I.

Introdução teórica
Colóides
Existem vários tipos de mistura de substâncias: soluções, suspensões e colóides.
Os colóides são misturas heterogéneas de pelo menos duas fases diferentes, em que a matéria de uma das fases está dividida em finas partículas de dimensões entre
10-9m e 10-6m (sólido, liquido ou gás), denominada de fase dispersa, misturada uniformemente com a fase continua (sólido, liquido ou gás), denominada de meio de dispersão. [1]
Na tabela 1 está apresentada a classificação dos colóides de acordo com o estado da fase dispersa e da fase contínua bem como alguns exemplos de cada uma delas.

Tabela 1 – Classificação dos colóides de acordo com o estado da fase dispersa e contínua [2]

Fase dispersa
Gás
Não existe. Todos os gases são solúveis entre si.
Gás

Fase contínua Líquido

Sólido

Aerossol líquido

Aerossol sólido

Ex: neblina
Líquido

Espuma
Ex: espuma de sabão

Sólido

Espuma sólida
Ex: pedra-pomes

Ex: fumo, pó em suspensão

Emulsão
Ex: leite , maionese

Gel
Ex: gelatina, geleia

Sol
Ex: tintas

Sol sólido
Exemplo: cristal de rubi, alguns vidros

Colóides de associação
Os colóides de associação são agregados de moléculas da fase dispersa que se associaram num processo dinâmico e termodinamicamente dirigido, que leva a um sistema que pode ser simultaneamente uma solução molecular e um sistema coloidal estável. A formação de um colóide de associação envolve substâncias específicas que dependem de vários factores, tais como: concentração, temperatura, composição do solvente e estrutura química.
Os colóides de associação dividem-se em várias subclasses: micelas, cristais líquidos, vesículas, membranas bicamada e microemulsões. [3]

Micelas e concentração micelar critica
A estabilidade dos colóides depende das propriedades da fase dispersa, nomeadamente se esta é liofílica ou liofóbica. O termo lio refere-se ao meio dispersante enquanto que, os termos fóbico (ter medo) e fílico (gostar) servem para indicar se as partículas dispersas têm uma afinidade fraca (liofóbica) ou forte (liofílica) com o meio dispersante. Muitos colóides líquidos são estabilizados pela adição de surfactante.
Os surfactantes são moléculas anfifílicas que possuem uma região hidrofílica
(cabeça) e uma região hidrofóbica (caudas) e que se associam dinamicamente e de forma espontânea em solução aquosa a partir de uma determinada concentração, chamada de concentração micelar critica (cmc). Acima desta concentração, as moléculas de surfactante formam agregados termodinamicamente estáveis designados por micelas, enquanto que para concentrações abaixo da concentração micelar critica, as moléculas de surfactante estão predominantemente na forma de monómeros (Figura 3). Podemos então definir concentração micelar crítica como a concentração mínima para a qual ocorre formação de micelas (processo de micelização).
A associação de molecular de surfactante (micelização) ocorre para que haja uma diminuição da área de contacto entre a região hidrofóbica das moléculas de surfactante (caudas) e a água ou outro composto polar.
A formação de micelas não ocorre só em soluções aquosas ou solventes polares, mas também em solventes não polares. Quando os solventes são polares, formam-se micelas esféricas, onde a região hidrofóbica das moléculas de surfactante está orientada para dentro, com vista a diminuir o contacto destas com o solvente polar. Por outro lado quando o solvente é não polar, formam-se micelas invertidas, onde a região hidrofílica das moléculas de surfactante está orientada para o interior da micela, com o objectiva de diminuir o contacto com o solvente apolar. Na figura 1 estão representadas estas duas formas micelares. [4]

Figura 1 – Formas micelares: a) esférica; b) invertida. [5]

Com a formação de micelas várias propriedades físicas da solução são afectadas, tais como condutividade eléctrica, dispersão da luz e tensão superficial. Verifica-se uma diminuição da tensão superficial e um aumento da condutividade eléctrica bem como da dispersão da luz. Na figura 2 está representada a variação da condutividade eléctrica e da dispersão da luz em função da concentração de surfactante.

