Química

25 de março de 2013

Potencial Zeta – Ao lidar com suspensões, você considera o valor do Potencial zeta?

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Publicado por: Quimica e Derivados
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    Partículas em suspensão aquosa ou não consti­tuem um sistema muito frequente nas indústrias de processamento químico, alimentício, metalúrgico, cosmético, farmacêutico, entre outras. Em algumas, como nas mesas formadoras das máquinas para produção de papel, deseja-se que as fibras de celu­lose permaneçam em suspensão estável. Em outras situações, como nas cabines de pintura, espera-se que o over-spray colhido pelas cortinas e chuveiros com água sejam sedimentados ou floculados, isto é, que as partículas de tinta na água formem uma sus­pensão instável. Aditivos químicos são adicionados a essas suspensões, com a intenção de se obter um ou outro desses efeitos. Mas, como medir a ação de certo componente químico para saber qual dos dois fenômenos ocorrerá?

    Nesta coluna, pretendo apresentar o conceito básico do chamado “Potencial Zeta” da suspensão, para que o leitor passe a considerar essa propriedade física para auxiliá-lo nas análises prévias do com­portamento de uma suspensãoem particular. Comonão sou especialista neste assunto, mas um usuário da medida desta grandeza, recorri às orientações de Wagner Vitalis, químico da empresa Altmann, representante no Brasil do instrumento fornecido pela Malvern, à qual muito agradeço.

    Para fixar ideias, peço ao leitor que imagine uma suspensão de um sólido finamente dividido e unifor­memente distribuído em meio aquoso. Por diferentes mecanismos, essas partículas apresentam uma carga elétrica superficial. Se as cargas elétricas forem de mesma natureza, aparecerá uma força elétrica de re­pulsão que as manterá afastadas. Caso contrário, se as partículas tiverem cargas elétricas de natureza oposta, em diferentes proporções, teremos forças elétricas de atração que farão aparecer pequenos grumos ou flocos. Pode ocorrer o adensamento desses flocos, e com isso parte da suspensão ficará coagulada e sujeita a sedimentar no fundo do recipiente ou formar uma borra sobrenadante na superfície. Todavia, no meio aquoso, também existem cargas elétricas em razão da presença de íons que interagem eletricamente com as partículasem suspensão. A Figura1 representa de forma esquemática uma partícula com carga superficial negativa, cujo potencial elétrico em relação a uma superfície de referência pode ser medido em miliVolts (mV). Esta superfície, contendo cargas elétricas negativas, atrairá as cargas elétricas positivas presentes na suspensão, formando em torno de si um envoltório com cargas positivas que possui um potencial elétrico em relação à mesma superfície de re­ferência medidoem mV. Osistema formado pelas cargas elétricas negativas superficiais em conjunto com o seu envoltório de cargas positivas é denominado “Camada de Stern”, e a sua diferença de potencial é chamada de “Potencial de Stern”. A região do meio aquoso externa ao envoltório apresenta uma concentração de carga elétrica que vai di­minuindo gradualmente, tendendo a atingir o valor de concentração de carga do meio aquoso, como se não houvesse partículas de sólidos. O potencial elétrico no meio aquoso varia continuamente à medida que aumenta a distância da partícula de referência, até que se atinja o valor do potencial elétrico no  meio aquoso, que praticamente não sente a influência desta partícula. Esta região de variação contínua do potencial elétrico é denominada “Camada de Difusão”. No interior dela existe um limite de distância teórico no qual cada carga elétrica pode ser considerada independente das outras. Esta distância é chamada de “Plano de Deslizamento”, e o seu potencial elétrico em relação à referência é o “Potencial Zeta”.

