FÍSICA DAS SUPERFÍCIES

Produção de vácuo forte Preparação de máscaras de gás (usam carvão ativado para

gases perigosos Controlo de humidade com gel de sílica Remoção das impurezas de diversos produtos Catálise heterogénea (catalisadores sólidos, enzimas…) Desionização da água (adsorção/troca iónica) Separação de gases inertes Indicadores de adsorção: superfícies de certos precipitados

adsorvem alguns corantes como eosina, fluoresceína, etc) Cromatografia de adsorção (purificação e separação de

pigmentos, hormonas, etc

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A catálise desempenha um papel de destaque na indústria, proteção ambiental e na nossa vida quotidiana.

Catálise enzimática está presente em toda a matéria viva

A catálise usa catalisadores (Homogéneos e Heterogéneos)

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Catalisadores homogéneos: ocorrem na mesma fase (reagentes)

Catalisadores heterogéneos: estão numa fase diferente dos reagentes

Catálise enzimática

Foto-catálise

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Catalisadores comuns:

Metais

Óxidos metálicos

Enzimas

Anticorpos

Ribossomas

Membranas (biológicas ou cerâmicas)

Nanopartículas

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Difusão dos reagentes na superfície ativa Adsorção de um ou mais reagentes na superfície Reação de superfície Dessorção dos produtos a partir da superfície Difusão dos produtos a partir da superfície

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Processo espontâneo que ocorre sempre que uma superfície de um sólido é exposta a um gás ou a um líquido

Partição preferencial das substâncias da fase gasosa ou da fase líquida na superfície de um substrato sólido. (concentração de gases, líquidos ou substâncias dissolvidas (adsorvato) na superfície dos sólidos (adsorvente)

Acumulação ou aumento da concentração de uma substância sobre uma superfície de um outro composto.

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Substrato ou adsorvente: superfície na qual ocorre a adsorção

Superfície de um catalisador; vários tipos de gel de sílica; zeólitos; polímeros

Adsorvato: moléculas ou átomos que são adsorvidos no substrato

Substância adsorvida; material concentrado no adsorvente

Adsorção: processo através do qual a molécula ou átomo adsorve à superfície do substrato

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Processo finito (termina ao fim de algum tempo) e ocorre o recobrimento do adsorvente

Recobrimento: medida da extensão de adsorção da espécie na superfície (θ)

Exposição: medida da quantidade de gás exposto à superfície (1 Langmuir= 10-6torr. s)

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- Colocar o adsorvente em contato com o adsorvato (gás ou líquido) - Medir o decréscimo de pressão ou de concentração do adsorvato no seio da fase- Medir a pressão ou volume adsorvido por determinada quantidade de adsorvente

ISOTÉRMICA

Traduz a relação entre a quantidade de gás adsorvido, no equilíbrio, e a pressão do gás a uma determinada temperatura

Relaciona a dependência entre a quantidade adsorvida expressa em:

▪ volume(V), concentração(C) ou recobrimento(Θ) (número de locais ocupados pela molécula adsorvida)▪ vs

▪ pressão(p),quando a temperatura é constante

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Representação gráfica que relaciona a quantidade de substância adsorvida em função da concentração do gás (pressão) ou do líquido (concentração) na solução original, quando a temperatura é constante

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Fatores Comuns à Adsorção(independente do tipo de interface)

Natureza e tratamento prévio da superfície do adsorvente e adsorvido

Processo rápido(velocidade aumenta com a temperatura)

Geralmente exotérmica pois ∆S<0, obrigando a que ∆H<0

Fenómeno espontâneo ∆G<0

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Qualquer sólido é capaz de adsorver uma determinada quantidade de gás

Depende:

▪ Da temperatura

▪ Da pressão do gás

▪ Da área superficial efetiva do sólido

▪ Da natureza do gás

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Adsorção Física ( Fisissorção)

Interação por forças de van der Waals entre a espécie adsorvida e a superfície

Adsorção Química (quimissorção)

Formação de ligações químicas entre a espécie adsorvida e a superfície (ligações covalentes)

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Área da superfície Natureza do gás Calor de adsorção Carater reversível Efeito da Temperatura Efeito da Pressão Espessura da camada de gás adsorvida

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Distinção Qualitativa

Velocidade de ocorrência

Calor de adsorção

Reversibilidade da reação

Distinção Quantitativa

Isotérmicas

Isobáricas

Diagramas de energia potencial

A quantidade de gás adsorvido por um sólido é proporcional à massa da amostra

A quantidade de gás adsorvido por um sólido depende:

da temperatura

da pressão

do tipo de sólido e tipo de gás

Para uma temperatura constante, a quantidade de gás adsorvido é:

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Quantidade de gás adsorvido expresso em:

Pressão

Massa

Volume

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A) Adsorção Química

Monocamada

Primeira camada é quimicamente adsorvida; pode haver camadas superiores fisicamente adsorvidas

B) Adsorção Física

Multicamada para valores de P/P0= 0,1~0,3

Para a 2º camada no caso de adsorção simultânea

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As linhas contínuas representam as isobáricas de equilíbrio para a Fisissorção e Quimissorção;

As linhas ponteadas representam a quimissorção irreversível

O máximo de recobrimento das moléculas adsorvidas quimicamente é obtido à temperatura Tmax. Abaixo de Tmax a quimissorção é irreversível porque a velocidade de dessorçãotorna-se desprezável.

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Processo de Adsorção

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Superfície de um sólido

Superfície de um sólidona presença de um gás

Moléculas gasosas

Adsorvato

Adsorvente

Tipos de sólidos:

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Sólido não poroso Baixa área superficial Baxio volume específico de poros

Sólido porosoAlta área superficialAlto volume específico de poros

Medidas de Porosidade: Existem três formas diferentes de quantificar a porosidade:

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Área superficial específica = (Área Superficial Total [m2]) /

(Massa de sólido [g])

Tamanho de poros e sua distribuição

Volume de poros específico = (Volume Total de Poros [cm3])

/ (Massa de sólido [g])ou

Porosidade [%] = (Volume de poros/Volume

total do sólido incluindo poros) * 100

Poros Abertos vs Poros Fechados

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Poro Fechado(Não acessível)

Poro Aberto Interconetado

Poro AbertoPoro Aberto Sem Saída

Tamanho dos Poros (IUPAC)

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Microporos MacroporosMesoporos

Sílica mesoporosaCarvão Ativado

Metais sinterizadosMateriais Cerâmicos

ZeolitesCarvão Ativado

Estrutura Organo-metálica

Forma dos Poros (IUPAC)

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FendasCilíndricos

Cônicos

Esféricos (Ink Bottle)

Interstícios