Figura 2 – Representação da variação da condutividade eléctrica e da dispersão da luz em função da concentração de surfactante. [6]

Na condutividade eléctrica, os surfactantes iónicos possuem dois tipos de comportamentos em solução aquosa. Abaixo da concentração micelar critica os monómeros de surfactante comportam-se como um electrólito forte enquanto que acima desta concentração, as micelas e alguns monómeros, comportam-se como um electrólito fraco. Na figura 3 está representada a variação da tensão superficial em função da concentração de surfactante, assim como um esquemático da formação de micelas
(processo de micelização).

Figura 3 – Representação da variação da tensão superficial e formação de micelas. [7]

Existem factores que facilitam a micelização diminuindo a concentração micelar crítica, tais como:
1. o aumento do grupo hidrofóbico (aumento da hidrofobicidade) dos surfactante iónicos ou não iónicos (nos surfactantes não iónicos a cmc diminui mais do que nos iónicos);
2. baixa temperatura (a micelização é um processo exotérmico);
3. adição de sais a uma solução com surfactantes iónicos uma vez diminui a repulsão electrostática existente entre os grupos carregados da superfície da micela. A adição de sais favorece a micelização do surfactante (porque diminui a cmc) e permite a formação de micelas maiores (porque aumenta o números de agregações). [3]

Métodos para a determinação da concentração micelar crítica

A determinação da concentração micelar crítica pode ser feita recorrendo à medição das propriedades físicas alteradas aquando do processo de micelização, tais como a condutividade eléctrica e a tensão superficial. A condutividade eléctrica pode ser observada pelo método de condutimetria, enquanto a tensão superficial pode ser determinada pelo método do anel.

Na condutimetria a grandeza medida é a condução eléctrica de uma solução, que traduz a maior ou menor facilidade com que uma solução conduz a corrente eléctrica.
Nesta técnica verifica-se a lei de Ohm, em que a resistência eléctrica (R) de um material é igual ao quociente entre a diferença de potencial eléctrico (V) e a intensidade da corrente. [8]

A condutividade eléctrica dos surfactantes iónicos possuem dois tipos de comportamentos, comporta-se como electrólito forte e como electrólito fraco (Figura2).
A concentração micelar crítica corresponde à concentração de surfactante à qual ocorre esta transição de comportamento.
O método do anel baseia-se na força requerida para deslocar um anel imerso à superfície ou numa interface. É medida mantendo o anel suspenso no prato de uma balança ou usando um sistema com um arame sobre torção (tensiómetro de Nouy).
A força de deslocamento F, está relacionada com a tensão superficial:

Na figura 4 está representado um tensiómetro que funciona através do método do anel.

Figura 4 – Tensiómetro (método do anel). [9]

A tensão superficial à medida que se adiciona surfactante diminui rapidamente, mas para uma certa concentração de surfactante, a tensão superficial estabiliza ou diminui muito pouco. Para essa concentração onde ocorre uma repentina paragem (ou diminuição menor) corresponde à concentração micelar critica (Figura3).

[1] http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc09/quimsoc.pdf
[2] http://www.tiosam.net/enciclopedia/?q=Colóide

[3] - Oliveira R. (2001) “Fenómenos Interfaciais”, 3.7-3.11; http://cftc.cii.fc.ul.pt/PRISMA/capitulos/capitulo3/modulo6/topico3.php [4] http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-40422004000500004&script=sci_arttext
[5]http://www.tdr.cesca.es/TESIS_UB/AVAILABLE/TDX-0613105-124641//2.INTRODUCCI
%D3N.pdf (figura de micelas)
[6] http://www.google.pt/search?hl=ptPT&q=micelas+e+alterações+fisicas&meta=&aq=f&aqi=&aql=&oq=&gs_rfai=
(propriedades das micelas)
[7]http://webcache.googleusercontent.com/search?
q=cache:9quRK8m365cJ:ccmm.fc.ul.pt/vnunes/ensino/MTQ_Quimica_Superficies_interfaces.p pt+tipos+de+coloides+de+associação&cd=10&hl=pt-PT&ct=clnk&gl=pt [8] http://sites.google.com/site/determinacaocmc/introducao-1/condutividade
[9] http://www.lactea.com.br/produtos/imagens2/kruss_k6.gif