Colloid

1 Introduction

Colloids are everywhere that we look, so why is it is that most people know so little about them? Apesar de Michael Faraday, um dos fundadores da ciência colóide, tinha batido-nos a ele por mais de um século, como estudantes, vimos por nós mesmos o fascínio do ouro soldos, nanômetros de tamanho de partículas de ouro dispersas em água, estável colóide com uma coloração avermelhada que muda para azul após a adição de sal. Os sols de Ouro ganharam atualmente um interesse renovado como um bloco de construção para a nanotecnologia.colóide significa cola, originária do grego koλλα. O termo coloidal refere-se a um estado de subdivisão, o que implica que as moléculas ou polymolecular partículas dispersas em um meio, pelo menos em uma direção uma dimensão aproximadamente entre 1 nm e 1µm, ou que, no sistema de descontinuidades é encontrado em distâncias da ordem. Não é necessário que todas as três dimensões estejam na gama coloidal: fibras em que apenas duas dimensões estão nesta gama e películas finas, em que uma dimensão está nesta gama, também podem ser classificadas como coloidais. Também não é necessário que as unidades de um sistema coloidal sejam discretas: estruturas de rede contínuas, cujas unidades básicas são de dimensões coloidais, também pertencem a esta classe (por exemplo, sólidos porosos, géis e espumas). Uma dispersão coloidal é um sistema no qual partículas de tamanho coloidal de qualquer natureza (por exemplo, sólido, líquido ou gás) são dispersas em uma fase contínua de uma composição diferente (ou estado).os colóides são materiais predominantemente líquidos, mas que têm outras propriedades.: ótica, dando origem a turvação, como leite, ou viscosa, com características de muco, gelatina ou argila húmida. Estes efeitos resultam da presença de macromoléculas dissolvidas em líquido e/ou da mistura de duas ou mais fases sólidas, líquidas ou gasosas. A ciência colóide pode, portanto, ser descrita por um lado como o estudo de soluções de macromoléculas, por exemplo, proteínas em água ou soluções de polímeros sintéticos, tais como as colas claras para modelos de kits de construção. Por outro lado, é o estudo de dispersão de uma fase em outra, por exemplo, emulsões (óleo em água ou água em óleo), sólido em líquido, espumas, e o complexo de cristais líquidos liotrópicos dispersões de sabão ou de detergentes sintéticos. Alguns leitores vão se lembrar do velho problema das barras de sabão mushy quando deixado em contato com a água, que surge a partir da entrada de água expandindo o sabonete uma vez compactado duro.

a Maioria dos pesquisadores concorda que o termo colóide é aplicada para o material suspenso na escala de 1 µm a 1000 nm, que pode incluir materiais inorgânicos, minerais fragmentos e minerais precipitados, biocolloids, bem como a matéria orgânica natural e outros compostos orgânicos e produtos de degradação associados a baixo e de nível intermediário do fluxo de resíduos. Vários trabalhadores mencionaram diferentes gamas de tamanho; no entanto, o limite superior é de 1 µm. O termo pode ser usado para designar as partículas ou todo o sistema. Sistemas coloidais (também chamados de soluções coloidais ou suspensões coloidais) são objeto de interface e ciência colóide. Este campo de estudo foi introduzido em 1861 pelo cientista escocês Thomas Graham. A seguir estão algumas explicações de vários tipos de sistemas coloidais.

a fase dispersa pelo nome das partículas só deve ser utilizada se estas tiverem essencialmente as propriedades de uma fase em massa da mesma composição.

o termo colóide pode ser usado como um sinônimo curto para sistema coloidal. Os limites de tamanho indicados acima não são rígidos, uma vez que irão depender, em certa medida, das propriedades em consideração. Esta nomenclatura pode ser aplicada a sistemas mais grosseiros, especialmente quando uma transição gradual de propriedades é considerada.

