relatório fisico quimica ISOTERMAS DE ADSORÇÃO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
 CENTRO DE CIÊNCIAS FÍSICAS E MATEMÁTICAS
 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
 FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL
 EXPERIÊNCIA 1: ISOTERMAS DE ADSORÇÃO
Alunos: Marcela Lopes, Luiza Campos, Tuany Sommariva e Anderson Cadet
Professor: Nito Angelo Debacher
Curso: Farmácia
OBJETIVO
Estudar a adsorção do azul de metileno sobre carvão vegetal. Calcular as constantes de adsorção em função da concentração do azul de metileno usando o modelo de Freundlich e Langmuir.
INTRODUÇÃO
Adsorção é a adesão de moléculas de um fluído (adsorvato), que pode ser um gás ou um soluto de uma solução líquida, a uma superfície sólida (adsorvente). O carvão vegetal possui grande área superficial e capacidade adsorvente. Estudos utilizando carvão ativado demonstraram redução significativa na produção de gases intestinais nos pacientes tratados, eliminando os desconfortos abdominais. Devido a sua rapidez de ação, o carvão vegetal é considerado ainda um agente útil no tratamento de envenenamentos. O carvão vegetal tem a propriedade de adsorver substâncias que, em contato com bactérias intestinais, contribuem para a produção de flatulências. Diante dos resultados de estudos, o uso de carvão vegetal é indicado em casos de dores de estomago, mau hálito, aftas, gases intestinais, diarréias infecciosas, disenterias hepáticas e intoxicações. 
1.1 Isotermas de adsorção
As representações gráficas também chamadas de isotermas de adsorção são a relação de equilíbrio entre a concentração nas partículas adsorventes em uma temperatura especifica e a concentração na fase fluida. A isoterma indica a forma com que o adsorvente adsorverá o soluto e também fornece a quantidade máxima estimada de soluto que o adsorvente adsorverá, assim como outras funções e especificidades desta relação adsorvente/adsorvato.
Existem alguns tipos de classificação de isotermas, uma delas é a classificação de Brunauer que as diferem em cinco tipos específicos. E também existem as isotermas de adsorção como a de Langmuir e Freundlich.
1.1.1 Isoterma de Langmuir 
Em 1916 foi proposto um modelo teórico por Langmuir que de acordo com esta teoria propõe estabelecer um equilíbrio entre o soluto adsorvido e o soluto ainda presente na solução. Sua teoria explica a adsorção sobre uma superfície uniforme, simples, infinita e não porosa. 
Leva-se em conta a hipótese de movimento das moléculas adsorvidas pela superfície do adsorvente e com isso à medida que as moléculas são adsorvidas a distribuição uniforme forma uma monocamada que expande por toda a superfície.
A expressão da isoterma de Langmuir é representada pela equação: 
(x/m)/N = (K.Ceq)/ (K.Ceq + 1)
Ou a equação em sua forma linear:
Ceq/(x/m) = 1/KN + Ceq/N
Em que: 
x/m = massa do soluto adsorvido(x) por massa (m) do sólido;
m = massa do sólido;
N = número de moles do soluto necessário para preencher todos os sítios de adsorção. É igual a capacidade máxima de adsorção do adsorvente
K = constante de equilíbrio; 
Ceq = concentração de equilíbrio. 
 1.1.2 Isotermade Freundlich 
A isoterma de Freundlich admite uma distribuição logarítmica de sítios ativos. Este modelo constitui um tratamento válido quando não existe interação entre as moléculas de adsorvato, também admite adsorção em multicamadas.
É representada pela equação:
x/m = kCeq^ l/n
Ou em forma linear:
ln(x/m) = ln(k) + (l/n)ln g (Ceq) 
Em que: 
x/m = massa do soluto adsorvido (x) sobre massa (m) do sólido;
k = capacidade de adsorção do adsorvente;
Ceq = concentraçao do equilibrio;
l/n = expoente adimensional (quanto menor for n mais favorecida será a adsorção).
PARTE EXPERIMENTAL
MATERIAL NECESSÁRIO
10 balões volumétricos de 50 ml;
10 balões volumétricos de 100 ml;
10 erlenmeyers de 100 ml;
1 (uma) bureta de 50 ml;
1 (uma) pipeta de 1 ml;
Solução de azul de metileno (AM) 1,0 g
Carvão ativado
O corante Azul de metileno (AM), usado como adsorvente possui fórmula molecular C₁₆H₁₈ClN₃S3H₂O e peso molecular de 373,9 g.mol⁻¹.
PROCEDIMENTO
ETAPA 1
Preparar 10 soluções de 50 ml nas concentrações de 0,2 a 1,0 g, a partir da solução estoque de azul de metileno. Enumerar os balões.
