Teoria sobre o potencial zeta

Quase todos os materiais macroscópicos ou particulados adquirem uma carga elétrica superficial quando estão em contato com um líquido. O potencial zeta é um indicador dessa carga e é importante nos estudos de química de superfície, visto que pode ser usado para prever e controlar a estabilidade de suspensões ou emulsões coloidais (DALTIN, 2011). Dessa forma, o potencial zeta é uma propriedade física a qual é exibida por uma partícula quando está imersa num liquido, e com a medida deste valor é possível otimizar processos e aperfeiçoar formulações de emulsões e suspensões (HUNTER, 1981; ROSS; MORRISON, 1988). Sua magnitude é muito sensível às perturbações do meio, e serve como uma poderosa ferramenta para o controle de qualidade dos processos. O valor do potencial zeta está intimamente ligado ao pH, sendo normalmente positivo em regiões ácidas, e negativo em regiões básicas. O valor de pH para o qual o potencial zeta possui valor nulo é denominado ponto isoelétrico (PIE), e a região em torno desse valor corresponde à região de menor estabilidade das suspensões do ponto de vista eletrostático (REED, 1995).

O potencial zeta é possivelmente umas das poucas grandezas relacionadas a fenômenos de superfície que podem ser diretamente investigadas por técnicas experimentais muito bem estabelecidas (ARAÚJO; PERES; BRANDÃO, 1990). Este potencial pode ser obtido a partir da velocidade de migração de partículas suspensas num meio fluido, em direção a um eletrodo de carga oposta, quando aplicada uma diferença de potencial entre dois eletrodos, sendo medido onde se unem a camada difusa e a de Stern. Alguns autores consideram como camada de Stern, aquele plano de cisalhamento onde são realizadas as determinações eletrocinéticas do potencial zeta (FUERSTENAU, 2004).

A determinação do potencial zeta é uma forma eficiente de controlar o comportamento do colóide, pois seu valor indica mudanças no potencial da superfície e as forças de repulsão dos colóides, sendo no tratamento de efluentes

uma forma de se avaliar se o pH e a dosagem de coagulantes empregados estão sendo favoráveis na eficiência do processo.

A eletroforese é uma das técnicas mais utilizadas para a medição do potencial zeta. Por meio dela determina-se a mobilidade eletroforética das partículas no plano de cisalhamento. A mobilidade eletroforética e a relação entre a velocidade da partícula e o campo elétrico aplicado; é convertida em potencial zeta, a partir da relação Helmholtz-Smoluchowski (Equação 2.1) (DALTIN, 2011).

_{= ζπ V}

/ε

ε

= potencial zeta.

= viscosidade do meio de dispersão. Ve= mobilidade eletroforética.

εr = constante dielétrica no meio

ε0= permissividade elétrica do ar (8,854 x 10-12 C2J-1m-1)

Um valor de potencial zeta mais alto numa mesma fase contínua indica que a partícula carregada apresenta uma espessura de camada de Stern maior e com maior densidade de cargas. Como essa camada é fixa à partícula, quanto mais espessa, maior a proteção de cada partícula contra a floculação, o mesmo acontece para as emulsões.

O resultado da aproximação entre as partículas dependerá de um balanço entre a energia de atração proporcionada pelas forças de Van der Waals e a energia de repulsão proporcionada pela dupla camada elétrica. Se há um predomínio das forças de atração, as partículas apresentarão tendência á floculação. Se as forças repulsivas forem predominantes, as partículas permanecerão cineticamente independentes e a suspensão será estável (DALTIN, 2011).

2.3.1 Ponto isoelétrico (PIE)

A determinação do potencial zeta para diferentes valores de pH permite a obtenção de curvas de potencial zeta vs pH e, consequentemente, a determinação do ponto isoelétrico. O ponto isoelétrico (PIE) pode-se definir como o pH correspondente ao potencial zeta nulo ou seja, o pH em que as cargas da superfície das partículas são neutralizadas (PASHLEY; KARAMAN, 2004; REED, 1995).

As partículas normalmente adquirem carga superficial quando suspensas em meio liquido. Utilizando o meio liquido mais comum, a água, temos que essas cargas superficiais podem ser neutralizadas pela presença de íons de carga oposta em solução. Portanto, a variação de pH, gerando a variação de concentração de íons H+ _{e OH}-_{, pode neutralizar essas cargas (DALTIN, 2011).}

2.3.2 Fatores que afetam o potencial zeta

Os principais fatores que afetam o potencial zeta são mencionados a seguir (ZETA, [...], 2004).

2.3.2.1 pH

Em meio aquoso o pH de uma amostra é um dos fatores mais importantes que afeta o valor do potencial zeta. O próprio valor de potencial zeta sem definir as condições da solução é um número praticamente insignificante. Por exemplo, uma partícula em suspensão com um potencial zeta negativo, se mais álcali é adicionado à suspensão, as partículas tendem a adquirir uma carga mais negativa. Se ácido é adicionado para a suspensão, um ponto será atingido onde a carga será neutralizada. Uma posterior adição de ácido irá causar um acúmulo de carga positiva. Portanto, um potencial zeta em relação à curva de pH será positivo em pH baixo e menor ou negativa em pH alto (VENKATARAMAN, 2002; SOARES, 2009).

2.3.2.2 Condutividade

A espessura da dupla camada depende da concentração dos íons em solução e esta pode ser calculada a partir da resistência iônica do meio. Quanto maior é a resistência iônica, mais comprimida se torna a dupla camada elétrica. A valência dos íons também influencia na espessura da dupla camada elétrica, por exemplo, um íon trivalente como Al3+ _{(que tem raio iônico menor) comprimirá mais}

a dupla camada elétrica em comparação com um íon monovalente como Na+

(LEROY, 2011; ZAYID, 2014).

2.3.2.3 Concentração de um componente

O efeito da concentração de um componente sobre o potencial zeta pode nos fornecer informação para auxiliar na formulação de um produto e dar uma máxima estabilidade. Por exemplo, a influência de contaminantes conhecidos sobre o potencial zeta de uma amostra pode ser uma ferramenta poderosa na formulação de um produto para resistir à floculação.