões ões col coloid oidais ais.. Por est estes es asp aspect ectos os as esp espum umas as também podem ser classificadas como colóides. Os sistemas coloidais podem ser classificados ainda quanto a natureza das partículas do disperso em: micelar, molecular ou iônico, e quanto a afinidade entre o disperso e o dispergente em colóides liófilos ou reversíveis ( quando existe afinidade entre ambos) ou colóides liofóbos ou irreversíveis ( quando não há afinidade entre ambos). Quando existe essa afinidade as partículas do disperso adsorvem as moléculas do dispergente ficando por uma película denominada camada de solvataçao, que permite que as partículas do disperso fiquem isoladas umas das outras e , com isso, é possível transformas o sistema coloidal em sol ou em gel. A em emuls ulsão ão,, di disp sper ersã sãoo co colo loid idal al de um liq liqui uido do em ou outr tro, o, ge gera ralm lmen ente te sã sãoo esta es tabbililiz izad adas as por um te terc rceeir iroo com omppone nent ntee, den enom omin inad adoo te tens nsooat ativ ivoo ( em emul ulsi sific fican ante te), ), qu quee se lo loca caliz lizaa na int inter erfa face ce en entr tree as fa fase sess liliqu quid idas as.. As emuls em ulsões ões são ins instáv táveis eis ter termod modina inamic micam ament entee e, por portan tanto, to, não se for forma mam m espontaneamente, sendo necessário fornecer energia para formá-las através da agitação, de homegeneizadores, ou de processos de spray. Com o tempo as em emul ulsõ sões es te tend ndem em a re reto torn rnar ar pa para ra o es esta tado do es está táve vel,l, de dest staa fo form rmaa os emul em ulsi sific ficad ador ores es fu func ncion ionam am co como mo ag agen ente tess qu quee au aume ment ntam am a es esta tabi bililida dade de cinética das emulsões, tornando-as razoavelmente estáveis e homogêneas. Os colóides podem ser purificados por meio da ultrafiltraçao, ultracentrifugaçao, diálise e eletrodialise. A diálise baseia-se remoção impurezas através da diferença da velocidade com que ocorre ana difusão, porde meio de uma membrana permeável, das partículas que se deseja remover e das partículas coloidais. Como é um líquido que promove esse fluxo de arraste de partículas, pode-se dizer que as partículas coloidais são lavadas por um fluxo continuo que ocorre através da membrana permeável. A eletrodialise, difere-se da diálise somente no aspecto de que nesta a remoção ou arraste das impurezas é forçada por  meio de um campo elétrico, logicamente ela só funciona se as impurezas tiverem caráter iônico.

 

3. OBJETIVO Preparar soluções coloidais, estudar suas propriedades, além de discutir os resultados desse experimento.

 

4. PARTE EXPERIMENTAL

4.1 Vidrarias •

Béquer 50mL

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Placa de petri

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Tubo de ensaio Pipeta graduada de 25mL

4.2 Materiais diversos •

Espátula

4.3 Reagentes •

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Hidróxido de amônio- NH4OH Água desmineralizada- H2O

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Cloreto de ferro III- FeCl 3

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Sulfato de cobre- CuSO4

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Ácido sulfúrico- H2SO4

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Hidróxido de ferro III- Fe 3OH

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Nitrato de prata- (AgNO3)

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Óleo

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Detergente- R — COONH(CH2-CH2-OH)3

4.4 Equipamentos •

Aquecedor digital

 

4.5 Preparação do gel hidróxido de cobre

Em um tubo de ensaio colocamos 2mL de solução saturada de sulfato de cobre ( ) e adicio adicionamos, namos, gota a gota, hidróxido de amônio cconcentrado oncentrado ate que uma espécie de gel gel de hidróxido de cobre II se formou. Quando este gel se formou, continuamos adicionando o hidróxido de amônio ate que se percebesse a dissolução, depois acrescentamos, gota a gota, acido sulfúrico ate que o gel se formasse novamente. 4.6 Diálise de hidróxido de ferro III