a descrição dos sistemas coloidais requer frequentemente a numeração dos componentes ou componentes. Considera-se que uma regra de numeração fixa é desnecessariamente restritiva. No entanto, o autor deve deixar claro em todos os casos como ele é numeração e, em particular, se ele é numeração por componentes termodinâmicos independentes (todos neutros) ou por espécies ou constituintes, dos quais alguns podem ser iônicos, e que podem estar relacionados por condições de equilíbrio ou pela condição de eletroneutralidade. Um sistema coloidal fluido composto por dois ou mais componentes pode ser chamado de sol, por exemplo, um sol de proteína, um sol de ouro, uma emulsão, uma solução surfactante acima da concentração crítica de micela, ou um aerossol.numa suspensão, as partículas sólidas estão dispersas num líquido.; uma suspensão coloidal é uma suspensão coloidal na qual o tamanho das partículas está na gama coloidal. Num líquido de emulsão, gotículas e/ou cristais líquidos dispersam-se num líquido. Em emulsões, as gotículas muitas vezes excedem os limites habituais para os colóides em tamanho. Uma emulsão é denotada pelo símbolo O/W se a fase contínua for uma solução aquosa e por o se a fase contínua for um líquido orgânico (óleo). Também são possíveis emulsões mais complicadas como o/W/O (ou seja, gotículas de óleo contidas em gotículas aquosas dispersas em uma fase contínua de óleo). As emulsões fotográficas, embora sistemas coloidais, não são emulsões na acepção desta nomenclatura.

um látex (plural = latexes ou latexes) é uma emulsão ou sol na qual cada partícula coloidal contém um número de macromoléculas.uma espuma é uma dispersão na qual uma grande proporção de gás, em volume, sob a forma de bolhas de gás, é dispersa num líquido, sólido ou gel. O diâmetro das bolhas é geralmente maior que 1 mm, mas a espessura das lamelas entre as bolhas é muitas vezes na faixa de tamanho coloidal usual.

O termo espuma tem sido usado indistintamente com espuma. Em particular, os casos de espuma podem distinguir-se da espuma pelo facto de A Primeira ser estabilizada por partículas sólidas (como na flutuação da espuma) e a segunda por substâncias solúveis.os aerossóis são dispersões em gases. Em aerossóis, as partículas muitas vezes excedem os limites de tamanho habituais para os colóides. Se as partículas dispersas são sólidas, fala-se de aerossóis de partículas sólidas; se são líquidas, fala-se de aerossóis de partículas líquidas. A utilização dos Termos aerossol sólido e aerossol líquido é desencorajada. Um aerossol não é “sólido” nem “líquido”, mas, se for o caso, gasoso.uma grande variedade de termos como poeira, neblina, névoa, chuvisco, fumaça e fumaça são usados para descrever aerossóis de acordo com suas propriedades, origem, e assim por diante. Destes, apenas os Termos nevoeiro e fumo estão incluídos nesta nomenclatura.um nevoeiro é um aerossol de partículas líquidas, em particular uma nuvem baixa.um fumo é um aerossol proveniente da combustão, decomposição térmica ou evaporação térmica. Suas partículas podem ser sólidas (fumaça de óxido de magnésio) ou líquidas (fumaça de tabaco).um gel é um sistema coloidal com um finito, geralmente pequeno, tensão de rendimento. Materiais como sílica-gel que passaram por um estágio de gel durante a preparação são indevidamente chamados géis.o termo xerogel é utilizado para estas estruturas abertas secas; e também para géis macromoleculares compactos secos, tais como gelatina ou borracha.o termo aerogel é usado quando a abertura da estrutura é amplamente mantida.as dispersões coloidais podem ser liofóbicas (hidrofóbicas, se o meio de dispersão for uma solução aquosa) ou liofilicas (hidrofílicas). Os Sol liofílicos formam-se espontaneamente quando o material seco coerente (por exemplo, gelatina, borracha, sabão) é colocado em contacto com o meio de dispersão; por isso, são termodinamicamente mais estáveis do que no estado inicial de material colóide seco e meio de dispersão. Sols lyofóbicos (por exemplo, sol dourado) não podem ser formados por dispersão espontânea no meio. Eles são termodinamicamente instáveis em relação à separação em fases macroscópicas, mas podem permanecer por longos períodos em um estado metastável.

sol Liofílico compreende tanto colóides de associação em que agregados de pequenas moléculas são formados reversivelmente e macromoléculas em que as próprias moléculas são de tamanho coloidal.as misturas de colóides liofóbicos e liofóbicos podem formar colóides liofóbicos protegidos.os Termos liofilizados (hidrofílicos, lipofílicos, oleofílicos, etc.) e lyofóbico (lipofóbico, etc.) também pode ser usado para descrever o caráter de interação de um grupo atômico particular com o meio. Neste Uso, os Termos têm o significado qualitativo relativo de “solvente preferring” (água-preferring, gordura-preferring etc.) e “rejeição do solvente” (rejeição da água, rejeição da gordura, etc.), respectivamente.

os Termos que o solvente prefere ou rejeita sempre referem-se a um processo diferencial geralmente no sentido de preferir o solvente acima de si mesmo ou de preferir a si mesmo acima do solvente, mas às vezes preferem um solvente (por exemplo, água) acima de outro (por exemplo, óleo).

um electrólito coloidal é um electrólito que dá íons, dos quais pelo menos um é de tamanho coloidal. Este termo, portanto, inclui sols hidrofóbicos, coloides de associação iônica e polielectrolitos.iões de baixa massa molecular relativa, com uma carga oposta à do íon coloidal, são chamados de contra-íons; se sua carga tem o mesmo sinal do íon coloidal, eles são chamados co-íons.

