Fenômenos de absorção e Tensao Superficial

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GRUPO 1-A 
 
Abdurremane Victor Armando 
Afonso Tembe 
Alberto Mainga 
 
 
Fenômenos de adsorção e Tensão Superficial 
 
 
Química Coloidal 
 
 
Licenciatura em Ensino de Química e Habilitações Em Laboratório 
 
 
4º Ano 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade Licungo 
Beira 
2021 
 
 
 
 
 
GRUPO 1-A 
 
Abdurremane Victor Armando 
Afonso Tembe 
Alberto Mainga 
 
Fenômenos Adsorção e Tensão Superficial 
 
 
Licenciatura em Ensino de Química e Habilitações Em Laboratório 
 
4º Ano 
 
 
Trabalho a ser entregue na Faculdade 
de Ciências Naturais e Tecnologias, no 
Departamento de Química na cadeira 
de Química Coloidal, com fins 
avaliativos. 
 
Mcs: Mario Pereira. 
 
 
 
 
 
 
Universidade Licungo 
Beira 
2021 
 
 
Índice 
Introdução .................................................................................................................................. 4 
Fenômenos de adsorção ............................................................................................................. 5 
Adsorção .................................................................................................................................... 5 
Tipos de Adsorçao ..................................................................................................................... 5 
O Fenômeno de Adsorção em Cristais Líquidos ....................................................................... 6 
Factores que influenciam o processo de adsorção ..................................................................... 7 
 Área Superficial .............................................................................................................. 7 
 Propriedades do Adsorvente ........................................................................................... 7 
 Propriedades do adsorvato ............................................................................................. 7 
 Temperatura .................................................................................................................... 8 
Tensao superficial ...................................................................................................................... 8 
Métodos experimentais da tensão superficial ............................................................................ 9 
 Tensiómetro de Du Noüy ................................................................................................ 9 
 Ascensão capilar ........................................................................................................... 10 
 Método do Peso da Gota ou Método da Gota Cadente ................................................ 11 
Factores influenciando a tensão superficial ............................................................................. 12 
 Temperatura .................................................................................................................. 12 
 Substancias dissolvidas ...................................................... Erro! Indicador não definido. 
Teorema de Gibbs .................................................................................................................... 12 
Consequências da tensão superficial ........................................................................................ 13 
 Forma de uma gota ...................................................................................................... 13 
 Capilaridade ................................................................................................................ 13 
Conclusão ................................................................................................................................. 15 
Referencias Bibliograficas ....................................................................................................... 16 
4 
 
Introdução 
Se pusermos uma pequena quantidade de água numa lâmina de vidro esta toma uma forma 
lenticular em vez de se espalhar pela lâmina, realizando de certo modo um pseudo-sólido. 
Falar do fenômeno de adsorção é, na verdade, falar de um assunto muito amplo, com uma 
vasta literatura devotada ao tema É muito utilizado, por exemplo, no tratamento de afluentes, 
na limpeza de dejetos, na clarificação de produtos, na indústria farmacêutica, para descrever 
mudanças no meio em cristais líquidos e em muitas outras atividades. Por isso, a 
compreensão dos processos envolvidos na adsorção, tanto para a parte estática quanto para a 
parte cinética, faz-se completamente necessária. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fenômenos de adsorção 
Adsorção 
Acumulação ou aumento da concentração desta substância sobre uma superfície de outro 
composto. Pode ocorrer separação preferencial de uma substancia contida numa fase líquida 
ou gasosa – Ex. Cu em cachaça. 
 