Preparamos uma solução de hidróxido de ferro IIII a partir do aquecimento de umaa solu um soluçã çãoo de cl clor oret etoo fé férr rric icoo co coloc locan ando do um umaa po pont ntaa de es espá pátu tula la de dess ssee elemento em 20mL de água destilada e depois colocamos em um aquecedor  por 10 minutos. A suspensão que obtivemos no aquecimento, foi colocada em cima de um papel celofane e colocada na superfície da água contida em uma placa de Petri. Esperamos cinco minutos para fazer os seguintes testes: a) teste para H+: com um papel indicados de pH medimos o da água destilada e o da solução contida em cima do papel celofane. b) teste para Cl: colocamos um pouco da solução aquosa que estava em cima do papel celofane em um tubo de ensaio e adicionamos algumas gotas de nitrato de prata. 4.7 Emulsões •

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Em um tubo de ensaio colocamos 2mL de água destilada e algumas gotas de óleo. Agitamos vigorosamente e observamos. Nestee tu Nest tubo bo,, adic adicio iona namo moss ai aind ndaa al algu guma mass go gota tass de de dete terg rgen ente te co com m agitação e observamos.

 

5. RESULTADOS 5.1. Preparação do gel hidróxido de cobre Mesclei as duas respostas.

Esse procedimento foi realizado na capela porque o hidróxido de amônio é uma solução volátil com odor característico e asfixiante. Na primeira parte do experimento, percebemos que ao adicionar à solução saturada de sulfato de OH,, cobre, CuSO4, outra solução de hidróxido de amônio concentrado, NH4OH houve uma drástica alteração na coloração da solução, a mesma, passou de uma tonalidade azul claro para um anil intenso e formou-se, com apensas algumas gotas, um gel de coloração azul que ficou em suspensão entre as duas fases formadas.  formadas. Este gel possuía uma tonalidade azul claro e com aspecto coloidal, com o adicionamento continuo de hidróxido de amônio houve a dissolução deste gel formado anteriormente e percebemos que ocorreu a reação inversa, ou seja, a dissolução di ssolução do mesmo ate que se percebeu uma única fase liquida. Neste momento gotejamos acido sulfúrico concentrado e percebemos com também alguma gostas a solução voltou imediatamente ao gel que já havia se formado.  Outra observação importante que ocorreu na realização deste procedimento foi à forte quebra de ligações, e formação de novas, forças intermoleculares, que podee ser con pod consta statad tadoo pel pelaa “er “erupç upção” ão” que oco ocorria rria qua quando ndo o aci acido do sul sulfúr fúrico ico (H2SO4), era adicionada a solução coloidal onde a parede do tudo de ensaio aqueceu afirmando assim ser esta uma reação exotérmica.

5.2. Diálise de hidróxido de ferro III Ver qual a melhor  Em um béquer foi adicionado alguns gramas de FeCl3, o que caracterizou um tom amarelado a solução formada e com o aquecimento esta suspensão adquiriu uma tonalidade com intensidade maior. O pH de uma pequena quantidade de H 2O foi medido e apresentou pH igual a 6,0, após a medição foi colocado uma folha de papel celofane, que atuou como uma membrana semipermeável. Após um resfriamento a suspensão de FeCl3 foi colocada sobre o papel celofane na placa de petri. Após 5 minutos houve a

 

medição do pH da solução e da água, constatou-se que houve um aumento no pH da água, a mesma passou de pH 6,0 para pH 5,5, o que indica que houve fluxo de íons H+  para da suspensão para a água. A solução aquosa da placa de petri foi colocada em um tubo de ensaio e com a adição do nitrato de prata, (AgNO 3), houve a formação de um solido suspenso.

Ao prepararmos a suspensão de hidróxido de ferro III, aquecendo uma solução de cloreto férrico em água, percebemos que a solução mudou de cor no aquec aqu ecime imento nto,, esc escure urecen cendo do no decorre decorrerr do tem tempo po de ala alaran ranjad jadoo par paraa um acobreado. Quando colocamos a suspensão que fizemos em um papel celofane e depois o deitamos em uma placa de Petri e esperamos cinco minutos fizemos alguns testes que nos mostraram que o ph da água era de 6 e o pH da mistura era de aproximadamente 5,5. Percebemos então que o pH da água, antes destilada, diminuiu, se tornando assim, mais ácida.