Um polieletrólito é uma substância macromolecular que, em dissolução, em água ou outro solvente ionizante, dissocia-se para dar polyions (polycations ou poliânions)–multiplicar íons carregados juntamente com uma quantidade equivalente de íons pequenos de carga e de sinal oposto. Polielectrolitos dissociados em policações e polianiões, sem íons de pequena carga, também são concebíveis. Um polielectrolito pode ser um poliácido, uma polibase, um polissalto, ou um poliampolito.se todas as partículas de um sistema coloidal são (quase) do mesmo tamanho, o sistema é chamado monodisperso; nos casos opostos, os sistemas são heterodispersos.

Se apenas alguns tamanhos de partículas ocorrerem num sistema coloidal, o sistema é paucidisperso, e se muitas dimensões de partículas ocorrerem é polidispersível.devido ao seu tamanho, as partículas coloidais podem passar através de filtros comuns, mas não através das aberturas extremamente finas de uma membrana semipermeável, como o pergaminho. Um líquido não pode fluir através de uma membrana semipermeável, mas se difunde lentamente através dele se o líquido estiver do outro lado. Embora uma dispersão coloidal não possa ser purificada por filtração, ela pode ser dialisada colocando-a em um saco semipermeável com água pura no exterior. As impurezas dissolvidas então se difundiram gradualmente através do saco, enquanto as partículas coloidais permanecem presas dentro dele. Se o processo de diálise é realizada para a conclusão, a suspensão será, muitas vezes, quebrar, ou resolver, porque a estabilidade de sistemas coloidais com freqüência depende das cargas elétricas nas partículas individuais, e estes por sua vez são geralmente depende da presença de eletrólitos dissolvidos.

embora as partículas coloidais individuais sejam muito pequenas para serem vistas com um microscópio normal, elas podem ser visíveis por meio de um microscópio ultra, ou microscópio de campo escuro. Se uma dispersão coloidal é colocada sob um microscópio e um feixe de luz é direcionado de um lado, o caminho do feixe torna-se visível pela dispersão das partículas coloidais. Este mesmo fenômeno torna o caminho de um feixe de luz visível em uma sala escurecida, mas sob o microscópio são observados flashes separados de luz. As partículas são vistas em movimento aleatório como resultado do movimento browniano, e sua velocidade é exatamente a calculada para moléculas do tamanho das partículas coloidais. As partículas são diretamente visíveis em um microscópio eletrônico. Alguns coloides são translúcidos por causa do efeito Tyndall, que é a dispersão da luz por partículas no colóide. Outros colóides podem ser opacos ou ter uma cor ligeira. Uma dispersão coloidal de partículas sub-µm pode ser estável ou instável para agregação. O movimento browniano garante que as partículas estão em movimento contínuo, dando origem a colisões a uma taxa determinada pela teoria da difusão. Devido à alta energia livre interfacial, os coloides lyofóbicos são termodinamicamente instáveis e tendem a se agregar. Isto é geralmente indesejável, e os cientistas colóides visam evitar que ocorra.

numa dispersão estável, as colisões de partículas não levam à agregação porque as forças de repulsão interpartícula dominam. Ele permanecerá disperso indefinidamente, embora partículas maiores do que cerca de 0,1 µm irá sedimento dependendo de sua densidade. Em uma dispersão instável, as colisões levam à formação agregada; agregados maiores ou sedimentos ou creme, dependendo de sua densidade relativa.as forças repulsivas numa dispersão estável foram identificadas há muito tempo como sendo de origem eléctrica. Existe um potencial de superfície na interface entre a partícula sólida e o líquido circundante devido à presença de uma carga superficial. Para manter a neutralidade elétrica, íons de carga oposta presentes no meio são atraídos mais perto da superfície da partícula, resultando em uma camada difusa de contra-íons altamente concentrados. A concentração de contra-íons nesta camada decai exponencialmente da superfície ao longo de uma distância de dezenas de nanômetros. A nuvem iônica resultante é chamada de região difusa da camada dupla elétrica. Em colisão partícula-partícula, a sobreposição das nuvens iônicas dá origem a uma repulsão osmótica que empurra as partículas para o lado.

