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Dança molecular: como a adsorção acontece silenciosamente na natureza?
Adsorção é o processo pelo qual átomos, íons ou moléculas de uma substância em um gás, líquido ou sólido dissolvido aderem a uma superfície. Esse processo forma uma película fina chamada adsorbato na superfície do adsorvente. Adsorção é diferente de absorção, na qual um líquido (absorvente) é dissolvido ou penetrado em um líquido ou sólido (absorvente). Adsorção é um fenômeno de superfície e é claramente diferenciado de absorção.
A operação de muitos sistemas naturais e artificiais depende dos efeitos sutis dos fenômenos de adsorção, incluindo a adsorção de poluentes do ar e a purificação da água.
O processo de adsorção pode ser dividido em adsorção física (fisissorção) e adsorção química (quimissorção). A adsorção física é causada principalmente por forças fracas de van der Waals, enquanto a adsorção química envolve fortes ligações covalentes. Esse processo também pode ocorrer devido à atração eletrostática. A natureza da adsorção pode afetar a estrutura do adsorbato; por exemplo, a adsorção física de um polímero da solução pode resultar em uma estrutura achatada na superfície. Esse processo não só existe na natureza, mas também é amplamente utilizado na indústria, como em catalisadores híbridos, carvão ativado, resfriadores de adsorção e purificação de água.
Na indústria farmacêutica, a adsorção também é usada para prolongar a exposição do sistema nervoso a medicamentos específicos, o que é uma aplicação menos conhecida.
Isoterma de adsorção
A adsorção de gases e solutos é geralmente descrita por isotermas, ou seja, a relação entre a quantidade de adsorbato no adsorvente e sua pressão (para gases) ou concentração (para solutos líquidos) a temperatura constante. Quinze modelos diferentes de isoterma foram desenvolvidos até agora, um dos primeiros dos quais foi proposto por Freundlich em 1906.
Modelo de Freundlich
A isoterma de Freundlich é baseada em uma fórmula empírica envolvendo a massa do adsorvente, a massa do adsorbato e sua pressão, que descreve sucintamente as mudanças no processo de adsorção. Embora esta fórmula não possa descrever com total precisão a isoterma sob certas condições, ela marca um importante passo à frente na pesquisa de adsorção.
Modelo Langmore
Em 1918, Langmuir desenvolveu um modelo de isoterma semi-empírico baseado em termodinâmica estatística, que tinha uma ampla gama de aplicações. A principal suposição deste modelo é que todos os sítios de adsorção são equivalentes e que um sítio pode acomodar apenas uma molécula. Embora essas suposições não sejam necessariamente verdadeiras na realidade, o modelo de Langmuir continua sendo a escolha preferida para a maioria dos modelos de adsorção.
O mecanismo de adsorção de Langmuir mostra que as moléculas de gás podem formar equilíbrio com locais de adsorção e adsorver e dessorver em constantes de taxa específicas.
Modelo BET
Com o tempo, os cientistas descobriram que as moléculas adsorvidas geralmente não estão em uma única camada, mas podem formar múltiplas camadas. Em 1938, Bruner, Emmett e Taylor introduziram a teoria BET para explicar esse fenômeno. Essa teoria modifica o mecanismo de Langmuir, pode analisar o processo de adsorção multicamadas e fornecer um modelo matemático mais preciso.
Propriedades termodinâmicas da adsorção
A constante de adsorção é uma constante de equilíbrio e, portanto, segue a equação de van't Hoff. Esta equação mostra a relação entre o calor de adsorção (ΔH) e a constante de equilíbrio de adsorção (K), revelando assim as características termodinâmicas do processo de adsorção. Dessa forma, os cientistas conseguiram obter uma compreensão mais profunda dos mecanismos de adsorção e seus efeitos no sistema.
À medida que nos aprofundamos no fenômeno da adsorção, começamos a perceber sua importância em uma ampla gama de processos naturais e artificiais.
A adsorção desempenha um papel indispensável nos ecossistemas, nos processos industriais e na vida diária. Quando pensamos nas aplicações tecnológicas desse fenômeno e seu impacto no meio ambiente, não podemos deixar de perguntar: como a adsorção pode criar mais possibilidades para nós entre o desenvolvimento de novas tecnologias e a manutenção do equilíbrio ecológico?
