O que é a Adsorção num sólido?
A
adsorção é um processo espontâneo que ocorre
sempre que uma superfície de um sólido é exposta a um gás ou a um líquido. Mais
precisamente, pode definir-se adsorção como o enriquecimento de um dado fluido,
ou o aumento da densidade desse fluido, na vizinhança da interface.
Para que serve a
Adsorção?
A
adsorção tem grande importância tecnológica. De facto, alguns adsorventes são
usados em larga escala em processos de secagem, como catalisadores ou suportes
de catalisadores, na separação e purificação de gases e líquidos, bem como no
controlo da poluição quer em fase líquida quer em fase gasosa.
Outro aspecto que tem contribuído para a divulgação das técnicas que envolvem a
adsorção, nomeadamente a adsorção de gases, é a sua utilidade para o
conhecimento de propriedades como a área específica e o tipo de porosidade de
materiais sólidos finamente divididos, propriedades estas que têm uma relação
directa com as aplicações destes sólidos.
O
que é um Adsorvente?
Os adsorventes (ou seja, os sólidos) cujas aplicações industriais remontam há mais tempo são os carvões activados e vários tipos de sílica gel. Estes sólidos são geralmente pouco cristalinos, e apresentam uma estrutura porosa pouco regular. Nas últimas décadas têm vindo a surgir um crescente número de adsorventes com estruturas cristalinas regulares, nomeadamente os zeólitos. Um tipo de materiais que, do ponto de vista da sua estrutura, é mais organizado do que os carvões activados mas menos do que os zeólitos, são os materiais obtidos por intercalação de argilas: argilas com pilares.
Alguns termos relacionados com Adsorção:
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Adsorção |
Enriquecimento da interface num ou mais componentes |
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Adsorvato |
Substância no estado adsorvido |
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Adsorvível |
Substância que vai ser adsorvida, mas que está na fase fluida. (Este
termo deriva do Inglês “adsorptive” e é por vezes também traduzido por
adsorptivo. Em Francês é traduzido por “adsorbable” |
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Adsorvente |
O material sólido em que ocorre a adsorção |
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Adsorção Química |
Processo de adsorção que envolve a formação de uma ligação química com o
sólido |
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Adsorção Física |
Processo de adsorção que não envolve a formação de uma ligação química
com o sólido |
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Capacidade da monocamada |
Na adsorção química: quantidade adsorvida necessária para ocupar todos os “sítios” activos Na adsorção física: quantidade adsorvida necessária para cobrir a superfície |
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outros termos |
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Pó |
Material seco composto por partículas com dimensões menores que 1 mm |
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Área superficial específica |
Área superficial, por unidade de massa de adsorvente, determinada por
métodos estabelecidos |
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Sólido poroso |
Sólido com cavidades ou canais mais profundos do que largos |
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Microporos |
Poros com aberturas menores que 2 nm |
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Mesopororos |
Poros com aberturas entre 2 e 50 nm |
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Macroporos |
Poros com aberturas maiores que 50 nm |
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Volume poroso |
Volume de poros, determinado por métodos estabelecidos, por exemplo a
partir dos dados de adsorção de azoto a baixa temperatura |
Os materiais com aplicações tecnológicas relevantes em adsorção ou em catálise
tem áreas superficiais específicas da ordem das centenas ou mesmo superiores a
1000 m2/g. É fácil verificar que por exemplo num pó finamente
dividido composto por esferas “lisas” a área superficial (a) é dada por a = 6/(rd)
em que
r
é a densidade e d o diâmetro.
Considerando partículas com 1
mm
de diâmetro, e uma densidade de 3 g/cm3, temos que a área superficial
específica seria de 2 m2/g, muito longe das centenas ou mesmo
milhares de m2/g que alguns materiais apresentam.
Assim, e mesmo atendendo a que o cálculo acima descrito é aproximado,
verifica-se que a área superficial de um sólido advém essencialmente da
existência de porosidade nesse sólido.
Quais os métodos experimentais mais usados em adsorção?
Um dos objectivos principais de uma experiência de adsorção é a determinação de
uma
Isotérmica de Adsorção,
ou seja, a determinação das quantidades adsorvidas em função da pressão, (ou
pressão relativa) a temperatura constante.
As técnicas principais para a obtenção de uma isotérmica de adsorção são:
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Volumetria de Adsorção
Neste método as quantidades adsorvidas são determinadas com o recurso a volumes
calibrados, medindo a pressão e a temperatura da fase fluida.
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Gravimetria de Adsorção
As quantidades adsorvidas são determinadas pelo aumento de massa do sólido à
medida que a adsorção procede, devido ao aumento da pressão.
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Técnicas de Fluxo
Nesta situação é utilizado um fluxímetro de alta precisão determinar as
quantidades adsorvidas
- F. Rouquerol, J. Rouquerol e K. Sing “Adsorption by Powders & Porous Solids”, Academic Press, 1999.
- D. M. Ruthven, “Principles of Adsorption and Adsorption Processes”, John
Wiley & Sons, 1984.
"Links" com interesse:
Nanociência e nanotecnologia: http://www.royalsoc.ac.uk/landing.asp?id=1210