A teoria DLVO de colóide estabilidade, desenvolvido pela Derjaguin e Landau e Verwey e Overbeek durante a década de 1940, propõe-se um equilíbrio entre o repelente elétrico de dupla camada forças positiva (por convenção) e a atraente van der Waals forças negativa (por convenção) que existem entre todos os assuntos. Estas duas forças foram encontradas com alcance e magnitude semelhantes. As forças elétricas aumentam exponencialmente à medida que as partículas se aproximam umas das outras e as forças atrativas aumentam como uma potência inversa de separação. Como consequência, estas forças aditivas podem ser expressas como uma energia potencial versus curva de separação. Uma resultante positiva corresponde a uma barreira de energia e repulsão, enquanto uma resultante negativa corresponde a atração e, portanto, agregação. Considera-se geralmente que a teoria básica e suas modificações subsequentes fornecem uma base sólida para a compreensão da estabilidade colóide.

a adsorção de colóides liofílicos—macromoléculas—pela superfície de colóides liofóbicos dá origem a uma força repulsiva adicional. Macromoléculas se ligam à superfície para formar uma configuração em loop-like de trens de segmentos ligados à superfície, e loops e caudas de segmentos estendendo-se para a fase líquida. Pesquisas, principalmente durante as décadas de 1960 e 1970, identificaram a natureza das forças repulsivas decorrentes dessa adsorção. Estas são uma combinação de entrópica de repulsão, decorrentes do restrito configuracional liberdade de adsorvida moléculas quando duas partículas se chocam; e osmótica de repulsão, decorrentes do aumento da concentração de segmentos na região de sobreposição das adsorvida de camadas de partículas–partículas de contato. Excepto em condições especiais, a presença de uma camada adsorvida saturada conduz sempre a uma estabilização total da dispersão até à coagulação. Publicações anteriores se referiam a este efeito como proteção de coloides, mas agora é chamado de estabilização de esteroides.

1.1 importância Ambiental dos colóides

Colóides são de importância ambiental devido a sua interação com rastreio os poluentes orgânicos e inorgânicos, como os metais e poluentes orgânicos persistentes (POPs), desempenham um papel importante na bio-absorção e biogeoquímicos de ciclismo de poluentes. Além disso, os coloides são importantes, muitas vezes dominantes, ligantes que afetam a especiação de oligoelementos (Geckeis et al., 2002) e outros poluentes em sistemas ambientais e afetam o comportamento de patógenos microbianos. A importância destes colóides no transporte de poluentes nos estuários, lagos e rios tem sido reconhecida há muito tempo (Tessier et al., 1994), com potenciais efeitos ecológicos e na saúde humana. Cada vez mais, reconhece-se que a bio-absorção e os bioefeitos de poluentes para muitos organismos, como microorganismos, filtradores e detritores, peixes e até mesmo mamíferos podem ser alterados de formas complexas por associação com colóides, que podem ser produzidos biologicamente ou não biologicamente (Wilkinson e Buffle, 2004). Uma grande parte do trabalho recente concentrou-se na bio-absorção de Metais livres e metais ligados a colóides (P.ex., Pan e Wang, 2003; Wang e Guo, 2000; Carvallho et al, 1999), embora ainda sejam necessários progressos substanciais.

apesar da importância óbvia, há uma falta de compreensão quantitativa da estrutura dos colóides aquáticos e como isso se relaciona com a sua “função” ambiental em vestígios de poluentes e regulação do patogéneo (Muirhead e Lead, 2003). Além disso, tem havido um enorme crescimento no número de técnicas que podem ser utilizadas para o nonperturbing e quantitativa de separação e análise de colóides e colóide-poluente complexos, tais como tipos de força e de microscopia eletrônica (Muirhead e Chumbo, 2003; Mondi et al., 2002; Balnois and Wilkinson, 2002), fluorescence correlation spectroscopy (FCS, Lead et al., 2003), field flow fraction (FFF; Lyven et al., 2003), and X-ray spectroscopy (Gaillard et al., 2001). No entanto, a maioria destes métodos não estão actualmente a ser utilizados para o estudo de sistemas coloidais ambientais não perturbados.

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