Fig.1. Esquema de um gás sendo absorvido por um abstracto solida 
As moléculas, situadas na interface entre as duas fases, poderão sofrer atrações desiguais das 
moléculas das duas fases e, em caso de condições termodinâmicas e cinéticas favoráveis, 
adsorver-se na superfície da fase mais atrativa, chamada de adsorvente. A substância 
adsorvida é chamada de adsorvato. 
Tipos de Adsorção 
Existem dois tipos de adsorção, a física e a química, dependendo do tipo de forças 
responsáveis pelo fenômeno. 
Quando as forças entre adsorvato e adsorvente são apenas do tipo van der Walls a adsorção é 
física e também chamada fisissorção. As moléculas são fracamente adsorvidas e o calor 
envolvido é baixo (no máximo alguns quilojoules/mol) e da ordem da entalpia de vaporização 
do adsorvato. Um aumento de temperatura diminui consideravelmente a adsorção física. 
6 
 
Quando as moléculas adsorvidas reagem quimicamente com o adsorvente, a adsorção é 
química e também chamada de quimissorção. Neste tipo de adsorção o calor envolvido é da 
mesma ordem que as entalpias de reação química, variando de alguns quilojoules até 400 kJ 
mol-1. 
As entalpias de adsorção química são muito maiores que as entalpias de adsorção física. A 
tabela 14.3 mostra alguns valores representativos dos dois tipos de adsorção. 
A adsorção física é um fenômeno reversível, enquanto a adsorção química pode levar a uma 
reação química irreversível. 
 
Adsorção depende da temperatura, da natureza, da concentração do adsorvato e da natureza e 
estado de agregação do adsorvente. A extensão do recobrimento de uma superfície é expressa 
pelo grau ou fração de recobrimento, θ: 
 
O Fenômeno de Adsorção em Cristais Líquidos 
O fenómeno de adsorção é de interesse em muitas áreas, tanto de ciências puras como 
aplicadas. Além do interesse despertado devido às interacções entre o adsorva-to e o 
substrato, a aplicação de sistemas sujeitos a adsorção é imediata. É muito usado, por 
exemplo, na indústria em tratamento de afluentes, na clarificação de produtos, etc. Outro 
sistema onde o fenómeno de adsorção é muito importante é o sistema liquido-cristalino. Por 
se tratar de um fluido limitado por superfícies, este se torna muito propício para a adsorção. 
Em particular, a maioria destes sistemas contém impurezas, ou são dopadas com algum tipo 
7 
 
de impureza que se queira estudar. Sendo assim, o cristal líquido (ou um fluido isotrópico 
qualquer nesta amostra limitada por superfícies) comporta-se como o soluto, as impurezas 
como adsorvato e as superfícies limitantes da amostra como adsorventes. Nestes sistemas, 
destacam-se dois tipos de adsorção: de íons e de partículas neutras (corantes). 
Factores que influenciam o processo de adsorção 
Os fenómenos de adsorção são resultados de uma combinação entre os tipos de forças 
envolvidas na adsorção física e química. Desta forma, são vários os factores que influenciam 
o processo de adsorção como a área superficial, as propriedades do adsorvente e do 
adsorvato, a temperatura do sistema, naturezado solvente e o pH do meio. 
É um processo que depende de vários factores tais como: natureza do adsorvente, do 
adsorvato e das condições operacionais. As características do adsorvente incluem: área 
superficial, tamanho do poro, densidade, grupos funcionais presentes na superfície e 
hidrofobicidade do material. 
 Área Superficial 
A intensidade da adsorção é proporcional à área superficial específica, visto que a adsorção é 
um fenómeno de superfície. Para partí17 culas maiores, a resistência à difusão é menor e 
grande parte da superfície interna da partícula não é disponibilizada para adsorção (SEKAR 
et al., 2004). 
 Propriedades do Adsorvente 
A natureza físico-química do adsorvente é fator determinante, pois a capacidade e a taxa de 
adsorção dependem da área superficial específica, porosidade, volume específico de poros, 
distribuição do tamanho de poros, dos grupos funcionais presentes na superfície do 
adsorvente e da natureza do material precursor (DOMINGUES, 2005). 
 Propriedades do adsorvato 
O tamanho da espécie é sempre importante quando a taxa de adsorção é dependente do 
transporte intraparticular. Outra característica de forte influência é a polaridade do adsorvato, 
uma vez que uma espécie polar terá mais afinidade para o solvente ou para o adsorvente, 
conforme a polaridade (DOMINGUES, 2005). 
 
