Os Isotermas de Adsorção

Universidade Federal de Goiás

Campus – Jataí

Licenciatura em Química

Físico-química II

Isotermas de Adsorção

Discente: Tássia Gabriela Elias Borges

Docente: Prof. Dr. Maria Helena

Jataí, 13 de junho de 2012

1. Introdução

A adsorção é a acumulação de uma substância em uma interface. Ocorre com todos os tipos de interface, tais como gás-sólido, solução-sólido, solução-gás, ou seja, é um processo de transferência de um ou mais constituintes (adsorvatos) de uma fase fluida (adsortivo) para a superfície de uma fase sólida (adsorvente).

No processo de adsorção as moléculas presentes na fase fluida são atraídas para a zona interfacial devido à existência de forças atrativas não compensadas na superfície do adsorvente, nesse processo pode existir dois tipos de adsorção: química e física.

Adsorção química (quimissorção): é uma adsorção específica e envolve a formação de um composto bidimensional, como por exemplo, quando gases entram em contato com superfícies metálicas limpas, ou seja, onde a molécula adsorvida forma uma interação forte com a superfície.

Adsorção física (fisiossorção): é uma adsorção não-específica, rápida e reversível, pois o adsorvato encontra-se ligado a superfície somente por forças de van der waals (forças dipolo-dipolo e forças de polarização, envolvendo dipolos induzidos), ou seja, onde a molécula adsorvida na superfície na fase gasosa não forma uma interação forte com a superfície.

Na adsorção há uma diminuição da energia livre superficial do sistema sendo, portanto, um processo espontâneo, isto é, o ∆G é menor do que zero. Entretanto, há uma diminuição do número de graus de liberdade do sistema, pois as moléculas do adsorvato só podem se deslocar sobre a superfície do adsorvente, isto é, ∆S é menor do que zero. Como ∆G= ∆H - T∆S, o ∆H será negativo, mostrando que a adsorção é também um processo exotérmico.

1. Objetivo

Realizar a apresentação das isotermas de adsorção, mostrando e enfatizando o que venha ser adsorção, quais os tipos de isotermas e suas aplicações.

1. Desenvolvimento

3.1- Isotermas de Adsorção

A adsorção pode ser avaliada quantitativamente através das isotermas, o procedimento experimental é bastante simples: basta colocar em contato a solução contendo o componente a ser adsorvido com diferentes massas de adsorvente até atingir o equilíbrio. Após a filtração pode-se obter a concentração de equilíbrio em solução e quantidade de material adsorvido. Os gráficos que são obtidos a partir disso, são as isotermas de adsorção e podem apresentar-se de várias formas, fornecendo informações importantes sobre o mecanismo de adsorção.

As isotermas de adsorção mostram a relação de equilíbrio entre a concentração na fase fluida e concentração nas partículas adsorventes em uma determinada temperatura.

[pic 1]

              3.1.1- Figura 1: Isotermas de Adsorção

Podemos perceber que a isoterma linear passa pela origem e a quantidade adsorvida é proporcional a concentração do fluido, já as isotermas convexas são favoráveis, pois grandes quantidades adsorvidas podem ser obtidas com baixas concentrações de soluto, em uma adsorção, percebe-se que o pH, a temperatura e principalmente o tipo de adsorvente são parâmetros que influenciam na forma da isoterma.

[pic 2]

3.1.2- Figura 2: Adsorção de Cr (VI) sobre diferentes adsorventes carvões e argilas a 25º C.

Como por exemplo, a figura 2 que apresenta a adsorção de Cromo VI em diferentes materiais, pois pode-se perceber que as isotermas de adsorção do cromo sobre os diferentes adsorventes mostram a ordem de capacidade de adsorção, dessa forma podemos observar que o Schungite é o menos favorável.

As isotermas de adsorção podem ser representadas por equações, são elas: Langmuir, Freundlich, Henry, Temkin, Giles e Brunauer, Emmett, Teller (Bet), mas falaremos das isotermas de Langmuir e Freundlich, pois são as mais utilizadas na modelagem da adsorção.

3.2- Isoterma de Langmuir

A isoterma de Langmuir foi desenvolvida em 1918 por Irving Langmuir para descrever a dependência do recobrimento da superfície por um gás adsorvido. Este é o modelo mais simples das isotermas de adsorção, ela tem sido utilizada, com sucesso, para interpretar o comportamento da adsorção no equilíbrio, de vários sistemas e para determinar a área de superfície total de um sólido, essa isoterma está restrita a somente uma monocamada de espessura.

A teoria de Langmuir assume que as forças que atuam na adsorção são similares em natureza aquelas que envolvem combinação química. Considera-se implicitamente que:

• O sistema é ideal;
• As moléculas são adsorvidas e aderem a superfície do adsorvente em sítios definidos e localizados, com adsorção em monocamada em superfície homogênia;
• Cada sítio pode acomodar somente uma entidade adsorvida;
• A energia da entidade adsorvida apresenta interação desprezível entre moléculas adsorvida.

Essa isoterma pode ser expressa através da equação de Langmuir:

            (x/m)=  a . b . c               Onde, x= quantidade adsorvida; [pic 3]

                        (1 + b. c)                        m= massa do sólido        

                                                              a e b= constantes; c= concentração

3.3- Isotermas de Freundlich

A isoterma de Freundlich corresponde a uma distribuição exponencial de calores de adsorção. A equação de Freundlich foi originalmente introduzida como uma correlação empírica de dados experimentais, sendo só muito mais tarde derivada matematicamente por Appel em 1973, admitindo-se uma distribuição logarítmica de sítios ativos, que constitui um tratamento válido quando não existe interação apreciável entre as moléculas de adsorvato. Desse modo essa isoterma pode ser descrita através da equação de Freundlich.