Proteção catódica

[pic 1]               Universidade de São Paulo

Escola de Engenharia de Lorena

Isabela Ferreira

Marcela Scárdua

Marina Duarte

Vitor Celescuekci

DISPERÇÕES COLOIDAIS

Trabalho relacionado a disciplina Fenômenos de Superfície e Eletroquímica lecionada pela professora Drª. Marivone Nunho Souza

Lorena

2015

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Dispersões Coloidais

Uma dispersão é uma mistura de duas ou mais substâncias na qual o disperso (que corresponde ao soluto em uma solução) encontra-se distribuído no dispersante (correspondente ao solvente em uma solução). As dispersões podem ser classificadas em suspensões, coloides e soluções.

Classificação das Dispersões Coloidais

As suspensões são formadas por partículas com diâmetro maior que 100 nm, as quais podem ser vistas a olho nu ou com a utilização de um microscópio comum. Além disso, nas suspensões, a fase dispersa pode ser separada do dispersante por sedimentação pela própria ação da gravidade, pela utilização de uma centrífuga comum, ou por filtração comum.

As soluções são formadas por partículas com diâmetros inferiores a 1 nm, as quais não se sedimentam sob ação da gravidade, nem de centrífugas, não são retidas por filtros e não são visíveis ao microscópio.

As dispersões coloidais, por sua vez, são constituídas de partículas com diâmetros entre 1 e 100 nm, as quais podem sofrer sedimentação pela ação de uma ultracentrífuga, serem separadas do dispersante com a utilização de um ultrafiltro e observadas em um ultramicroscópio.

Essas dispersões coloidais apresentam propriedades conhecidas como movimento browniano e efeito Tyndall. O primeiro diz respeito ao movimento ziguezague ininterrupto apresentado pelas partículas da fase dispersa, que se chocam constantemente com as partículas do dispersante e que, por esse motivo, não sofrem decantação.  O efeito Tyndall, por sua vez, consiste na dispersão da luz visível pelas partículas dispersas, o que é explicado pelo fato de o diâmetro dessas partículas ter uma medida próxima ao comprimento de onda da luz visível.

Os coloides podem ser classificados em oito tipos, levando-se em consideração o estado físico da fase contínua e o da fase dispersa. A tabela 1 apresenta essa classificação.

Tabela 1: Classificação dos coloides

[pic 2]

O coloide do tipo sol é constituído de partículas sólidas finamente divididas dispersas em um meio de dispersão líquido. Já o do tipo gel, é um coloide no qual a interação do líquido com partículas muito finas induz ao aumento da viscosidade. Nesse tipo de dispersão coloidal, as partículas encontram-se bem próximas umas das outras. As emulsões, por sua vez, 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.

Eletrocapilaridade e Equação de Lippmann

A mudança da tensão superficial de um líquido pela aplicação de um campo elétrico, provocando modificações na molhabilidade de uma superfície isolante é chamada de eletrocapilaridade. Um dispositivo que avalia a eletrocapilaridade é constituído essencialmente por um eletrodo coberto por uma camada isolante e um líquido em contato com um segundo eletrodo.

A ddp (diferença de potencial) aplicada entre o eletrodo e o líquido provoca a separação dos centros de carga positiva e negativa dos átomos neutros do isolante, resultando na polarização do dielétrico. A interação eletrostática entre as cargas elétricas induzidas na superfície do isolante e os dipolos das moléculas do líquido altera o balanço de energia do conjunto, causando uma mudança na sua tensão interfacial. A aplicação de uma tensão positiva ao eletrodo induz cargas positivas na superfície com a qual mantém contato com o líquido. Logo, os átomos mais eletronegativos, são atraídos pelas cargas superficiais.

A relação entre o potencial elétrico aplicado e a tensão superficial resultante pode ser derivada pela análise termodinâmica da interface. O resultado é expresso pela equação de Lippmann:

     (1)[pic 3]

onde γ0 é a tensão superficial da interface sólido-líquido quando há nenhuma carga na superfície do sólido (potencial zero), γ é a tensão superficial sólido-líquido para uma dada diferença de potencial e c é a capacitância da camada isolante.

A equação de Lippmann pode ser expressa em termos do ângulo de contato, θ, pela combinação com a equação de Young:

γ = γSV – γLV cosθ      (2)

O resultado fornece a equação de Lippmann-Young

    (3)[pic 4]

na qual θo é o ângulo de contato quando V=0, γLV é a tensão da interface líquido-vapor, e γSV é a tensão da interface sólido-vapor. O ângulo de contato na equação (3) é uma função da tensão aplicada entre o líquido e o eletrodo. A capacitância (c) por unidade de área da camada dielétrica em contato como o líquido é:

[pic 5]

na qual εo é a permissividade do vácuo, k é a constante dielétrica do material e d é a espessura da camada dielétrica. Substituindo a capacitância na equação de Lippmann-Young (3) temos:

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Assim, podemos concluir que quanto maior a espessura da camada isolante, maior a tensão necessária para uma mesma variação do ângulo de contato. Avaliando-se a equação (1) nota-se que para uma mesma energia de superfície (γ) em um dado potencial, quanto menor γ0, ou seja, quanto maior o ângulo de contato em potencial zero (θ0), menor a tensão necessária para alterar a disposição da gota sobre a superfície. Desta forma, em filmes mais finos e com maiores ângulos de contato em potencial zero é possível evidenciar o efeito de eletrocapilaridade com menores valores de tensão.

A dupla camada-elétrica

Por dupla camada elétrica entende-se a camada de íons formada nas vizinhanças de superfícies eletricamente carregadas. Esta é constituída de íons firmemente ligados a fase sólida dispersa (cargas fixas na superfície), ou íons determinantes do potencial, e uma quantidade equivalente de íons de carga oposta (ou contra-íons) que, dispersos na fase fluida, neutralizam o excesso de cargas na superfície sólida. Assim, a carga da superfície sólida determina a distribuição de íons ao seu redor, de modo que os contra-íons são atraídos para a superfície enquanto os co-íons são repelidos. Os íons dispersos na fase fluida que possuem a mesma carga dos íons determinantes do potencial são chamados de co-íons. Há, portanto, um equilíbrio dinâmico entre os contra-íons e os íons livres do mesmo sinal no seio da solução (fora da dupla camada). A fase dispersa é considerada contínua e seu efeito sobre a dupla camada é determinado unicamente por sua constante dielétrica. Embora a maioria das superfícies carregadas não seja plana, é justificável a análise de superfícies curvas por meio de uma perspectiva plana quando o raio de curvatura superficial da partícula é grande em relação à espessura da dupla camada elétrica. Outra simplificação usual (apesar do risco de se distanciar da realidade, sobretudo em sistemas com alta densidade de cargas locais, como a maioria das proteínas), é a suposição de que a carga na superfície da fase sólida é uniformemente distribuída.