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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA</p><p>CURSO DE FARMÁCIA</p><p>QMC 5454 – FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL</p><p>EXPERIMENTO 1: ISOTERMAS DE ADSORÇÃO</p><p>Professor: Nito Angelo Debacher</p><p>Alunos:</p><p>Nome: Giulia Caroline Borges da Silva Matrícula: 24150738</p><p>Nome: Isabeli Bongiolo Casagrande Matrícula: 24100269</p><p>Nome: Manuela dos Santos Esmoris Matrícula: 24100238</p><p>Nome: Gustavo Paulo Koppe Matrícula: 24150729</p><p>Nome: Sabrina Esther Velloso Cardoso Matrícula: 24102779</p><p>Florianópolis, 27 de agosto de 2024.</p><p>1. INTRODUÇÃO</p><p>A adsorção é um processo físico-químico que consiste na acumulação de um</p><p>soluto tanto gasoso quanto líquido em uma superfície sólida. Esse processo está</p><p>associado a dois componentes: Adsorvato, espécie que está retida na superfície sólida, e</p><p>adsorvente, material sólido onde o adsorvato se acumula. As forças responsáveis pela</p><p>atração do adsorvato ao adsorvente podem ser químicas ou físicas e são nelas que,</p><p>respectivamente, pode-se observar a construção de mono e multicamadas.</p><p>Quando ocorre uma adsorção química, ou quimissorção, as moléculas ligam-se à</p><p>superfície do adsorvente através de ligações covalentes visando ocupar locais que</p><p>permitam uma maior interação com o substrato. Em diversas situações, as ligações</p><p>químicas podem ser direcionais, ocorrendo em sítios específicos.</p><p>Já na Fisissorção, o fenômeno ocorre através da interação por forças de van der</p><p>Waals. Ao contrário da quimissorção, essa interação é considerada fraca e pode ser</p><p>facilmente revertida. Nesse caso a interação pode ocorrer em qualquer ponto não</p><p>havendo especificidade por determinado sítio.</p><p>O carvão ativado é uma boa alternativa para o uso medicinal devido a sua grande</p><p>área de superfície - principalmente quando triturado - e capacidade de ser um bom</p><p>adsorvente. Utilizado na diminuição de gases intestinais na forma de cápsulas</p><p>fitoterápicas, o mesmo possui rápida adsorção de substâncias tóxicas ao corpo humano.</p><p>1.1. Isotermas de adsorção</p><p>São representações gráficas que relacionam a quantidade de substância</p><p>adsorvida por massa de sólido (x/m) e a concentração de soluto em equilíbrio (CEq), e</p><p>com isso determinar parâmetros termodinâmicos e cinéticos envolvendo o grau e tipo de</p><p>adsorção (química ou física) no sistema.</p><p>1.1.1 Isoterma de Langmuir</p><p>Criado por Irving Langmuir, o modelo admite um equilíbrio entre o adsorvato</p><p>adsorvido no adsorvente e o adsorvato em solução.</p><p>Onde: x/m = massa do soluto do azul de metileno (AM) adsorvido (x) por massa</p><p>m do sólido carvão;</p><p>m = massa do sólido em gramas (carvão, no presente experimento);</p><p>N = número de mols do soluto necessário para preencher todos os sítios de</p><p>adsorção;</p><p>N = capacidade máximo de adsorção (gL^-1) nos casos em que ocorre apenas</p><p>uma monocamada;</p><p>K = constante de equilíbrio, adsorção dessorção;</p><p>CEq é a concentração de equilíbrio ((gL^-1 ).