5.3. Emulsões Ver qual a melhor 

Quando adicionamos gotas de óleo na água e agitamos verificamos a formação de bolhas de óleo em toda a extensão do tudo de ensaio, uma tentativa temporária de emulsão desses dois elemntos insolúveis. Depois de um tempo essas bolhas subiram e ficaram na superfície, em cima da água. Ao adicionar  gotas de detergente e agitar novamente observamos o mesmo comportamento anterior, só que agora as bolhas de detergentes demoraram mais para subir e podemos dizer até que a mistura se tornou mais homogênea. Ao adicionar gotas de óleo à água presente no tubo de ensaio inicialmente o óleo concentra-se na superfície por possuir densidade menor que a da água, com a agitação do tubo verificou-se a formação de varias gotículas de óleo que continuou em suspensão na água. Com a adição do detergente, gota a gota, percebeu-se que o óleo e o detergente regem formando assim duas fases separadas por uma emulsão. A reação do detergente com o óleo se da devido a propriedade que o mesmo possui de ser hidrofóbico e hidrófilo.

 

6. DISCUSSÃO 6.1. Preparação do gel hidróxido de cobre

Na fo form rmaç ação ão do ge gell de hi hidr dróx óxid idoo de co cobr bree II, II, fora foram m ne nece cess ssár ária iass ap apen enas as algum alg umas as got gotas as de hidróx hidróxido ido de am amôni ônioo concen concentra trado do par paraa que est estee fos fosse se visualizad visua lizado. o. Este gel de Cu(OH)2 Cu(OH)2 é um com composto posto ino inorgânic rgânicoo insolú insolúvel vel em água. Como produto, ainda temos o (NH4)2SO4 que é um composto químico inorgânico comumente usado como fertilizante. Ele contém nitrogênio como íons de amônio e enxofre como íons sulfato. Este sulfato não é solúvel em álcool ou amônia líquida. O hidróxido de cobre II, Cu (OH) 2, é o hidróxido do metal cobre, possui uma pálida sólida e é azul gelatinoso. Segue reação abaixo que exemplifica o processo: Reação química: CuSO4 + 2NH4OH

Cu(OH)2 + (NH4)SO4

A transformação de sol para gel está fundamentada em reações de hidrólise e conden con densa sação ção de percus percussor sores es atr atravé avéss da forma formação ção de um sol (pa (partíc rtícula ulass coloidais) já que a solução estava saturada e, seguido da transformação em gel. Se continuarmos adicionando NH4OH no conteúdo do tudo de ensaio, o precipitado do azul de Cu(OH)2  se dissolve para um azul profundo chamado de tetra amina cobre II ou um íon solúvel complexo. Isso acontece por conta de 4 moléculas de amônia amônia os íons de Cu2+ e os de OH-, ocorre a reação formando o [Cu ( NH3) 4]2+, responsável pelo azul profundo. Se adicionarmos ácido no caso o H2SO4 o hidróxido de cobre II vai reaparecer. Quando inserimos o acido no tubo podemos observar a liberação de calor da reação devido ao aumento de temperatura.

5.2. Diálise de hidróxido de ferro III

Quando uma quantidade Quando quantidade de FeCl3 (que é uma substância hidrofóbica) contida no béquer de 50mL em 20mL de água destilada fora levado para a placa de aquecimento por 10 minutos ocorreu a seguinte reação química: FeCl3 + 3H2O

Fe(OH)3 + 3HCl

A solução obtida apresentou a coloração amarelo escuro, quase acobreada, com uma suspensão coloidal iônica Fe(OH) 3. Após 5 minutos, evidenciando o resfriamento, a porção foi transferida para o papel celofane e colocada sobre a pl plac acaa Petr Petrii que que cont contin inha ha ág água ua de dest stila ilada da,, cu cujo jo po pote tenc ncia iall hid hidro roge geni niôn ônic icoo determinado pH era de 6.

 

Após ter transcorrido 5 minutos o pH da água contida na placa Petri foi determinado novamente, resultando em 5.5, indicando que o ácido fluiu pelo papel celofane, uma parede porosa, acidificando a água. Esse experi Esse experime mento nto aplico aplicouu o pro proces cesso so de pur purific ificaç ação ão do sis sistem temaa co coloid loidal, al, chama cha mado do diá diális lisee cuj cujoo pri princí ncípio pio de fun funcio cionam nament entoo se dá pel pelaa dif difere erença nça de velocidade com que ocorre a difusão de uma solução e de um colóide, HCl e Fe(OH)3 re resp spec ectitiva vame ment nte. e. O ce celof lofan ane, e, atua atuand ndoo co como mo um umaa me memb mbra rana na permeável permitiu que o ácido fluísse. Após ter sido transferido a solução contida na placa Petri para o tubo de ensaio e adicionado nitrato de prata (AgNO3), observou-se que na parte superior, evidenciou-se uma uma pequena turvação, turvação, basicamente basicamente pela form formação ação do cloreto de prata( AgCl). Com isso passou-se a ter um sistema coloidal suspensão, um sistema instável, quase que imperceptível. Ocorreu a seguinte reação para que o sistema fosse formado: HCl(aq) + AgNO3  AgCl + HNO3 A pe perc rcep epçã çãoo do pr prec ecip ipita itado do comp compro rovo vouu que que de fato fato a so soluç lução ão de ác ácid idoo clorídrico (HCl), fluiu pela célula porosa o celofane, pois do contrário não haveria formação de cloreto de prata. 5.3. Emulsões