8 
 
 Temperatura 
Em processos de adsorção, o efeito da temperatura sobre o sistema afeta, principalmente, a 
constante de velocidade de adsorção. 
Um aumento na temperatura pode ocasionar aumento de energia cinética e na mobilidade das 
espécies do adsorvato, e ainda provocar um aumento na taxa de difusão intrapartícula do 
adsorvato (JIMENEZ; BOSCO; CARVALHO, 2004). Segundo Khattri e Singh (1999), o 
aumento na temperatura pode afetar a solubilidade e o potencial químico do adsorvato. Desta 
forma, a alteração na temperatura de um processo conduz a uma mudança na capacidade de 
adsorção. 
 pH e o potencial de carga zero (PZC) 
O pH afeta a adsorção na medida em que determina o grau de distribuição das espécies 
químicas. A intensidade desse efeito pode ser maior ou menor conforme o adsorvente, uma 
vez que as cargas da superfície do adsorvente dependem da sua composição e das 
características da superfície. Um índice conveniente da tendência de uma superfície se tornar 
positiva ou negativamente carregada em função do pH, é o valor do mesmo requerido para 
que a carga líquida do adsorvente seja nula, o chamado ponto de carga zero (pHPZC). Para 
valores de pH inferiores ao pHPZC, a carga superficial é positiva e a adsorção de ânions é 
favorecida; e para valores de pH superiores ao pHPZC, a carga superficial é negativa e a 
adsorção de cátions é favorecida (APEEL; MA; RHUEL, 2003). 
Tensão Superficial 
As forças intermoleculares fazem com que a maioria das moléculas presentes num líquido 
seja atraída em todas as direções pelas moléculasvizinhas e a resultante das forças que atuam 
sobre cada molécula é praticamente nula. Entretanto, as moléculas da superfície do líquido 
sofrem apenas atrações lateral e inferior. 
9 
 
 
Fig. 2. Representação das interações entre as moléculas de um líquido. 
Métodos experimentais da tensão superficial 
Existem vários instrumentos e métodos que permitem determinar a tensão superficial de uma 
amostra. A seguir citaremos somente alguns desses métodos. 
 Método de Tensiómetro de Du Noüy ou Anel 
O tensiómetro de Du Noüy utiliza o método do anel que consiste em medir a força necessária 
para arrancar um anel de diâmetro e espessura determinados, da superfície do líquido a ser 
analisado. O equipamento é constituído principalmente de uma balança de torção e de um 
anel metálico calibrado, como ilustrado na figura. 
 
Fig.3. Tensiómetro de Du Noüy 
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O liquido é colocado num recipiente de dimensão bastante superior ao tamanho do anel para 
manter a planaridade da superfície e evitar eventuais interferências das paredes do recipiente. 
O anel, pendurado por um fio no braço da balança de torção, é imerso no líquido cuja tensão 
superficial pretende-se medir. O equipamento fornece o valor da força f necessária para 
arrancar o anel do liquido. A partir desse valor, pode-se calcular a tensão superficial aparente 
pela relação: 
 
Onde l é o perímetro do anel. 
Um fator corretivo levando em conta o raio do fio, o raio do anel e a densidade do líquido, 
deverá ser utilizado para calcular a tensão superficial real. 
Gota caindo 
A figura 4 ilustra o processo de formação de uma gota caindo. No momento que a gota se 
desprende, existe um equilíbrio entre o peso da gota e a tensão superficial. 
 