    O Potencial Zeta pode ser medido por um instru­mento no qual é inserida uma pequena amostra da suspensão, oferecendo leitura em mV, que pode ser um número positivo ou negativo. O valor medido fornece uma indicação a respeito da estabilidade da suspensão. A Figura 2 mostra que suspensões com valores de Potencial Zeta superiores a +30 mV ou inferiores a -30 mV são estáveis, enquanto aquelas cujo valor se situa acima de -30 mV e abaixo de +30 mV são instáveis e podem flocular. Como se percebe, esta propriedade das suspensões permite uma avaliação objetiva sobre o comportamento estável ou não das mesmas.

    Esta propriedade não é utilizada para o controle direto da estabilidade da suspensão no interior do equipamento que a contém. A propriedade utilizada neste caso é o pH da suspensão. Para isso, é feito um estudo da variação do Potencial Zeta para diferentes valores de pH da suspensão, como exposto na Figura 3. Nela, pode-se observar que para o pH 5,5 o valor do Potencial Zeta é zero. Este valor é denominado Ponto Isoelétrico da Suspensão e representa a situação na qual a suspensão atinge sua máxima instabilidade. Por outro lado, enquanto esta suspensão for mantida com pH superior a oito ou inferior a quatro ela apresentará um comportamento estável. Portanto, o Potencial Zeta, associado ao pH da suspensão, oferece um caminho seguro para que o gerente industrial possa conduzir a bom termo o seu processo industrial.

    Muitas são as aplicações já em uso do Potencial Zeta, das quais citamos algumas:

    a) Na indústria farmacêutica, muitos produtos são formulados como suspensões ou emulsões com o objetivo de garantir a dosagem e a homogeneidade dos diversos lotes, bem como a sua validade; e o tamanho das partículas precisa ser muito bem controlado. O estudo do Potencial Zeta permite fazer este controle e também analisar aspectos de endurecimento e cre­mosidade da suspensão ou da emulsão;

    b) Em aplicações hospitalares de emulsões aquosas intravenosas de lipídios, o estudo do Potencial Zeta permite que os nutrientes possam ser administrados de forma misturada em vez de separadamente;

    c) Na indústria de agroquímicos, muitos produtos são formulados na forma de grânulos para aplicação final na forma de um spray aquoso. O conhecimento do Potencial Zeta possibilita a formação de suspensões estáveis por muitas horas, o que permite uma aplicação eficaz;

    d) Na indústria de mineração, uma das técnicas utili­zadas na separação entre o minério e a sua ganga é a flotação. As medidas do Potencial Zeta podem auxiliar na determinação da escolha dos aditivos de maneira que seja maximizada a recuperação do minério;

    e) No tratamento de águas, cada instalação possui um regime próprio para remover os contaminantes da água local. Usualmente, uma combinação entre mudanças no pH e a adição de eletrólitos e poliele­trólitos é usada para minimizar a turbidez da água. Se as condições da água captada sofrem alterações no decorrer do tempo, medições do Potencial Zeta, pH e condutividade podem ser usadas para estabelecer o tratamento eficaz em cada situação;

    f) Na indústria de tintas, pigmentos dispersos em meios não aquosos tendem a se aglomerar. Isso pode gerar mudança na viscosidade em tintas para impressão, prejudicando o desempenho de canetas ou impressoras. As medições do Potencial Zeta em várias formulações de tintas em meios não aquosos dão informações sobre a estabilidade da suspensão, permitindo desenvolver formulações estáveis.

    Procuramos nesta coluna o interesse dos leitores pelo Potencial Zeta, uma característica que possibilita um gerenciamento mais seguro das operações indus­triais que envolvam suspensões ou emulsões.



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      4 Comentários


      1. Socorro Gomes

        Achei didático. Mas faltaram as figuras para coroar as explicações.
        Obrigada.


      2. Lourdes Cristina Pena Peloggia

        Achei didático. Mas faltaram as figuras para coroar as explicações.


      3. Lourdes Cristina Pena Peloggia

        Achei didático. Mas faltaram as figuras para coroar as explicações.
        Obrigada.


      4. Everton Luiz

        Olá,

        Gostaria de ver as figuras para entender melhor o conceito.

        Obrigado!



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