Lista 1 Isoterma Langmuir

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Experimental - Isoterma de Langmuir
Estado Gasoso
Exerc. 1) A adsorção do amoníaco em carvão a 0 °C forneceu os seguintes dados:
	P / Torr
	50
	100
	200
	400
	600
	V amoníaco / cm3
	74
	111
	147
	177
	189
Verifique graficamente que a isoterma de Langmuir se aplica e calcule K;
Calcule o volume necessário para o recobrimento completo do adsorvente;
Resposta: K = 0,010 Torr-1; V = 222,2 cm3
Exerc. 2) Os seguintes dados foram obtidos para adsorção de H2 em 1,0 g de cobre, a 0 °C. O volume de H2 foi medido nas CNTP.
	p / Torr
	0,05
	0,10
	0,15
	0,20
	0,25
	V / cm3
	1,22
	1,33
	1,31
	1,36
	1,40
Determinar o volume de H2 necessário para formar uma monocamada sobre a superfície da amostra e estimar a área superficial do cobre. 
S = V∞ NA Aad /Vmolar
Onde:
S é a área superficial específica do adsorvente (unidade = m2 g-1)
V∞ é o volume de gás adsorvido quando a superfície do sólido está completamente coberta por uma monocamada. 
NA é o número de Avogadro (6,022 x 1023 )
Aad  é a área de seção transversal de uma molécula do adsorbato (0,162 nm2 = 0,162 x 10-18 m2)
V molar  é o volume ocupado por 1 mol da molécula de adsorbato (22,4 L = 2,24 x 104 cm3)
Resposta: V = 1,437 cm3.g-1; S = 6,258 m2.g-1
Exerc. 3) Os seguintes dados correspondem a adsorção de criptônio sobre 1g de carvão vegetal a 193,5 K. Comprove se o modelo de adsorção de Langmuir é valido para descrever o sistema e determine a constante de equilíbrio e o número de posições de adsorção (Nmonocamada).
	p (Torr)
	2,45
	3,5
	5,2
	7,2
	V (mL)
	5,98
	7,76
	10,10
	12,35
Dado: Nmonocamada = NA . pVmonocamada/RT
Resposta: K = 0,116 Torr-1 ; Nmonocamada = 6,75x1020�
Exerc. 4) Determinar a constante de adsorção e o volume de gás correspondente ao recobrimento completo para o isoterma de adsorção de CO sobre carvão a 273 K.
	P (kPa)
	13,3
	26,7
	40
	53,3
	66,7
	80
	93,3
	V (mm3)
	10,2
	18,6
	25,5
	31,5
	36,9
	41,6
	46,1
Resposta: K = 7,5x10-3 kPa-1; Vm = 111 cm3
Teórico
Referência: Atkins, Físico-Química, vol. 3, 6a. Edição, pgs. 106-107.
1 – A adsorção de um gás segue a equação de Langmuir com K = 0,85kPa-1, a 25 oC. Calcular a pressão em que o recobrimento relativo da superfície (Ɵ) é de (a) 0,15 e (b) 0,95. 
Resposta: (a) 0,21 kPa ; (b) 22kPa
2 – Uma certa amostra sólida adsorve 0,44 mg de CO quando a pressão do gás é de 26 kPa e a temperatura 300 K. A massa do gás adsorvido, quando a pressão é de 3 kPa e a temperatura de 300 K, é de 0,19 mg. A adsorção segue a equação de Langmuir. Achar, em cada pressão, o recobrimento relativo da superfície.
Resposta: (a) 0,83 ; (b) 0,36
3 – Um sólido está em contato com um gás, a 12 kPa e 25 oC e adsorve 2,5 mg do gás. A adsorção segue a equação de Langmuir. A variação de entalpia quando 1 mmol do gás adsorvido é dessorvido é + 10,2 kJmol-1. Qual a pressão de equilíbrio para a adsorção de 2,5 mg do gás, a 40 oC?
Obs.: considerar a equação: ln K´/lnK= ∆Hadsorção/R.(1/T - 1/T´)
Resposta: 15 kPa
4 – O volume do oxigênio gasoso, medido a 0 oC e 101 kPa, adsorvido em 1,00 g de amostra de sílica, a 0 oC, é de 0,284 cm3 a 142,4 torr e 1,430 cm3 a 760 torr. Qual o valor de Vmon?
Resposta: Vmon = 20,5 cm3
5 – Uma monocamada de moléculas de N2 (área efetiva de 0,165 nm2) foi adsorvida sobre a superfície de 1,00 g de catalisador de Fe e alumina, Al2O3, a 77 K, à temperatura de ebulição normal do nitrogênio líquido. O volume do gás dessorvido pelo aquecimento da amostra é de 2,86 cm3 medidos a 0 oC e 769 torr. Qual a área superficial do catalisador? 
Resposta: A = 12,8 m2
 
6 – Imaginemos que o ozônio seja adsorvido sobre uma certa superfície de acordo com a isoterma de Langmuir. Como se poderia usar a dependência entre a pressão e o recobrimento relativo para distinguir entre a adsorção (a) sem dissociação; (b) com dissociação em O + O2 e (c) com dissociação em O + O + O?
Resposta: somente teoria (ver Atkins).
7 – O nitrogênio gasoso é adsorvido pelo carvão na razão de 0,921 cm3 g-1, a 490 kPa e 190 K. A 250 K, a mesma razão de adsorção só é atingida na pressão de 3,2 Mpa. Qual a entalpia de adsorção do nitrogênio sobre o carvão?
Resposta: ΔHads = - 13 kJ mol-1