Lista 2Adsorcao

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química V – Turma 2as e 4as - tarde – Prof. Raphael Cruz 
2a Lista de Exercícios – 1/2010 
 
 
ADSORÇÃO 
 
 
Exercício 1. 
 
 Definir: a) adsorção; b) dessorção; c) adsorvato; d) adsorvente; e) área superficial específica. 
 
 
Exercício 2. 
 
 Sabendo que a adsorção é um processo espontâneo, demonstrar que ela é sempre um processo 
exotérmico. 
 
 
Exercício 3. 
 
 Discutir como a adsorção varia com: a) aumento da área superficial específica; b) aumento da 
temperatura; d) aumento da pressão do gás. Mostrar que os efeitos produzidos na adsorção pelas 
variações de temperatura e de pressão são consistentes com o princípio de Le Chatelier-Braun. 
 
 
Exercício 4. 
 
 O que é isoterma de adsorção? Mostre, qualitativamente e mediante gráfico apropriado, como a 
adsorção varia com a pressão, a temperatura constante, e, também, mostre o efeito da temperatura na 
adsorção. 
 
 
Exercício 5. 
 
 Como se classifica a adsorção de gases em sólidos quanto às forças de interação entre 
adsorvato e adsorvente. Enumerar as principais características dos tipos de adsorção classificadas 
anteriormente. 
 
 
Exercício 6. 
 
 A adsorção de gases em sólido pode ser descrita, algumas vezes, pela equação empírica de 
Freundlich: x/m = K.P1/n. Explicar os termos envolvidos nesta expressão e a razão do valor de n ser 
igual ou maior que a unidade. 
 
 
 
 
Exercício 7. 
 
 Enumerar as considerações feitas na obtenção da isoterma de Langmuir e demonstrar esta 
equação. Explicar como a adsorção ocorre em: a) baixas pressões; b) altas pressões. 
 
 
Exercício 8. 
 
 Demonstrar a isoterma de BET. 
 
 
Exercício 9. 
 
 Descrever os cinco tipos de adsorção observados em altas pressões, mediante a isoterma de 
BET. 
 
 
Exercício 10. 
 
 Demonstrar a isoterma de Gibbs e explicar os termos envolvidos na equação. 
 
 
Exercício 11. 
 
 O que é uma substância tensoativa? 
 
 
Exercício 12. 
 
 A isoterma de Freundlich pode ser escrita como VA = K.P1/n, onde K e n são constantes, VA o 
volume de gás adsorvido por unidade de massa de adsorvente, medido nas CNTP e P a pressão de 
equilíbrio. Os dados da tabela abaixo correspondem à adsorção de metano sobre 10g de carvão a 0oC. 
 
P (mmHg) 100 200 300 400 
VA (cm3/g) 97,5 144 182 214 
 
Mostrar que essa adsorção segue a isoterma de Freundlich e determinar os valores das constantes da 
isoterma. 
 
 
Exercício 13. 
 
 A tabela abaixo fornece o volume de nitrogênio, nas CNTP, adsorvido por grama de carvão 
ativo a 0oC em função da pressão de equilíbrio: 
 
P (mmHg) 3,93 12,98 22,94 34,01 56,23 
v (cm3/g) 0,987 3,04 5,08 7,04 10,31 
 
 
 
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2a Lista de Exercícios – 1/2010 
 
 
 
Verificar se esses dados seguem a isoterma de Langmuir. Em caso afirmativo, determinar os valores 
das constantes de Langmuir. 
Se a área de uma molécula de nitrogênio vale 0,162 nm2, estimar a área superficial específica do 
carvão ativo. 
 
 
Exercício 14. 
 
