QUESTIONÁRIO PARA ESTUDO DIRIGIDO DE FENÔMENOS DE TRANSPORTE E COLÓIDES 1. Sabendo que a condução de calor segue uma equação de fluxo escreva uma expressão para a quantidade de calor transportada num determinado tempo t entre duas superfícies de área A, A, separadas por uma distância L, L, sendo uma mantida numa temperatura T 1 e outra numa temperatura T 2. Resposta: A velocidade do fluxo de calor dq/dt que atravessa qualquer plano Resposta: perpendicular ao eixo x e se localiza entre as duas superfícies também será uniforme, e proporcional à área A, que é a área da seção transversa transversall da substância no plano perpendicular ao ao eixo x. Eq: (dq/dt) = kAdT/dx. 2. O que é um fluido newtoniano? O que significam as expressões: fluido pseudo-plástico e fluido dilatante? Exemplifique com sistemas reais que apresentam este comportamento. Resposta: Um fluido Newtoniano é aquele para o qual a viscosidade (η) é independente da taxa de cisalham cisalhamento ento ou gradiente de velocidade (dν/dx). Sistemas gasosos e a maioria de líquidos são exemplos de sistemas com esse comportamento. Os fluidos em que η decresce conforme dν/dx dν/dx aumenta são chamados de fluidos pseudo-plás pseudo-plásticos ticos (soluções poliméricas). Mas se a viscosidade cresce conforme a taxa, então o fluido é dilatante (suspensão de amido). 3. Explique por que a viscosidade de gases aumenta e a de líquidos diminui com o aumento da temperatura. Resposta: A viscosidade dos líquidos diminui com o aumento da temperatura, pois uma maior energia cinética translacional permite que as atrações intermoleculares sejam vencidas mais facilmente. Nos gases, as atrações intermoleculares são muito menos significativas para a viscosidade viscosidade.. 4. A Figura a seguir mostra o comportamento da condutividade molar de diversos eletrólitos em função da raiz quadrada da concentração. Explique o comportamento da condutividade molar de cada um destes eletrólitos.
Resposta: O aumento rápido de Λm para o CH3COOH quando c Resposta: O 0 é devido ao aumento do grau de dissociação desse ácido fraco quando c diminui. A diminuição lenta de Λm do HCl e do KCl quando c aumenta é devido às atrações entre íons com cargas opostas, o que reduz a condutividade. Λm para o CuSO4 diminui mais rapidamente que para o HCl ou KCl, por causa, em parte, do aumento do grau de formação de pares iônicos quando c →
desse eletrólito 2:2 aumenta. Os valores maiores da Λm do HCl comparado ao KCl resultam de um mecanismo especial de transporte dos íons H 3O+. 5. Explique o significado dos seguintes termos: A. Condutividade de um eletrólito; B. Condutividade molar de um eletrólito; C. Mobilidade de um íon; D. Condutividade molar de um íon; E. Número de transporte. Resposta: A. A condutividade (formalmente chamada de condutância específica) “ĸ ” de uma substância é definida por ĸ = j/E, sendo E a magnitude do campo elétrico e j a densidade da corrente. O contrario da condutividade é a resistividade ρ (ρ = 1/ ĸ ). B. Definimos a condutividade molar ( Λm) de um eletrólito em solução como Λm = ĸ/c na qual c é a concentração molar estequiométrica do eletrólito. C. Mobilidade de um íon “i” (ui) é a constante de proporcionalidade entre a velocidade de arraste do íon (vi) e o campo aplicado e é definido por u i = vi/E. D. Se a condutividade molar ( Λm) é Λm = ĸ/c, então, por analogia, define-se a condutividade molar de um íon “i” (Λm,i) como Λm,i = ĸ i /ci, em que ĸ i é a contribuição do íon para a condutividade da solução e ci é sua concentração molar. E. O número de transporte (ou número de transferência) de um íon “i” (ti) em uma solução eletrolítica é definido com a fração de corrente que ele transporta como ti = j i/ j no qual ji é a densidade de corrente do íon e j é a densidade de corrente total. Como ji = |zi|.F.vi. ci e j = ĸ .E, temos que ti = |zi|.F.vi. ci/ ĸ.E e como ui = vi/E, então ti = |zi|.F. ui. ci/ ĸ , em que |zi| é o módulo da carga o íon e F é a constante de Faradey. 6. A distância média de difusão percorrida por uma molécula de gás a 25ºC e 1 atm a partir de uma posição inicial é da ordem de 3 cm, mas a velocidade média da mesma molécula -1
nas mesmas condições é da ordem de 30 km min . Explique o porquê desta diferença. Resposta: 7. Explique os conceitos de dispersão coloidal, coloide liofílico e coloide liofóbico. Resposta: Dispersão coloidal é uma mistura heterogênea na qual as partículas da fase dispersa são imiscíveis. Coloides liofílicos são soluções de macromoléculas altamente hidroxiladas ou com grupamentos polares, em que as sustâncias se dispersam espontaneamente no dispersante. Coloides liofóbicos caracterizam-se pela ausência de interações (solvatação) entre a fase dispersa e o dispersante. Para sua obtenção, é necessário algum processo externo para que ocorra a dispersão. 8. Numa suspensão de um coloide liofóbico, que fatores são responsáveis pela coagulação e pela estabilidade da suspensão coloidal? Resposta: A termodinâmica favorece a coagulação e a cinética favorece a estabilidade da suspensão coloidal. 9. Explique a origem das forças responsáveis pela atração entre moléculas não polares. Resposta: Nas moléculas não polares – o movimento dos elétrons levam à existência de dipolos instantâneos que induzem um polo/ força de atração numa molécula próxima. 10. Que forças de interação intermolecular (dipolo-dipolo, dipolo-dipolo induzido, forças de dispersão, ligações hidrogênio) atuam entre as moléculas das seguintes substâncias? Em cada caso indicar a direção do vetor momento de dipolo. A. CO; B. CO2 (molécula linear); C. HCl; D. NH3 (molécula não planar).
