Adsorção
Teoria
A adsorção é a adesão de moléculas de um fluido a uma superfície sólida a partir de interações físico-químicas entre as duas interfaces.
-Hãam?! 😖
Calma, a gente vai entender melhor já já, mas antes de qualquer coisa, precisamos ter em mente as seguintes definições:
- Adsorvato: Substância líquida ou gasosa que fica retida na superfície de um sólido adsorvente.
- Adsorventes: Substância sólida que promove a retenção do adsorvato.
Ahh, outra coisa, muito cuidado pra não confundir a aDsorção com aBsorção!
Enquanto na adsorção uma substancia retida na superfície do adsorvato, o que não altera seu volume, na absorção uma substância é embebida por outra, ocasionando mudança de volume.
Essa ilustração aqui nos ajuda bastante a entender essa diferença:
Agora sim, vamos ao que interessa!
Como funciona o Processo de Adsorção
O processo de adsorção acontece entre duas interfaces. Pra ficar mais claro, vamos pensar no carvão ativado que pode ser usado pra remover o odor da geladeira.
Nesse caso temos uma interface gás-sólido. Onde as impurezas que causam o odor estão na fase gasosa e o carvão na fase sólida.
O que vai acontecer na superfície do carvão ativado é a interação entre as moléculas de carvão e de impurezas, o carvão vai “atrair” a impureza, capturando ela e tirando o fedor da geladeira!
Chamamos o carvão ativado de adsorvente e as impurezas de adsorvato.
É muito importante que o adsorvente tenha alta área superficial, afinal, quanto maior for a sua área superficial, maior será sua capacidade de “capturar” o adsorvato! Para medir o recobrimento de uma superfície sólida adsorvida, fazemos:
Esses sítios são os espacinhos que podem ser ocupados pelo adsorvato.
Mas imagina só, a gente contando cada microburaquinho do carvão ativado, nada prático, não é?! 🤣🤣🤣
Para resolver esse problema. podemos calcular o grau de recobrimento
Show! Mas nós temos dois diferentes tipos de adsorção, eles são diferentes com base nas forças responsáveis por fazer a adsorção acontecer. Bora entender a diferença entre eles?!
Adsorção Física
A adsorção física também pode ser conhecida como fisissorção, esse tipo de adsorção acontece quando as forças entre adsorvato e adsorvente são do tipo Van Der Waals.
Esse tipo de iteração tem longo alcance, porém as moléculas são adsorvidas fracamente e o calor envolvido nesse processo é baixo. A energia produzida por uma adsorção física é da ordem da entalpia de condensação.
Além disso ela é sempre exotérmica e reversível!
Adsorção Química
Já a adsorção química, que também pode chamada de quimissorção, é um tipo de interação de tipo química, nesse caso a temperatura é maior e a substância que é adsorvida se transforma em uma substância diferente e ela necessita de uma alta energia de ativação para acontecer.
As entalpias de adsorção química costumam ser muito maiores que as entalpias de adsorção física. E também é geralmente um processo exotérmico e irreversível.
Isotermas de Adsorção
As isotermas de adsorção são relações entre a quantidade de substância que foi adsorvida pelo adsorvente e a concentração da substância em solução.
Existem diferentes modelos de isotermas, os mais comuns da gente encontrar são: isotermas de Langmuir, isoterma BET e isotermas de Freündlich.
Bora dar uma conferida em cada uma delas?
É um dos modelos mais simples que descreve o modelo de adsorção de gás em sólidos, as principais características dela:
- A superfície do sólido dividida em números de sítios de adsorção equivalente;
- Não existe interações entre as moléculas adsorvidas;
- A adsorção está completa quando uma monocamada de adsorvato for formada.
Na isoterma de Langmuir as velocidades de adsorção e dessorção são dadas por:
Onde
No equilíbrio a soma das velocidades é zero, e então podemos escrever às equações que definem há isoterma de Langmuir:
Outra relação super importante é a razão entre pressão e volume:
Isso significa que se tivermos um gráfico
Guarda essa informação que é muito importante!
Isoterma Brunauer, Emmet e Teller (BET)
A isoterma BET é baseada em um modelo de adsorção de um gás numa superfície, com adsorção em múltiplas camadas. As constantes de equilíbrio para as etapas são dadas assim:
Sendo o
A expressão que demonstra a isoterma BET é a seguinte:
Onde
Isoterma de Freündlich
A diferença dessa isoterma é que o Freündlich relacionou a quantidade de material adsorvido com a concentração do material em solução. Sendo esse sistema composto por uma fase líquida em contato com uma fase sólida.
Uma coisa importante de se ter em mente é que essa isoterma não descreve sistemas com altas concentrações de adsorvato, beleza?