</p><p>A equação proposta por Langmuir é linear, do tipo y = ax + b, permitindo a</p><p>obtenção do coeficiente angular 1/N e, quando CEq = 0, o linear 1/KN, sendo possível</p><p>então calcular K e N. Tendo o valor da constante de equilíbrio K, pode-se obter a</p><p>variação da energia livre de Gibbs (ΔG) no processo da adsorção do azul de metileno,</p><p>com a equação ΔG = -RTlnKa, onde R= 8,314 J/MolK; T = 298K. Valores positivos de</p><p>ΔG apontam processos não espontâneos e valores negativos processos espontâneos.</p><p>1.1.2 Isoterma de Freundlich</p><p>A principal característica da isoterma de Freundlich é a ocorrência de adsorção</p><p>com formação de multicamadas em superfícies altamente heterogêneas, diferentemente</p><p>do modelo de Langmuir, o que levou à novas observações de Freundlich e uma nova</p><p>relação experimental:</p><p>Onde x, m e CEq com o mesmo significado e ln, logaritmo natural, ln(x) = e^x.</p><p>k e n são determinados pelos coeficientes linear e angular da equação de reta de ln(x/m)</p><p>versus ln(CEq). Quanto menor n mais favorecida será a adsorção e quanto mais</p><p>próximo de zero o valor de 1/n mais heterogênea será a superfície do adsorvente.</p><p>Quanto maior o valor de k, maior a capacidade de adsorção do adsorvente.</p><p>1.2. Espectrofotometria de absorção UV-Vis</p><p>A absorção de radiação luminosa permite a visualização das cores em soluções</p><p>em determinados comprimentos de onda (λ). O azul de metileno é visto na absorção em</p><p>comprimento de onda 680nm, a intensidade da cor é proporcional à concentração da</p><p>solução, que pode ser monitorada com um espectrofotômetro de absorção. A relação</p><p>entre intensidade de radiação inicial (I0) e intensidade transmitida (I) é expressa pela</p><p>seguinte equação de Lambert-Beer:</p><p>Onde: logI/I0 é a absorbância A num determinado λ; ε é o coeficiente de</p><p>absortividade molar; b é o comprimento do caminho ótico (1 cm) e c é a concentração</p><p>da solução. Absortividade (ε) pode ser determinada com sucessivas diluições de uma</p><p>solução e medindo-se a absorbância, A, de cada uma. O valor da absortividade do azul</p><p>de metileno é de 139,5 L g^-1 cm^-1</p><p>2. OBJETIVOS</p><p>Analisar o fenômeno de adsorção do azul de metileno pelo carvão vegetal.</p><p>Calcular as constantes de adsorção, de acordo com a concentração do corante</p><p>azul de metileno, através dos modelos de Freundlich e Langmuir.</p><p>3. MATERIAIS E MÉTODOS</p><p>3.1. Materiais e reagentes</p><p>● 10 balões volumétricos de 50 mL</p><p>● 10 balões volumétricos de 100 mL</p><p>● 10 erlenmeyers de 100 mL</p><p>● 1 bureta de 50 mL</p><p>● 1 pipeta de 1 mL</p><p>● Solução de azul de metileno (AM) 1,0 g L-1</p><p>● Carvão ativo</p><p>3.2. Procedimento experimental</p><p>ETAPA I: A partir da solução estoque de azul de metileno (1,0 g L-1), foram</p><p>preparadas 10 soluções contendo 50 mL e concentração 0,2 a 1,0 g L-1 em 10 balões</p><p>volumétricos devidamente numerados para evitar confusão. A solução estoque de azul</p><p>de metileno foi adicionada ao balão com o auxílio de uma bureta, logo em seguida, a</p><p>vidraria foi completada com água destilada.