 A adsorção de nitrogênio sobre um sólido finamente dividido, não poroso, apresentou os 
seguintes valores: 
 
Temperatura (K) 77 90 
P/Po 0,05 0,2 
θ 0,5 0,5 
 
onde P/Po é a razão entre a pressão de equilíbrio e a pressão de vapor do nitrogênio e θ é o grau de 
cobertura. Estimar o calor de adsorção isométrico. O ponto normal de ebulição do N2 é 77 K e seu 
calor latente de vaporização vale 5,64 kJ/mol. 
 
 
Exercício 15. 
 
 Um gás diatômico é adsorvido na superfície de um sólido na forma de átomos de acordo com o 
equilíbrio representado abaixo: 
 
A2 + 2S ⇔ 2AS 
 
onde A2 representa uma molécula do gás na fase gasosa, S um sítio de adsorção vazio e AS o 
complexo adsorvato-adsorvente. Usando as mesmas considerações de Langmuir mostrar que o grau de 
cobertura, θ, é dado por: 
 
1kP
kP
+
=θ 
 
onde P é a pressão de equilíbrio da fase gasosa e k uma constante. 
 
 
Exercício 16. 
 
 Demonstre, utilizando as considerações de Langmuir, que para uma mistura gasosa dos gases A 
e B tem-se: 
 
g
B
A
B
A
B
A
y
y
K
K
y
y






=





σ
 
 
 
 
 
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onde 
σ






B
A
y
y é a razão entre as frações molares dos gases adsorvidos , 
g
B
A
y
y






a razão das frações 
molares dos gases em fase gasosa e KA e KB as constantes de adsorção para os dois gases. 
 
 
Exercício 17. 
 
 Demonstrar que para um gás adsorvido que segue a equação de estado bi-dimensional: 
oAA
RT
−
=pi , onde R é a constante dos gases, T a temperatura do sistema em kelvin, A a área molar e 
oA uma constante, a isoterma de adsorção é dada pela expressão: 
 






θ−
θ






θ−
θ
=
1
exp
1
KP 
 
onde P é a pressão de equilíbrio, K uma constante e θ o grau de cobertura (= oA / A ). 
 
 
Exercício 18. 
 
 Um óleo comestível contém uma substância nociva na concentração de 0,02 g/L, que pode ser 
adsorvida em carvão ativo. A isoterma de adsorção é da forma: m = mmáxkc/(1 + kc), onde m é a 
massa, em gramas, da substância adsorvida por grama de carvão; mmáx = 0,01 g de adsorvato/ g de 
carvão, k = 103 L/g e c a concentração de equilíbrio, em g/L. Qual a massa de carvão necessária para 
purificar um litro de óleo, reduzindo a concentração da substância a 0,02x10-3 g/L? 
 
 
Exercício 19. 
 
 A 19oC a tensão superficial de soluções de ácido butírico em água, pode ser representada pela 
equação de Szyszkowski 
 
γ = γo – a.ln(1 + bc) 
 
onde γo é a tensão superficial da água pura e a e b são constantes. Estabelecer a expressão do excesso 
de concentração superficial em função da concentração. Os valores das constantes, para o ácido 
butírico são: a = 13,1 dyn/cm e b = 19,62 l/mol. Calcular o excesso de concentração superficial para c 
= 0,20 mol/l. Calcular o valor limite do excesso de concentração superficial. Considerando que 
somente as moléculas na superfície correspondem ao excesso de concentração, estimar a área ocupada 
por uma molécula de ácido butírico na superfície da solução. 
 
 
Exercício 20. 
 
 Considere uma gota de um líquido puro sobre uma superfície de um sólido em equilíbrio com o 
ar atmosférico conforme a figura abaixo: 
 
 
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onde θo é o ângulo de contato do líquido com o sólido em equilíbrio. Se uma gota de uma solução, 
constituído por esse líquido e um soluto tensoativo, fosse colocada na superfície do mesmo sólido, o 
ângulo de contato da solução com o sólido seria maior, menor ou igual a θo? Considere que o soluto 
não interage com o sólido. Justificar a resposta. 
 
 
 
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θo 
sólido 
líquido 
ar atmosférico