Fig.4. Formação de gota 
 Ascensão capilar 
A figura 5 representa 3 capilares, de diferentes diâmetros, parcialmente mergulhados num 
líquido contido num recipiente. Podemos observar que a ascensão do líquido é maior no 
capilar com o menor diâmetro. 
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A partir da medida desta ascensão (ou da depressão capilar), h, que corresponde à diferença 
entre a altura da superfície do líquido dentro do capilar e a altura do líquido presente no 
recipiente. A expressão da tensão superficial é: 
 
Fig.5. Ascensão capilar 
 Método do Peso da Gota ou Método da Gota Cadente 
Proposta inicialmente por Tate (1864) e posteriormente melhorada por Harkins e Brown 
(apud Shaw,1975) e Padday (apud Hiemenz, 1977), entre vários outros pesquisadores. Neste 
método pesa-se um certo número de gotas que tenham caído de um tubo capilar de raio 
conhecido e de eixo vertical. Usualmente usa-se um estalagmômetro para tais ensaios, mas 
um aparato simplificado, como mostrado na Figura 6, pode ser usado para líquidos de baixa 
volatilidade. 
 
Fig.6. Aparato simplificado para determinação da tensão superficial pelo método da gota 
cadente. 
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Factores influenciando a tensão superficial 
 Temperatura 
A tensão superficial diminui com o aumento da temperatura pois que a agitação térmica das 
moléculas diminui as forças de atracção. 
 
Fig.7. Temepratura como influenciador. 
 Substâncias dissolvida 
A introdução de uma substancia num líquido pode modificar a sua tensão superficial, por 
alterar as forças de coesão existentes. 
As substâncias polares aumentam a tensão superficial por aumentarem as forças de atracção. 
As substâncias apolares, como os detergentes e os sais biliares, interferem com as forças de 
coesão, baixando a tensão superficial. 
Teorema de Gibbs 
Segundo o teorema de Gibbs, as moléculas que baixam a tensão superficial concentram-se à 
superfície e as que a elevam afastam-se da superfície. 
 
 
 
13 
 
Consequências da tensão superficial 
 Forma de uma gota 
A forma de uma gota depende da relação entre duas forças – gravidade e tensão superficial. 
Se pusermos uma gota grande numa lâmina, a gravidade predomina e a gota espalha-se pela 
lâmina. 
Se a gota for pequena, a acção da gravidade é praticamente nula e, como irá predominar a 
tensão superficial, a gota tende a ocupar a mínima superfície possível, tomando uma forma 
esférica. 
 
Fig.8. Forma de gota 
 Capilaridade 
A tensão superficial produz o desnivelamento de um líquido em contacto com uma parede. Se 
o líquido molha a parede, é exercida uma tracção de baixo para cima – há uma elevação do 
líquido fazendo este um ângulo constante dependendo do líquido e da natureza da parede 
formando-se um menisco côncavo. 
14 
 
 
Fig.9. Capilaridade 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Conclusão 
No contexto de fenómeno de adsorção de partículas neutras é muito importante pois 
consegue-se mudar a orientação do meio com um torque óptico, devido à influência destas 
partículas (corantes) que são adsorvidas pelas superfícies. Por meio da equação cinética, 
pudemos, usando o método de séries de Fourier, determinar da dependência a densidade de 
partículas adsorvidas com o tempo e obter a distribuição de partículas no volume. Pode-se 
notar que assuperfícies adsorvem durante os primeiros instantes de tempo, e depois o sistema 
satura, não havendo mais adsorção, o que tipicamente ocorre quando temos somente a 
adsorção química. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Referencias Bibliograficas 
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and Basel. Edited by j. J. Lagowiski., 1977, 516p. 
Rabockai, T. Físico-Química de Superfícies. Secretaria Geral de Organização dos estados 
americanos. Programa Regional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. Washington: 
D. C., 1979, 128p. 
Rangel, R. N. Práticas de Físico-Química - 3ª Edição (ISBN: 8521203640). São Paulo: 
Edgard Blücher,2006, 336 p. 
SEKAR, M.; SAKTHI, V.; RENGARAJ, S. Kinetics and equilibrium adsorption study of 
lead (II) onto activated carbon prepared from coconut shell. Colloid and Interface Science, v. 
279, p. 307-313, 15 nov. 2004. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/ 
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Shaw, D. J. Introdução à Química dos Colóides e Superfícies (Tradução de J. H. Maar). 
Editora Edgard Blucher Ltda. Editora da Universidade de São Paulo, 1975, 185p.