</p><p>ETAPA II: As soluções foram diluídas para determinar sua concentração e</p><p>também com o intuito de medir sua absorbância por meio da espectrometria. É</p><p>importante que isso aconteça porque durante as concentrações iniciais, a cor da solução</p><p>é bastante intensa e não permite que o equipamento possa detectar de forma correta. A</p><p>diluição ocorreu de forma que foram pipetados 0,5 mL de cada solução presente na</p><p>ETAPA I em 10 balões volumétricos contendo 100mL em cada, sendo completados</p><p>com água destilada. Por conta disso, ocorreu uma diluição de 200 vezes.</p><p>Com o espectrofotômetro calibrado com água em 680nm no modo leitura</p><p>contínua e com a mesma cubeta para todas as medições, a fim de evitar contaminação, a</p><p>primeira solução usada foi a mais diluída. É essencial que para esse processo seja</p><p>observado o branco (cubeta + água) em cada uma das leituras, e subtraí-lo do valor de</p><p>absorbância da amostra.</p><p>ETAPA III: 10 erlenmeyers de 125 mL foram enumerados e 10 amostras de</p><p>carvão ativo com aproximadamente 0,50 g foram pesadas sobre eles. Logo depois, as</p><p>soluções feitas na ETAPA I foram transferidas para todos os erlenmeyers que</p><p>continham o carvão ativo e em seguida, essas foram agitadas por cerca de 15 minutos. A</p><p>agitação foi feita de forma manual, com movimentos sobre a bancada de estudo em</p><p>movimentos circulares.</p><p>ETAPA IV: Após os 15 minutos, o carvão foi colocado em repouso a fim de</p><p>decantar, podendo-se observar que a solução mais diluída ficou incolor.</p><p>ETAPA V: Por último, foi retirada uma alíquota de 1,0 ml do sobrenadante de</p><p>cada solução, sendo diluída para um balão de 50 ml. Com o comprimento de onda em</p><p>680nm, foi feita a leitura e a absorbância das soluções diluídas. Por conta da diluição ter</p><p>sido de 50 vezes, o valor de absorbância no equilíbrio lido foi multiplicado por 50 e, a</p><p>partir dos valores obtidos, foram calculadas as concentrações reais do equilíbrio das</p><p>soluções CEq, de acordo com a equação de Lambert-Beer.</p><p>4. RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>4.1 Dados experimentais</p><p>Tabela II - Dados observados em função das isotermas de adsorção, Langmuir e Freundlich</p><p>Fonte: Elaborada pelos autores com base em Debacher, 2024</p><p>4.2 Tratamento dos dados</p><p>Com base nos dados experimentais, aplicou-se os modelos de Freundlich e</p><p>Langmuir</p><p>(gráficos 2 e 3) a fim de analisar a adsorção máxima para o processo,</p><p>variação de energia livre, bem como identificação do tipo de adsorção. Ambos os</p><p>modelos são amplamente utilizados nesse processo. O modelo de Langmuir explica a</p><p>adsorção sobre uma superfície uniforme, simples, infinita, não porosa, e está baseado na</p><p>possibilidade de movimento das moléculas adsorvidas pela superfície do adsorvente. Já</p><p>o modelo de Freundlich admite a adsorção em multicamadas. Os resultados obtidos</p><p>demonstram adsorção favorável.</p><p>QUESTIONÁRIO</p><p>1. Gráfico 1: Discuta a forma da curva obtida? Note que o gráfico tende ao</p><p>equilíbrio, portanto a adsorção máxima é obtida quando a curva atinge o</p><p>equilíbrio no gráfico de x/m versus CEq.