Ricardo-Sousa-ED3

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Universidade de Brasília - UnB 
Instituto de Química – IQ 
Disciplina: Catalisadores e Catálise (119.245) 
Prof.: José Alves Dias 
 
Estudo Dirigido – Nº 3 
Nome: Ricardo Rodrigues da Silva Sousa 
Matrícula: 15/0146990 
Data de entrega: 24/11/2020 
Obs. Enviar as questões respondidas para jdias@unb.br, usando o seguinte formato de 
arquivo: Primeiro nome (estudante)-Último nome (estudante)-EDx (x é o número do 
Estudo Dirigido). As respostas devem ser enviadas em arquivos pdf. Podem ser digitadas 
ou manuscritas. No último caso, usar caneta (azul ou preta) e não deve conter grandes 
rasuras. 
 
1) Quais são as principais técnicas experimentais utilizadas para caracterização de 
catalisadores quanto a: (i) composição química; (ii) estrutura; (iii) propriedades ácidas 
ou básicas; (iv) textura; (v) morfologia. 
 
Resposta: 
 
(i) As principais técnicas utilizadas para caracterizar catalisadores quanto a 
composição química são; 
• Espectrometria de absorção atômica (AA) 
• Plasma por acoplamento indutivo (ICP) 
• Espectrometria de chama 
• Fluorescência de raios X (FRX) 
• Análise por ativação de nêutrons (NAA) 
• Análise elementar de carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre 
 
 Esses métodos fornecem a composição média de elementos presentes em um 
catalisador, mas não conseguem indicar como a composição varia na superfície do 
catalisador, nem para o interior. 
 
 
(ii) As principais técnicas utilizadas para caracterizar catalisadores quanto a 
estrutura são: 
• Difração de raios X (DRX) 
• Ressonância magnética no estado sólido (RMN MAS) 
• Infravermelho e Raman com transformada e Fourier (FT-IR, FT-
RAMAN) 
• Espectroscopia UV-Vis por reflectância difusa 
• Espectroscopia de fotoelétrons (XPS) 
• Espectroscopia de absorção de raios X (XAS, EXAFS e XANES) 
 
 
 
(iii) As principais técnicas utilizadas para caracterizar as propriedades ácidas ou 
básicas de um catalisador são: 
• Técnicas termogravimétricas (TG/DTG) – Essa técnica permite 
determinar a quantidade de sítios ácidos. 
 
 
 
(iv) As principais técnicas utilizadas para caracterizar a textura de um catalisador 
são: 
• Análises de dessorção/adsorção 
• Termodessorção 
• Métodos volumétricos e gravimétricos para determinar isotermas de 
adsorção 
• Método cromatográfico para determinar isotermas de adsorção 
 
(v) As principais técnicas utilizadas para caracterizar catalisadores quanto a 
morfologia são: 
• Espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS) 
• Espectroscopia por elétron Auger (AES) 
• Espectometria de íon massa secundário (SIMS) 
• Difração de elétrons de baixa energia (LEED) 
• Espectroscopia de espalhamento de íons (ISS) 
 
2) Explique como os seguintes tratamentos influenciam as atividades dos catalisadores: 
(i) sinterização; (ii) dispersão; (iii) adição de promotor; (iv) envenenamento; (v) tipo 
de suporte; (vi) modificação de porosidade. 
 Resposta: 
 
 
(i) Sinterização 
• Com um tratamento térmico e/ou oxidativo vai haver uma perda na 
atividade do catalisador, também há uma mudança na seletividade 
devido a mudança na proporção dos sítios. Aumenta também o tempo 
de vida útil do catalisador. 
 
(ii) Dispersão 
 
• Com uma preparação mais controlada de tratamentos de gás in situ 
vai haver um ganho na atividade do catalisador, também vai ocorrer 
uma mudança na seletividade devido a mudança na proporção dos 
sítios. A vida útil do catalisador diminui. 
 
 
 
(iii) Adição de promotor 
• Com a adição de sais de caráter básico vai haver um aumento de 
atividade do catalisador, também muda a seletividade e a vida útil do 
catalisador. 
 
 
(iv) Envenenamento 
• Com a adição de elementos eletronegativos durante o preparo vai 
haver uma perda de atividade do catalisador, também aumenta a 
seletividade. 
 
 
(v) Tipo de suporte 
• Com o uso de diferentes materiais oxidícos ou precursores no preparo 
do catalisador vai haver uma perda ou aumento de 
seletividade/atividade dependendo da dispersão ou transferência de 
carga. 
 