Podemos descrever a isoterma de Freündlich pela equação:
Onde o
A gente pode manipular essa equação de forma que ela fique assim:
Agora, vamos praticar com exercícios?!
Como funciona o Processo de Adsorção
Adsorção Física
Adsorção Química
Isotermas de Adsorção
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
USP - Físico-Química - Lista 3 - Professora Denise
Quais as características da adsorção física e adsorção química?
Passo 1
Fala aí! Vamos de questão teórica para fortalecer os conhecimentos!
Bom, precisamos separar as características de cada tipo de adsorção, física e química… Hummm… Que tal fazer isso em forma de tabela? Show! Vamos nessa!
Prontinho! Arrasamos!
Resposta
Passo 1.
Exercício Resolvido #2
USP - Físico-Química - Lista 3 - Professora Denise
Quais são as premissas do modelo de adsorção de Langmuir?
Passo 1
Opa! Precisamos relembrar lá das principais características do modelo de adsorção de Langmuir, né? Vamos nessa!
Bom, a primeira coisa que devemos lembrar é que o modelo de Langmuir se baseia em adsorção de gás em sólidos… Além disso, ele trabalha com a superfície do sólido dividida em números de sítios de adsorção equivalentes e não existe interações entre as moléculas adsorvidas, e a adsorção estará completa quando uma monocamada de adsorvato for formada… Beleza?
Show de bola!
Resposta
Passo 1.
Exercício Resolvido #3
Universidade Federal de Sergipe - Físico-Química 2 - Exercícios de revisão - Professor Kleber
Os dados da tabela seguinte são os da adsorção do sobre carvão a . Verifique se eles se ajustam à isoterma de Langmuir e obtenha a constante e o volume de gás correspondente ao recobrimento completo. Em cada caso, o volume foi corrigido para a pressão de .
Passo 1
Vamos arrasar nessa questão juntos! Pra começo de conversa, vamos analisar que estamos trabalhando com a adsorção de um gás, o , em um sólido, o carvão, e isso está de acordo com a adsorção de Langmuir, beleza?
Agora vamos lembrar que a isoterma de Langmuir é expressa pela equação:
Hummm… Nós precisamos encontrar a constante de Langmuir e o volume do recobrimento completo:
Bom, o enunciado nos deu um conjunto de pontos de pressão e volume, né? Aí é que tá o bizu! Se a gente plotar o gráfico versus , essa reta nos dará informações importantes, pois o coeficiente angular será e o coeficiente linear será , show!
Então vamos fazer o gráfico!!!
Passo 2
O gráfico dos nosso pontos ficará:
Para facilitar a visualização dos pontos vamos montar uma tabela que corresponde a esses valores:
Bom, agora só precisamos encontrar o coeficiente angular e o coeficiente linear… Para isso, vamos usar o método dos mínimos quadrados, lembra dele? Podemos fazer o método usando a calculadora científica e vamos encontrar nossos coeficientes sendo:
coeficiente angularcoeficiente linear
Passo 3
Sendo assim, temos que:
O volume de gás correspondente ao recobrimento completo, será:
Show! E agora usando o coeficiente linear, temos:
Substituindo o volume que encontramos:
O ficará:
Então, o coeficiente de Langmuir será:
Uhull!! Conseguimos!
Resposta
Exercício Resolvido #4
USP - Físico-Química - Lista 3 - Professora Denise
Descreva as características do modelo de adsorção BET.
Passo 1
Vamos relembrar a nossa teoria, ok?
O modelo de adsorção BET, descreve a adsorção para um gás numa superfície, com adsorção em múltiplas camadas. Ele se comporta como uma composição de várias monocamadas, beleza?
Prontinho!
Resposta
Passo 1.
Exercício Resolvido #5
Universidade Federal da Paraíba - Lista de exercícios
O volume do oxigênio gasoso, medido a e , adsorvido em de sílica, também a , é de a e a . Qual o valor de (admitindo que a adsorção do gás seja descrita pela isoterma de Langmuir)?
Passo 1
Vamos lá! Relembrando que a isoterma de Langmuir é expressa pela equação:
Nós precisamos encontrar o volume do recobrimento completo, né?
Bom, lembrando que se a gente plotar um gráfico versus , essa reta nos dará como coeficiente angular , e assim teremos nosso resultado, show?
O enunciado nos deu apenas dois pontos, né? Mas com dois pontos formamos uma reta, então partiu!
Passo 2
Os pontos para formar o gráfico são:
Usando o método dos mínimos quadrados, vamos encontrar nosso coeficiente sendo:
coeficiente angular
Passo 3
Sendo assim, temos que:
O volume de gás correspondente ao recobrimento completo, será:
Show! Encontramos!