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:

Diferença entre absorção e adsorção
Diferença entre absorção e adsorção

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:

ííí

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 a partir da razão entre o volume adsorvido e o máximo de gás de que poderia ser adsorvido, desse jeito aqui:

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:

Fórmulas da velocidade de adsorção e dessorção
Fórmulas da velocidade de adsorção e dessorção

Onde é o número de sítios livres e , pressão e e são as constantes de equilíbrio de adsorção e dessorção, respectivamente.

No equilíbrio a soma das velocidades é zero, e então podemos escrever às equações que definem há isoterma de Langmuir:

Variáveis da isoterma de Langmuir
Variáveis da isoterma de Langmuir

Outra relação super importante é a razão entre pressão e volume:

Isso significa que se tivermos um gráfico versus , ele tem que ser linear e o coeficiente angular da reta será e o angular será .

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:

Constantes de equilíbrio
Constantes de equilíbrio

Sendo o a constante de equilíbrio, o as frações das posições na superfície do adsorvente e o a fração das posições inicialmente vagas.


A expressão que demonstra a isoterma BET é a seguinte:

Isoterma BET: Fórmula
Isoterma BET: Fórmula

Onde é a pressão de vapor sobre a camada de adsorvato, é o volume que correspondente à formação da monocamada de adsorvato e esse é uma constante que se relaciona com as entalpias de dessorção da monocamada e de vaporização do adsorvato, dada por:

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 é a massa da substância adsorvida, o é a massa do adsorvente, o é a concentração do soluto e o e o são constantes características desse sistema em uma dada temperatura.


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