64ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 4. Física da Matéria Condensada

Investigação da Estabilidade Coloidal de Fluidos Magnéticos Aquosos

Atailson Oliveira da Silva 1 Alex Fabiano Cortez Campos 2 Francisco Augusto Tourinho 3 Jerome Depeyrot 4

1. Laboratório de Nanociência Ambiental e Aplicada – Faculdade UnB – Planaltina – Universidade de Brasília 2. Prof.Dr./Orientador- Laboratório de Nanociência Ambiental e Aplicada – Faculdade UnB – Planaltina – Universidade de Brasília 3. Grupo de Fluidos Complexos - Instituto de Química - Universidade de Brasília 4. Grupo de Fluidos Complexos -Instituto de Física - Universidade de Brasília

INTRODUÇÃO:

Sem dúvida, um dos maiores desafios da ciência coloidal é entender e monitorar a estabilidade termodinâmica de uma dispersão de partículas em um solvente. Nesse contexto, a estabilização de um coloide magnético em meio aquoso pode ser explicada pela superposição do potencial DLVO ao termo de interação dipolar magnética. O perfil desse balanço energético permite compreender, de forma geral, o diagrama de fase dos EDL-MF. Neste trabalho são investigadas as transições de fase pH-dependentes no caso de coloides magnéticos aquosos em meio ácido. A partir das funções que descrevem as forças interpartícula no sistema são calculados os potenciais de interação de par, no sentido de se aperfeiçoar a interpretação quantitativa do diagrama de fase pH-dependente.

METODOLOGIA:

O componente repulsivo eletrostático foi obtido por meio do formalismo de Poisson-Boltzmann, no qual a pH-dependência experimental da densidade de carga das nanopartículas é levada em conta segundo o modelo Two-pK. No caso das interações atrativas de van der Waals, as nanopartículas foram tratadas como sendo esferas rígidas e idênticas, com constante de Hamaker igual a 1,1x10^-19J. O termo de interação dipolar magnética, nas condições experimentais investigadas, foi assumido como sendo globalmente atrativo e isotrópico. Então, o potencial de interação de par foi calculado para diferentes valores de pH da dispersão coloidal, determinando-se a altura da barreira de energia (W) e a profundidade do mínino secundário.

RESULTADOS:

A análise do perfil dos potenciais de interação de par calculados permitiram concluir que a fase sol é mantida entre 2,0 < pH < 3,8 devido a uma alta barreira de energia (10,0 kBT < W < 22,0 kBT), associada ao importante valor da carga superficial das nanopartículas funcionalizadas. Na faixa 3,8 < pH < 5,2, uma fase gel tixotrópica é evidenciada, claramente relacionada à redução da densidade de carga da ordem de 50 % do seu valor de saturação e à presença de um mínimo secundário que se torna cada vez mais profundo à medida que o pH aumenta. Para pH > 5,2, o valor da altura da barreira e da densidade superficial de carga caem drasticamente e, de acordo com a literatura, para valores de W < 5 kBT as flutuações térmicas já são suficientes para induzir uma rápida coagulação, com separação de fase líquido-sólido macroscopicamente nítida.

CONCLUSÃO:

Os resultados dos cálculos semiempíricos efetuados estão em excelente acordo com o perfil dos diagramas de fase experimentais e mostram que a densidade de carga superficial em coloides magnéticos aquosos atua como um parâmetro de ajuste fino do componente repulsivo do potencial de interação. Neste sentido, variando-se o pH da dispersão, em meio ácido, é possível se obterem fases sol, gel tixotrópico e coagulada. Finalmente, conclui-se que o controle da concentração hidrogeniônica dos coloides magnéticos aquosos é de extrema importância no contexto de suas aplicações tecnológicas.

Palavras-chave: colóides magnéticos, estabildiade coloidal, potencial de interação de par.