Resposta: A. C = O | Dipolo-dipolo, dipolo induzido e forças de dispersão. δ+← δB. O = C = O | Forças de dispersão δ- ← δ+ δC. H – Cl | Dipolo-dipolo, dipolo induzido e forças de dispersão. δ+← δD. Todas as forças podem atuar nessa molécula →
11. Qual a principal hipótese da teoria de Hamaker para a estimativa da energia de atração entre partículas coloidais? Resposta: A energia de interação entre dois corpos macroscópios A e B consiste na soma das interações de cada átomo (ou molécula) de A com cada átomo (molécula) de B, como se os demais átomos/moléculas não existissem. 12. Cite e explique três mecanismos pelos quais cargas podem ser geradas na superfície de partículas coloidais. Resposta: I. Desbalanceamento de íons na superfície de sais iônicos – adição de um sal insolúvel em água que faz uma dissolução preferencial de cátions originando uma carga negativa na superfície. Dissociação superficial (óxidos e hidróxidos) II. Adsorção de íons em solução. III. 13. O ponto de carga zero do Fe2O3 é 8,2. Partículas coloidais deste óxido suspensas numa solução a pH 5,0 submetidas a eletroforese migrarão para o anodo ou para o catodo? Explique. Resposta: 14. Explique em que consiste a camada de Stern formada quando uma superfície eletricamente carregada é posta em contato com uma solução de eletrólito? Resposta: Teoricamente a carga na superfície iria produzir uma “contra-camada” de carga oposta à carga superficial. Nesta situação, a região pode ser aproximada como duas camadas paralelas de carga oposta, como um capacitor, onde o potencial varia linearmente entre as camadas. Porém, para sistemas reais, essa variação de potencial não é constante e varia de acordo com a concentração de íons em solução, além do potencial que é aplicado na superfície carregada. Mesmo que a carga esteja confinada na superfície, em solução, a carga é distribuída de forma diferente, onde a camada difusa deve ser levada em consideração. 15. Partículas coloidais de TiO2 (anatase), com ponto de carga zero 6,2, encontram- se em suspensão numa solução de pH 8,5. Qual dos seguintes eletrólitos causará a coagulação do coloide em menor concentração? (a) K 3PO4; (b) MgSO4 ou (c) Al(NO3)3. Somente será aceita resposta devidamente justificada. Resposta: 16. Conceitue ponto de carga zero e ponto isoelétrico. Em que situação os dois são iguais? Resposta: No ponto de carga zero ( pzc) a concentração dos íons determinantes de potencial é tal que há uma igualdade entre a quantidade de cargas negativas e cargas positivas ( Φ = 0). No ponto isoelétrico ( p.i.e) a concentração dos íons determinantes de potencial é tal que a mobilidade eletroesférica é nula (ζ = 0). Os dois são iguais quando a carga na camada de Stern é nula no p.z.c.
17. Explique o que são eletroforese, eletro-osmose e potencial de escoamento. Resposta: Eletroforese é a migração de moléculas poliméricas carregadas (polieletrólitos) e partículas coloidais carregadas em um campo elétrico. Eletro-osmose é o escoamento através de um meio poroso causado por diferenças de potencial elétrico. Também pode ser dito como o movimento de solução em superfície carregada fixa devido ao campo elétrico. Potencial de Escoamento é o campo elétrico gerado pelo movimento de uma superfície carregada numa solução.
