Curvas de Potencial Zeta: O que são e para que servem!?

O potencial zeta consiste na medição da magnitude da repulsão ou da atração eletrostática ou das cargas entre partículas, sendo um dos parâmetros fundamentais que afetam a estabilidade dos colóides, oferecendo uma visão das causas da dispersão, agregação ou floculação, que pode ser aplicada na melhoria de formulações de dispersões, emulsões e suspensões.

O comportamento coloidal

O estado coloidal consiste em um sistema heterogêneo de pelo menos duas fases diferentes, dispersa e contínua, sendas elas sólida, líquida ou gasosa. Exemplos de soluções coloidais são água, sangue, argila, entre outros. As diferentes interações entre a fase dispersa e contínua constituem um dos pontos críticos do comportamento e da estabilidade dos colóides.

Cada superfície de um material tem tendência para absorver cargas elétricas. O estado elétrico de uma superfície depende da distribuição espacial das cargas livres na sua vizinhança. Esta distribuição é geralmente idealizada como uma dupla camada eletroquímica.

A dupla camada elétrica é formada pelas camadas de Stern e pela difusa ou de Gouy-Chapman (plano de cisalhamento). A Camada de Stern apresenta cargas adsorvidas à superfície carregada da partícula e conforme a distância da superfície da partícula aumenta, há uma diminuição na densidade de cargas (camada difusa). O potencial zeta é dado pelo potencial no limite da camada difusa.

Na maioria das vezes, a carga dos colóides é negativa, gerando uma força de repulsão entre os colóides vizinhos. A eletrocinética é uma das forças de repulsão mais importantes, produzida pela carga encontrada na superfície de partículas em líquidos. Quando a carga da superfície for relativamente alta, os colóides vizinhos vão se repelir e tendem a manter sua individualidade. Dessa forma, colóides altamente carregados tendem a permanecer em suspensão, enquanto colóides com pouca ou nenhuma carga seguem à tendência natural de agregação.

Fatores que influenciam o Potencial Zeta

O potencial zeta varia com a concentração de sais, de íons e de surfactantes, entre outras espécies químicas.  Assim, temos que o valor de pH influencia muito o comportamento coloidal, visto que altera a espécie iônica predominante, afetando assim, a carga superficial das interfaces. Dessa forma, é muito comum que as curvas de potencial zeta sejam construídas em função do pH.

Curvas de Potencial Zeta: O que elas trazem?

As curvas de potencial zeta traçam uma visão geral do comportamento da carga superficial em função do pH e relacionando-se com a estabilidade, principalmente a partir do ponto isoelétrico.

Por definição, o ponto isoelétrico ocorre quando a carga líquida superficial é zero (potencial zeta) e a carga total é máxima.

Com aumento ou diminuição do pH da dispersão há uma tendência em aumentar a carga líquida até um dado valor máximo, enquanto a carga total sempre se torna menor que a do ponto isoelétrico. Ou seja, o ponto isoelétrico é dependente dos íons presentes na dispersão e de sua concentração.

Quando se ajusta o pH a partir do ponto isoelétrico para valores mais ácidos, a concentração excessiva de íons H⁺ produz cargas eletrostáticas superficiais positivas. Ao contrário, quando se ajusta o pH a partir do ponto isoelétrico para valores mais básicos, a concentração excessiva de íons OH^– produz cargas eletrostáticas superficiais negativas.

Como controlar a carga das partículas?

O controle das cargas da partícula pode ser feito a partir da modificação do ambiente em torno dos colóides. Isto pode ser feito variando o pH ou a espécie iônica em solução. Outra técnica que pode ser utilizada é a de adição de floculantes dispersantes para a solução.

Como o Potencial Zeta é medido?

O potencial zeta não pode ser medido diretamente, assim, utiliza-se de uma medição indireta para seu cálculo. A técnica mais usada e mais aceita é através da mobilidade eletroforética (EM), em que ocorre o rastreamento do movimento de partículas carregadas de uma suspensão coloidal diluída mediante um campo de tensão.

As medidas EM podem ser expressas por microns/ segundo, que representa uma medida de velocidade, ou por volts/centímetro, que é uma expressão da intensidade do campo elétrico. Portanto, mobilidade eletroforética é uma medida relativa de quão rápido uma partícula se move em um campo elétrico.

O Potencial Zeta pode ser calculado a partir da medida da mobilidade eletroforética e os resultados podem ser expressos em milivolts, embora seja uma aproximação porque representa a estabilidade dos colóides e é mais fácil de visualizar.

As medições podem ser realizadas em amostras aquosas, não aquosas e para diluir suspensões em polpas concentradas. Então, se você está olhando para um sistema em escala microscópica e tentando analisar as forças eletrostáticas entre as partículas ou apenas interessado em propriedades gerais do sistema,  o Potencial Zeta pode ajudar.

Princípio de medição por mobilidade eletroforética

As partículas suspensas em um líquido migram sob a influência de um campo elétrico aplicado. Essa migração ocorre porque as partículas estão carregadas, positivamente ou negativamente, dependendo da composição do sistema.

Na prática, introduz-se uma suspensão coloidal diluída em uma cuba com dois eletrodos e aplica-se um potencial elétrico à suspensão. As partículas com carga elétrica líquida irão se mover na direção do eletrodo de carga contrária, tão mais rapidamente quanto maior a sua carga elétrica e maior o campo elétrico aplicado.

Aplicações do Potencial Zeta

Suas aplicações são as mais variadas possíveis, na indústria de petróleo, na fabricação de argilas e cerâmicas, na separação eficaz de minerais com a ajuda de coletores, na formulação e controle das propriedades físicas de produtos farmacêuticos, no controle de dispersões de corantes em tintas, na fabricação de papel pela retenção de fibras e finos e, consequentemente, da quantidade de sedimentos produzidos, na coagulação de contaminantes da água, dosando a quantidade ideal de coagulante a ser utilizado e sua devida purificação para reutilização. Entre essas aplicações ainda podemos citar sua utilização em diversos setores como eletroquímica, eletrocatálise, petroquímica, formulação de emulsões fotográficas, entre outras.

Potencial Zeta na Mineração

Como sabemos, a flotação é um dos processos mais importantes no beneficiamento mineral, e adivinha quem é importantíssimo para controlar a eficiência do processo? Isso mesmo, o Potencial Zeta!!

Após os processos primários (britagem, moagem), os minérios são destinados às usinas de beneficiamento para separação do minério e a ganga. Dessa forma, conhecimento do Potencial Zeta auxilia na escolha das melhores condições e dos aditivos a serem utilizados, visto que o grau de adsorção entre o coletor e o mineral é fator importante no processo.

Assim, vemos que o conhecimento do potencial zeta é imprescindível para estudos que visam melhorar a eficiência da flotabilidade, maximizando a recuperação do minério.

Autora: Thaís Fonseca

Gostou do texto? Confira outros conteúdos em nosso blog e conheça nossos serviços! Entre em contato conosco por meio de nosso telefone (31) 3409-1033 / (31) 97167-5141, e-mail minasjr@minasjr.com.br ou redes sociais facebook e instagram, e veja o que podemos fazer por você!