(vi) Modificação da porosidade 
• Com o uso de suportes de estrutura diferente ou a alteração do modo 
de preparo vai haver uma mudança na atividade se a difusão for 
limitada. 
3) Explique o que é uma isoterma de adsorção? 
 
Resposta: 
 
Isoterma de adsorção é a relação de equilíbrio entre a concentração na fase fluida e a 
concentração nas partículas adsorvente em uma dada temperatura. Essas relações de 
equilíbrio são dadas em forma de modelos que correlacionam matematicamente as 
quantidades adsorvidas em equilíbrio com o meio. Algumas características como a 
natureza dos sólidos e a natureza do adsorvato são determinantes no equilíbrio. Devido 
a essas naturezas foram dividas as isotermas em diagramas de: 
• Isoterma do tipo 1: é característica de materiais microposoros, 
caracteriza-se por atingir saturações baixas a pressões altas, formando 
uma monocamada compeleta 
 
• Isoterma do tipo 2: demonstra a fissorção em múltiplas camadas sobre 
superfícies planas. Representa uma monocamada incompleta seguida 
de uma condensação capilar. Ocorre principalmente em materiais 
macroporosos 
 
• Isoterma do tipo 3: é característica de interações fracas gás-sólido, em 
sólidos não porosos ou macroporosos. 
 
• Isoterma do tipo 4: é a mais frequente em catalisadores heterogêneos, 
representa adsorção em multicamadas em materiais mesoporosos. 
Essa isoterma atinge a saturação com o aumento da pressão. 
 
• Isoterma do tipo 5: atinge a saturação dos poros em sólidos macro ou 
mesoporosos. 
 
• Isoterma do tipo 6: mostra o comportamento de materiais não porosos, 
energicamente não uniformes, representa uma adsorção camada a 
camada 
 
 
 
4) Explique o que é a textura de um catalisador? Discuta brevemente sobre a isoterma de 
adsorção de BET (equação) e para qual tipo de fenômeno ela pode ser utilizada. 
 
Resposta: 
 
 
A textura de um catalisador é um sistema de poros, canais e cavidades existentes no 
interior do sólido e podem ser classificados em: 
 
 
• Catalisadores não porosos: Formado por sólidos cuja superfície disponível para 
reação é a superfície geométrica externa. Podem conter macroporos mas não 
contem microporos ou mesoporos 
• Catalisadores porosos: Formados por sólidos cuja superfície total pode ser 
milhares de vezes superior à superfície externa do grão. 
 
 
 
O método de adsorção de BET tem como base a adsorção em mono e 
multicamadas, moléculas gasosas adsorvem em um sólido em camadas 
infinitamente, não existe interação entre cada camada adsorvida. A equação de 
BET em termos de P e V vai relacionar volume e pressão relativa em forma de 
equação de primeiro grau y = a + bx, onde podemos encontrar o volume da camada 
através do inverso da soma dos coeficientes angular e linear. Vai descrever a 
adsorção física de moléculas de gás sobre uma superfície sólida e serve como base 
para uma medição de área superficial específica de um material. 
 
 
5) Explique resumidamente as técnicas de análises térmicas: TG/DTG, DTA e TPD. 
 
Resposta 
 
TG/DTG 
• Nessa técnica de TG é determinada a perda de massa de um determinado 
composto em função do tempo ou temperatura, então podemos verificar 
desidratações, formação de óxidos e perda de ligantes olhando a porcentagem de 
massa perdida nas curvas. O DTG mostra curvas derivadas da curva de TG e nos 
quais os degraus são substituídos por picos que delimitam áreas proporcionais às 
alterações de massa sofridas. 
DTA 
• Com o DTA você mede a diferença entre a temperatura de referência e 
temperatura da amostra a um fluxo de calor constante, assim pode-se monitorar 
processos que estejam acontecendo com a amostra dependendo se a temperatura 
está acima ou abaixo da referência, podendo ser um processo endotérmico e 
exotérmico, e para cada efeito de calor observado terão vários processospossíveis acontecendo naquele momento. 
 
TDP 
• A técnica de TDP utiliza o fundamento da dessorção, retirando substancias 
adsorvidas por outras, com a temperatura programada, e pode ser dividido em 4 
etapas. 
 
1. Pré-tratamento da amostra 
2. Adsorção da base 
3. Dessorção da base fississorvida 
4. Dessorção à temperatura programada