Adsorção
Adsorção é a adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma superfície sólida (o adsorvente); o grau de adsorção depende da temperatura, da pressão e da área da superfície - os sólidos porosos como o carvão activado são ótimos adsorventes.
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As forças que atraem o adsorvato podem ser químicas ou físicas.
A adsorção química, também chamada quimissorção, é específica e é empregada na separação de misturas. Nela as moléculas (ou átomos) unem-se à superfície do adsorvente através da formação de ligações químicas (geralmente covalentes) e tendem a se acomodarem em sítios que propiciem o maior número de coordenação possível com o substrato. Uma molécula quimicamente adsorvida pode ser decomposta em virtude de forças de valência dos átomos da superfície e é a existência de fragmentos moleculares adsorvidos que responde, em parte, pelo efeito catalítico das superfícies sólidas.
A adsorção física, também chamada fisissorção, é empregada em máscaras contra gases e na purificação e descoloração de líquidos. Nela as moléculas do adsorvente e do adsorvato interagem por interações de van der Waals, que apesar de serem interações de longo alcance, são fracas e não formam ligações químicas. Uma molécula fisicamente adsorvida retém sua identidade, embora possa ser deformada pela presença dos campos de força da superfície.
Adsorção e Isotérmica de Langmuir
editarA adsorção sobre sólidos é um fenômeno de grande importância em química, mais especificamente em físico-química. Quando se expõe um sólido finamente dividido a uma pressão moderada de um gás, geralmente a pressão do gás decresce, indicando que parte das moléculas do gás foram adsorvidas na superfície do sólido. Pelo mesmo motivo observa-se que expondo uma solução de um corante (ou de uma tinta) ao sólido, a intensidade da coloração da solução decresce acentuadamente. Deve ser salientado também que a ação catalítica de muitas substâncias, no caso da catálise heterogênea, está ligada a estes fenômenos da adsorção.
A intensidade desses efeitos depende da temperatura, da natureza das substâncias presentes no meio, da pressão do gás, ou da concentração do corante. Um fato bastante importante está relacionado com a superfície do sólido. Quanto mais finamente dividido estiver este sólido, maior será a sua superfície específica e portanto maior a sua eficiência em adsorver as moléculas presentes no meio.
Experimentalmente, as medidas nesses sistemas são feitas em termos de quantidade de substância adsorvida por grama do sólido, com a finalidade de se obter as chamadas isotermas de adsorção. Essas isotermas são gráficos onde estão representados , número de moles de substância adsorvida por grama de sólido, versus , concentração de soluto em equilíbrio, ou , pressão do gás sobre o sólido.[1]
Muito se tem feito no sentido de se desenvolver uma teoria para explicar os fatos experimentais observados. Para sistemas mais simples, uma teoria desenvolvida por Langmuir é feita a seguir:
Considerando que o processo de adsorção do gás sobre uma superfície pode ser representada pela equação:
Onde é a posição vazia na superfície do sólido (sítio ativo) e representa a molécula adsorvida. A constante de equilíbrio pode ser escrita como:
onde: é a fração das posições na superfície que estão ocupadas; é a fração das posições livres; e é a pressão do gás.
Comumente se usa em função de onde representa a fração da superfície que está coberta. Assim representará a fração da superfície que não está coberta. Pode-se então escrever:
- ou seja
que é a expressão da isoterma de Langmuir.
Rearranjando, em termos de , a equação fica:
Para o caso de adsorção em solução, a isoterma continua válida, devendo somente substituir , pressão do gás, por , a concentração do soluto na solução.
Pode-se escrever ainda que:
onde: = número de mols de moléculas adsorvidas por grama de sólido; =número de mols de soluto por grama de sólido necessários para formar uma monocamada sobre a superfície.
Então:
e rearranjando tem-se:
que é a forma mais usual da isoterma da Langmuir.
Dessa expressão tem-se que a isoterma de adsorção de Langmuir representa de um modo adequado um processo de adsorção, então um gráfico deverá resultar numa reta, cujo coeficiente angular será igual a e o coeficiente linear será igual a .
Tendo os valores de e conhecendo s, a área ocupada por uma molécula adsorvida na superfície do sólido, então a área específica (em metros quadrados por grama) da superfície do sólido será:
onde é o número de Avogadro e s é dado em angstroms quadrados.
Referências
editar- ↑ Alan L. Myers, Thermodynamics of Adsorption. Perteneciente a la publicación Chemical Thermodynamics for Industry - Ed. T.M. Letcher, 2004
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