Isotermas de adsorção são curvas obtidas a partir da quantidade de soluto adsorvido em função da concentração desse soluto na solução em equilibrio. Descreva os modelos de isotermas que explicam os diferentes mecanismos de adsorção? ( 1,5 pts)
Passo 1
O enunciado pede para descrever os principais modelos de isotermas de adsorção, indicando em cada caso o mecanismo físico-químico subjacente. Vamos apresentar as equações e explicar os pressupostos de cada modelo.
Passo 2
Modelo de Henry (isoterma linear)
Este modelo vale em baixas concentrações, onde a adsorção é totalmente física e não há limitações de sítios. Pressupõe equilíbrio entre fase líquida e superficial, com resposta linear. A equação é:
Este modelo vale em baixas concentrações, onde a adsorção é totalmente física e não há limitações de sítios. Pressupõe equilíbrio entre fase líquida e superficial, com resposta linear. A equação é:
Aqui
é a quantidade adsorvida por massa de adsorvente em equilíbrio,
é a concentração em solução, e
é a constante de Henry.
Passo 3
Modelo de Freundlich (isoterma empírica de superfície heterogênea)
Descreve adsorção em superfícies com sítios de energias variadas e possível formação de multilayer. A equação é:
Descreve adsorção em superfícies com sítios de energias variadas e possível formação de multilayer. A equação é:
Em que
reflete a capacidade de adsorção e
(com
) indica heterogeneidade; valores menores de
significam superfícies mais heterogêneas.
Passo 4
Modelo de Langmuir (isoterma monomolecular em sítios finitos)
Pressupõe superfície homogênea, adsorção monolayer sem interações entre moléculas adsorvidas e número finito de sítios. A equação é:
Pressupõe superfície homogênea, adsorção monolayer sem interações entre moléculas adsorvidas e número finito de sítios. A equação é:
Aqui
é a capacidade máxima de adsorção (monolayer) e
está relacionado à energia de ligação.
Passo 5
Modelo BET (isoterma multilayer)
Estende Langmuir para considerar camadas sucessivas de moléculas adsorvidas. Pressupõe superfície homogênea e adsorção física em várias camadas. A forma linearizada é:
Estende Langmuir para considerar camadas sucessivas de moléculas adsorvidas. Pressupõe superfície homogênea e adsorção física em várias camadas. A forma linearizada é:
onde
é a pressão (ou concentração) de saturação,
reflete a energia de adsorção na primeira camada e
é a capacidade de monolayer.
Passo 6
Modelo de Temkin (interações adsorbato–adsorbato)
Leva em conta que a energia de adsorção diminui linearmente à medida que a cobertura aumenta, devido a interações entre moléculas no adsorvente. A equação é:
Leva em conta que a energia de adsorção diminui linearmente à medida que a cobertura aumenta, devido a interações entre moléculas no adsorvente. A equação é:
onde
está ligado à variação de energia de adsorção,
é a constante de equilíbrio,
a constante dos gases e
a temperatura.
Resposta
Modelo de Henry: adsorção física linear em baixas concentrações.
Modelo de Freundlich: superfície heterogênea e multilayer, empírico.
Modelo de Langmuir: superfície homogênea, monolayer em sítios finitos (química/física).
Modelo BET: adsorção multilayer física, considerando várias camadas.
Modelo de Temkin: considera interações adsorbato–adsorbato e energia de adsorção decrescente.
Modelo de Freundlich: superfície heterogênea e multilayer, empírico.
Modelo de Langmuir: superfície homogênea, monolayer em sítios finitos (química/física).
Modelo BET: adsorção multilayer física, considerando várias camadas.
Modelo de Temkin: considera interações adsorbato–adsorbato e energia de adsorção decrescente.