Adsorção: Fenômeno Físico-Químico

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Universidade Estadual do Centro Oeste do Paraná –
UNIOESTE
Centro de engenharias e ciências exatas - CECE
ADSORÇÃO
Alunas: Dheniffer S.O. Buffon
 Lúcia Mártires Costa
 
Relatório parcial referente a disciplina de Físico-Química do curso de Química Bacharelado 5° semestre, visando a obtenção de nota parcial. Ministrada pelo professor Douglas Dragunski.
Toledo - PR
2018
1 INTRODUÇÃO
Adsorção é a acumulação de uma substância em uma interface. Ocorre com todos os tipos de interface, como gás-sólido, solução-sólido, solução-gás. É um fenômeno físico-químico onde o componente em uma fase gasosa ou líquida é transferido para a superfície de uma fase sólida. A intensidade da adsorção é proporcional à área superficial específica, visto que a adsorção é um fenômeno de superfície. O material inicialmente adsorvido é o adsorvato, e o material onde ocorre a adsorção é chamado de adsorvente. Os sólidos apresentam a propriedade de reter moléculas em sua superfície e esta propriedade pode ser bastante acentuada no caso de materiais porosos ou finamente divididos.1 
As forças envolvidas podem variar desde as de natureza puramente física (adsorção física) até as de natureza química (adsorção química). No caso de adsorção física, a ligação do adsorvato à superfície do adsorvente envolve uma interação relativamente fraca que pode ser atribuída às forças de Van der Waals, que são similares às forças de coesão molecular. Diferentemente, a quimissorção, a qual envolve a troca ou partilha de elétrons entre as moléculas do adsorvato e a superfície do adsorvente, resultando em uma reação química. Isso resulta essencialmente numa nova ligação química e, portanto, bem mais forte que no caso da fisissorção.1
A adsorção não é um processo estático, mas de equilíbrio dinâmico entre moléculas que são adsorvidas e as dessorvidas. Esse equilíbrio é uma função da temperatura. A quantidade de reagente adsorvido a uma determinada T é descrita por várias equações: As isotermas de adsorção.2
A obtenção de uma isoterma de adsorção é um processo simples em que uma massa de adsorvente é adicionada em um determinado volume (V) de uma série de soluções com concentrações iniciais (Co) diferentes e conhecidas. Quando o equilíbrio de adsorção é atingido, temos a concentração final de soluto na solução em equilíbrio (Ceq, em gramas ou mols por litro de solução) e a capacidade de adsorção do adsorvente (q, em massa ou mols de adsorvato, por unidade de massa de adsorvente). Assim, pode-se obter um gráfico de q versus Ceq. Contudo, precisa-se saber como se obter o valor das variáveis Ceq e q. Para obter os valores de Ceq, após o equilíbrio ser atingido, separa-se o adsorvente da solução utilizando um filtro de membrana, papel de filtro ou por centrifugação, e analisa-se a solução sobrenadante para determinar a concentração residual de adsorvato (Ceq). Esta pode ser determinada por técnicas analíticas, dependendo do adsorvato utilizado, como cromatografia gasosa ou líquida, espectrometria no ultravioleta ou visível, espectrometria de absorção ou emissão ou outros meios adequados. Já para obter valores de q, deve-se fazer um balanço de massa, em que a quantidade de adsorvato no adsorvente deve ser igual à quantidade de adsorvato removido da solução, ou, em termos matemáticos representado pela equação 1, onde m é a massa do adsorvente.2
 q = (equação 1)
Após as determinações de q e Ceq, pode-se construir um gráfico dos valores de q versus Ceq (q na ordenada, ou eixo vertical, e Ceq na abscissa, ou eixo horizontal) o qual tem como resultado um gráfico de uma isoterma de adsorção. A palavra isoterma está relacionada com o processo que ocorre em temperatura constante, ou seja, sob condições isotérmicas.2
A isoterma de Freundlich é um dos primeiros e mais simples modelos, e relaciona a massa do material adsorvido pela massa do adsorvente com a concentração do material em solução. A isoterma de Freundlich é descrita pela equação 3:2
 (equação 3)
Onde: w é a massa do adsorvato (líquido ou em solução) que foi adsorvida; z é a massa do adsorvente; K é a constante de proporcionalidade; Ci é a concentração inicial do adsorbato; m é uma constante, e é o fator de linearidade quando se transforma a equação em uma reta.2
A isoterma de Langmuir fornece uma descrição mais adequada do processo de adsorção em monocamadas, e é aplicada em alguns casos de adsorção física e de adsorção química em baixas pressões e/ou concentrações, mais precisamente para sistemas onde ocorre adsorção de gases em superfícies sólidas. A isoterma de Langmuir representa simplificadamente o processo de adsorção como uma reação química entre o adsorvente e o adsorvato.2
2 OBJETIVO
Obter a isoterma de adsorção.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais
Balão volumétrico 100 mL
Agitador orbital
Balança
Espátula
Espectrofotômetro
Corante azul de metileno
Palha de milho
Pipeta 2mL, 5 mL, 10 mL, 20 mL
Proveta 50 mL
Béquer 50 mL
Cubetas
3.2 Métodos
Foram preparadas soluções de azul de metileno em diferentes concentrações, de 10, 20, 40, 60, 80, 100, 130, 160, 180 e 200 mg L-1, utilizando um balão volumétrico de 100 mL para cada solução, despejou-se com uma pipeta cada volume de azul de metileno calculado, e depois completada com água destilada até a marca de 100 mL. Pesou-se 0,5 g de palha de milho, e em um pote colocou-se a palha, e 50 mL da solução preparada, usando-se uma proveta de 50 mL. Os potes foram postos em agitador orbital durante 40 minutos. Em seguida, tomando-se cuidado para não pegar a palha, colocou-se as soluções, individualmente, em cubetas e colocadas no espectrofotômetro.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5 CONCLUSÃO
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Adsorção de Solução. Disponível em: <http://www2.iq.usp.br/docente/hvlinner/adsorcao.pdf>. Acesso em: 08 de julho de 2018.
[2] Adsorção. Disponível em: <https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/14605/14605_5.PDF>. Acesso em: 08 de julho de 2018.
QUESTÕES
Explique a diferença entre adsorção e absorção.
O ato de absorver refere-se à ação de recolher, por exemplo, uma esponja absorve água, mas o líquido sai facilmente quando ela é espremida, o que não ocorre com a adsorção. 
Na adsorção, as moléculas ou íons de uma substância ficam retidos (fixados) na superfície de sólidos por interações químicas e físicas.
O que diferencia os modelos de Langmuir e Freundlich.
Indique três aplicações para o uso da adsorção.
O fenômeno de adsorção é utilizado em aparelhos muito simples, tais como purificadores de água de uso doméstico, que utiliza carvão ativado para remover, por meio da adsorção, impurezas contidas na água, e nas máscaras de gás, que retém moléculas de gases venenosos também utilizando carvão ativado como adsorvente. Até mesmo os métodos de tingimento de cabelos se utilizam das características adsorventes dos fios. Catalisadores heterogêneos também funcionam por processo de adsorção, adsorvendo moléculas em sua superfície, enfraquecendo as ligações químicas existentes nesta molécula e quebrando-a, tornando-a apta para formar os produtos de interesse.