</p><p>Analisando o gráfico 1, conforme a concentração inicial aumenta a quantidade de azul</p><p>de metileno adsorvido também aumenta, tendendo ao equilíbrio quando o valor de x/m</p><p>se aproxima de 12,25x10^-2. A curva mostra que é um Isoterma de Langmuir, que</p><p>Sol Cinicial</p><p>AM</p><p>(g L-1)</p><p>mCarvão</p><p>(mC), (g)</p><p>CEq</p><p>(g L-1)</p><p>mAMEq; (g)</p><p>ads Equil. = x</p><p>x/m =</p><p>(mAMEq)/m</p><p>C</p><p>CEq/(x/m) ln(x/</p><p>m)</p><p>ln(CEq)</p><p>1 0,343 0,423 1,80 x 10^-3 1,77 x 10^-2 4,18 x 10^-2 4,31x10^-2 -3,17 -6,32</p><p>2 0,405 0,452 2,47 x 10^-3 2,03 x 10^-2 4,49 x 10^-2 5,50x10^-2 -3,10 -6,00</p><p>3 0,458 0,425 3,00 x 10^-3 2,30 x 10^-2 5,41 x 10^-2 5,55x10^-2 -2,92 -5,81</p><p>4 0,535 0,475 3,80 x 10^-3 2,65 x 10^-2 5,58x10^-2 6,81x10^-2 -2,89 -5,57</p><p>5 0,663 0,450 5,33 x 10^-3 3,30 x 10^-2 7,33x10^-2 7,27 x 10^-2 -2,61 -5,23</p><p>6 0,768 0,475 7,33 x 10^-3 3,79 x 10^-2 7,98x10^-2 9,19 x 10^-2 -2,53 -4,92</p><p>7 0,902 0,449 11,33x10^-3 4,39 x 10^-2 9,78x10^-2 11,60x10^-2 -2,32 -4,48</p><p>8 1,020 0,451 18,58x10^-3 5,00 x 10^-2 11,09x10^-2 16,75x10^-2 -2,20 -3,99</p><p>9 1,072 0,422 27,78x10^-3 5,17 x 10^-2 12,25x10^-2 22,68x10^-2 -2,10 -3,58</p><p>ocorre em monocamadas e cada molécula adsorvida ocupa um único sítio na superfície</p><p>do adsorvente.</p><p>2. Qual a adsorção máxima obtida para o processo via gráfico 1, e pelo</p><p>cálculo de N, Explique a relação.</p><p>A curva no gráfico tende ao equilíbrio quando x/m se aproxima de 12,25x10^-2,</p><p>próximo ao valor de N, 0,146 ou 14,6x10^-2</p><p>3. Gráficos 2 e 3: Discuta os valores de K, N, k e n calculados pelas duas</p><p>teorias. Procure na literatura valores obtidos para sistemas similares (veja ref. 1,),</p><p>compare e comente.</p><p>Cálculos no gráfico em anexo.</p><p>K=190,26 → Alta afinidade, as moléculas do adsorbato se ligam fortemente à superfície</p><p>do adsorvente</p><p>N=0,146 → Indica que 0,146 mols do adsorbato podem ser adsorvidas por sítio no</p><p>adsorvente</p><p>k=0,74 → Capacidade de adsorção baixa, interações fracas</p><p>n=2,19 → Valor maior que 1 indica favorabilidade da reação em baixas concentrações</p><p>4. Com o valor do K obtido experimentalmente pela equação de Langmuir</p><p>calcule a variação da energia livre de Gibbs ΔG para a adsorção. Considere a</p><p>equação ΔG = -RTlnK, qual o significado do resultado obtido, discuta. R = 8,314</p><p>J/MolK; T = 298K</p><p>ΔG = -RTlnK → lnK= ~5,25 → ΔG= -8,314 . 298 . 5,25 → ΔG= -13.007,253 J. O</p><p>resultado obtido mostra que a reação é um processo espontâneo, visto que ΔG é</p><p>negativo.</p><p>5. Com base nos seus dados você conclui que a adsorção do azul de metileno</p><p>em carvão vegetal é do tipo; química ou física? Por quê? Explique usando como</p><p>base os dados obtidos de K e N; e k e n.</p><p>A adsorção do azul de metileno em carvão vegetal é do tipo física (fisissorção) porque</p><p>forças fracas, que não conseguem estruturar ligações químicas, mantêm as moléculas de</p><p>azul de metileno fixas na superfície do adsorvente. Conforme os dados obtidos, K tem</p><p>um valor alto de 190,26, ou seja, a afinidade é grande e o equilíbrio tende a ser</p><p>deslocado para a direita (lado da adsorção). Além disso, a energia livre de Gibbs (ΔG) é</p><p>negativa (-13.007,253), o que indica um processo espontâneo e do tipo físico. Em</p><p>relação aos valores de k e n, confere-se que quanto maior k, maior a capacidade de</p><p>adsorção do adsorvente e quanto menor n, mais favorecida será a adsorção.</p><p>6. Quais os fatores que podem influenciar na adsorção física?