Química de Superfícies e Coloides
A química de superfícies e coloides estuda a física e a química de interfaces e de matéria finamente dividida, onde a grande razão área de superfície/volume faz com que as forças interfaciais dominem o comportamento.
Definition
A química de superfícies e coloides é o ramo da físico-química que se ocupa das propriedades de interfaces e de sistemas coloidais, nos quais uma substância é finamente dispersa em outra e os fenômenos interfaciais governam o comportamento.
Scope
Esta área abrange a química de interfaces e sistemas dispersos: tensão superficial e a termodinâmica de interfaces; adsorção de gases e solutos em superfícies e suas isotermas; as propriedades e estabilidade de dispersões coloidais; surfactantes e sua auto-organização em micelas e membranas; e a estrutura de interfaces carregadas e a dupla camada elétrica. A química catalítica de superfícies está conectada à cinética, enquanto aqui a ênfase é na termodinâmica interfacial, forças e estrutura.
Sub-topics
Core questions
- Como a tensão superficial surge da termodinâmica das interfaces?
- Como as moléculas se adsorvem em superfícies e quais isotermas descrevem o processo?
- Que forças estabilizam ou desestabilizam as dispersões coloidais?
- Como os surfactantes se auto-organizam e como as interfaces carregadas estruturam a solução circundante?
Key concepts
- Tensão superficial e energia interfacial
- Isotermas de adsorção
- Dispersões coloidais e estabilidade
- Surfactantes e auto-organização
- Dupla camada elétrica
Key theories
- Isoterma de adsorção de Langmuir
- A adsorção em uma superfície uniforme com um número fixo de sítios equivalentes e sem interação entre as moléculas adsorvidas leva a uma cobertura que satura com a pressão ou concentração, sendo este o modelo fundamental de adsorção em superfície.
- Teoria DLVO de estabilidade coloidal
- A estabilidade de coloides carregados é governada pelo equilíbrio entre as forças atrativas de van der Waals e as forças repulsivas da dupla camada elétrica, explicando por que as dispersões floculam quando o sal adicionado atenua a repulsão.
Clinical relevance
A química de superfícies e coloides fundamenta a catálise heterogênea, detergentes e emulsões, tintas, alimentos e produtos farmacêuticos, a estabilidade de tintas e cerâmicas, o comportamento de membranas e células biológicas, e processos como flotação, molhagem e tratamento de água.
History
Thomas Graham distinguiu coloides de cristaloides na década de 1860; Gibbs deu às interfaces uma base termodinâmica, o trabalho de Langmuir no início do século XX estabeleceu a teoria molecular da adsorção e monocamadas, e a teoria DLVO da década de 1940 explicou quantitativamente a estabilidade coloidal.
Key figures
- Irving Langmuir
- Thomas Graham
- Jacob Israelachvili
Related topics
Seminal works
- langmuir1916
- adamson1997
- israelachvili2011
Frequently asked questions
- Por que os efeitos interfaciais dominam em coloides, mas não na matéria em massa?
- As partículas coloidais são tão pequenas que uma enorme fração de suas moléculas se encontra na superfície; a resultante e vasta razão área de superfície/volume faz com que a energia e as forças interfaciais, negligenciáveis em amostras em massa, controlem o comportamento do sistema.
- O que impede uma dispersão coloidal de sedimentar?
- Forças repulsivas entre as partículas, principalmente a repulsão eletrostática de superfícies carregadas e a repulsão estérica de camadas adsorvidas, as mantêm separadas contra as forças atrativas de van der Waals; quando essas repulsões são reduzidas, as partículas se agregam e a dispersão é desestabilizada.