Quando adicionamos algumas gotas de óleo na água e agitamos verificamos que a cor da soluç solução ão mudou mudou,, ficand ficandoo agora agora esb esbran ranqui quiça çada. da. Per Perceb cebemo emoss também que as gotículas de óleo foram forçadas a se solubilizar porem por  conta da polaridade do óleo e da água serem opostas as gotas vão sendo repelidas e jogadas para cima da água tendo como resultado final a completa visualização duas fasesum no tubo ensaio. ApósAadicionarmos o detergente e agitarmos de percebemos efeitodeinteressante. solução ficou inda mais esbranquiçada só que agora não conseguimos mais ver as bolhas de óleo tentando se solubilizar e tendendo a ir para a superfície da água, presenciamos o efeito efeito emuls emulsific ificado adorr do óle óleoo fazend fazendoo que que oco ocorre rresse sse um umaa mis mistur turaa qua quase se estável de óleo e água. Um agente emulsificante é aquele que ajuda a formar uma emulsão. Quando se adiciona um emulsificador em uma solução que contenha dois líquidos imiscíveis pode ser formado um colóide chamado de emulsão. Esses agentes possuem bipolaridade, ou seja, tem uma parte polar e outra parte apolar que consegue, neste caso, manter as gotículas de óleo separadas umas das outras permitindo que elas fiquem dispersas na água.

 

6. CONCLUSÃO

Percebeu-se a passagem de sol a gel como um processo reversível. Isso foi eviden evi dencia ciado do qu quand andoo se formo formouu o Cu(OH) Cu(OH)2, sen sendo do ddepo epois is ddiss issolv olvido ido pel peloo hi hidr dróx óxido ido em exce excess ssoo (sol (sol), ), e fo form rmad adoo nova novame ment ntee pe pela la ad adiç ição ão de ac acid idoo sulfúrico concentrado (gel). Pode-se observar do processo de purificação de suspensões coloidais, que quando um líquido que carrega a impureza passa através de uma membrana permeável (foi usado celofane como membrana na prática), permanece apenas as partículas coloidais, o Fe(OH)3. Também Tamb ém fo foii ap aplic licad adoo o méto método do de re reaç ação ão qu quím ímic icaa pa para ra qu quee ho houv uves esse se a aglomeração das partículas, e essas por sua vez atingiram o tamanho coloidal. Isso aconteceu quando o cloreto de prata foi obtido a partir do nitrato de prata com o ácido clorídrico. Fina Finalm lmen ente te,, vi visu sual aliz izou ou-s -see qu quee as part partíc ícul ulas as co colo loid idai aiss po pode dem m ou nã nãoo se ser  r  dispersas espontaneamente no dispersante. Isso se deu no experimento de emulsão, quando se tinha água e óleo, e depois no mesmo recipiente (tubo de ensaio) foi adicionado detergente, sendo este sistema coloidal num primeiro momento liofóbico e num segundo, liófilo respectivamente.

 

7. REFERÊNCIAS

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LEMBO. Química: Realidade e Contexto. 1º ed. São Paulo. Editora Ática. Volume Único. ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 3º ed. Porto Alegre. Editora Bookman, 2006. http://extras.ufg.br/uploads/67/original_semi2011_Thiago_Andre_1.pdf  KOTZ, Jhon C. et al. Quimica geral 1 e reações quimicas. 5ª São Paulo: Thomson, 2005. 2 v. FELTRE, R.; FRYHLE, C.. Fundamentos de química. Rio de Janeiro: Moderna, 1996. BRADY, James E. et al. Quimica Geral. 2. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 1986. 660 p. SARDELLA, Antônio. Curso completo de química. 2.ed. São Paulo: Ática, 1999. 536 p.

 

8. ANEXOS