</p><p>As propriedades do adsorvente e adsorvato, as condições de operação, como pH e</p><p>cargas superficiais, temperatura e a área superficial disponível para ocorrer o fenômeno.</p><p>7. Procure na literatura exemplos do uso do carvão ativado em cápsulas.</p><p>Em que princípios se baseiam?</p><p>O Carverol é um exemplo de fármaco produzido a partir do carvão vegetal ativado. Suas</p><p>excelentes propriedades adsorventes conseguem unir substâncias à sua superfície, o que</p><p>permite adsorver moléculas sem modificar a composição química do produto. O carvão</p><p>ativado adsorve a substância tóxica e diminui a quantidade disponível para absorção</p><p>pelo sistema digestivo. Desse modo o Carverol age como um protetor e adsorvente</p><p>gastrointestinal em intoxicações e/ou descontaminação gastrointestinal.</p><p>8. Veja a referência 1. Leia o item "Adsorção na interface sólido líquido” e</p><p>discuta a adsorção de fármacos.</p><p>O item em questão aborda o conceito de adsorção na interface sólido/líquido,</p><p>esclarecendo suas diferenças em relação à absorção e também seus tipos, além dos</p><p>termos "adsorvato" (substância adsorvida) e "adsorvente" (material sólido). No contexto</p><p>farmacêutico, a adsorção é amplamente utilizada para tratar intoxicações.</p><p>9. Assista ao vídeo e discuta as observações experimentais</p><p>No vídeo, é demonstrado um experimento que utiliza carvão triturado para remover o</p><p>odor e a coloração do líquido azul de metileno, através do processo de filtração por</p><p>adsorção. O experimento é conduzido com papel de filtro, funil, tubo de ensaio, carvão</p><p>triturado, azul de metileno e um bastão de vidro. Ao filtrar o azul de metileno somente</p><p>com o papel de filtro, observou-se que ele não removeu a coloração azulada da água.</p><p>Oposto a isso, ao utilizar carvão triturado, as partículas que aderiram à sua superfície</p><p>possibilitaram que a filtragem fosse eficaz em remover a coloração do líquido,</p><p>demonstrando que o carvão é essencial para essa etapa, ao contrário do papel de filtro.</p><p>5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>1. Atkins, P. W. Physical Chemistry. Oxford University Press, 1990.</p><p>2. Debacher, Nito Angelo. Isotermas de Adsorção – Físico-Química</p><p>Experimental, Florianópolis, p. 1-9, agosto de 2024.</p><p>3. Debacher, N.A., Humeres, E., e Gonzales, G. Química dos Coloides; Princípios</p><p>Básicos e Aplicações. Departamento de Química UFSC. 1999.</p><p>4. Florence, A.T, Attwood, D., Princípios de Físico-Química em Farmácia.</p><p>Tradutores Zuleika Rothschild, Adolfo M. Rothschild, et al., EdUSP, São Paulo,</p><p>2003.</p><p>5. Leizer Cordeiro, da S. F. D. U. Carvão Ativo: Breve histórico e estudo de sua</p><p>eficiência na retenção de fármacos. Disponível em:</p><p><http://www.unilago.edu.br/revista/edicaoatual/Sumario/2014/downloads/6.pdf.</p><p>Acesso em: 29 ago. 2024.</p><p>6. Physical Chemistry of Surfaces, A. Adamson 5th Ed. 1989.</p><p>7. Shaw, D. J. Introdução a Química dos Coloides e Superfícies. Trad. J. H. Maar.</p><p>S.P. Edgar Blucher, 1975. 4a Ed., 1992.</p><p>8. UpToDate. Disponível em:</p><p><https://www.uptodate.com/contents/gastrointestinal-decontamination-of-the-po</p><p>isoned-patient>. Acesso em: 29 ago. 2024.</p>