ETAPA 2
Diluir as soluções para poder medir sua absorbância no espectofotômetro, e assim, determinar sua concentração. Pipetar 0,5 ml de cada solução da ETAPA 1 em 10 balões volumétricos de 100 ml e completar com água destilada. Depois de obtidos os valores das absorbância para cada solução, calcular as concentrações reais das soluções através da equação de Lambert-Beer.
ETAPA 3
Enumerar os 10 erlenmeyers de 100 ml e pesar 10 amostras de carvão ativado de 0,2g diretamente nos erlenmeyers. Transferir as soluções preparadas na ETAPA 1 para os erlenmeyers que contêm o carvão ativado. Agitar os 10 soluções por mais ou menos 15 minutos ao mesmo tempo.
ETAPA 4
Depois de 15 minutos, deixar o carvão decantar.
ETAPA 5
Retirar uma alíquota de 1,0 ml do sobrenadante de cada solução e diluir para um balão de 50 ml. Fazer a leitura da adsorbância das soluções diluídas em comprimento de onda de 680 nm. 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
TABELA II
REPRESENTAÇÃO GRÁFICA
GRÁFICO 1 (anexo ao documento)
GRÁFICO 2 (anexo ao documento)
GRÁFICO 3 (anexo ao documento) 
Primeiramente, para completar a tabela acima foram feitas algumas contas que também levaram a representação dos gráficos.
 
As contas foram:
(x/m) = (m ameq)/mc -- valores de m ameq e mc já dados na própria tabela 
Ceq/(x/m)-- no caso (x/m) é o valor encontrado à cima e o valor de Ceq já dado na tabela 
ln(x/m)
ln(Ceq)-- valor de Ceq já dado na própria tabela 
Assim respectivamente para cada coluna os dados foram sendo encontrados e depois da construção da tabela os seus dados foram usados para pontos específicos na formação dos gráficos exigidos.
Contas do gráfico 2:
∆y/∆x (0,082-0,057)/(7,43-4,53) = 0,025/2,9
a= 0,0862 =1/N N=116
0,021=1/K.116 K.116.0,021=1 K=1/116.0,021 -> K=0,41
Contas do gráfico 3:
∆y/∆x = (-3,297)-(-2,408)/(-6,918)-(-4,902)= -0,889/-2,016 0,44=a
a=0,44=1/n n= 2,273
ln(x/m)= lnk + (1/n). ln(Ceq)
-3,381= lnk + (0,44.(-7,236))
-3,381 = lnk – 3,184
lnk= -3,381 + 3,184
lnk= -0,197
k= 0,821
QUESTIONÁRIO 
Conforme mostra o gráfico 1, a adsorção máxima é quando o valor de (x/m) é 0,09 e o valor de Ceq é 7,43x.
No gráfico 2, calculou-se o valor de K e N através da Isoterma de Langmuir, onde K= 0,41 e N= 116. Já no gráfico 3, utilizou-se a Isoterma de Freundlich para calcular o valor de n, que resultou em n= 2,273, e k, que resultou em k= 0,821.
A adsorção do azul de metileno em carvão vegetal é do tipo física, porque as moléculas adsorvidas se matem fixas à superfície do adsorvente (carvão vegetal nesse caso) através de forças de Van de Waals, que são muito fracas e não formam uma ligação química realmente, apenas uma interação. 
Os fatores que podem influenciar uma adsorção física são: a solubilidade do adsorvato, sendo que deve haver uma baixa solubilidade (porém não tão baixa que forme ligação covalente); o pH, levando em consideração uma baixa ionização do adsorvato; a natureza do adsorvente, o qual quanto mais finamente dividido ou mais poroso estiver, maior será sua capacidade de adsorção; e por fim a temperatura, tendo em vista que um aumento brusco na temperatura leva a diminuição da quantidade adsorvida.
Cápsulas de carvão ativado são utilizadas como adsorventes para diversas substâncias (gases e impurezas) no organismo, funcionando como uma espécie de “imã” para essas substâncias, evitando com que sejam absorvidas (diminuindo sua absorção pelo corpo). O carvão ativado quando ingerido não é absorvido pelo corpo, e através do principio de adsorção consegue fazer com que esse material possivelmente danoso seja “acoplado” a sua estrutura e assim posteriormente sedo “expelido” junto comele pelas fezes.
O antidepressivo amitriptilina forma mais facilmente o complexo adsorvente-adsorvato que os demais medicamentos citados da mesma classe. Isso é comprovado devido ao seu maior valor de “N” que os demais, quanto maior o N, mais favorecida é a intensidade de adsorção.
CONCLUSÃO
A partir da construção dos gráficos, por meio das Isotermas de Langmuir e Freundlich, analisou-se quantitativamente a adsorção do corante Azul de Metileno por carvão vegetal. Experimentalmente, o carvão ativado apresentou alta capacidade de adsorção do AM. Conclui-se também que, através das isotermas e das constantes K e N obtidas, o processo de adsorção foi do tipo físico, onde ocorreu a formação de multicamadas do adsorvato sobre o carvão ativado, porém estas são interações fracas e pouco energéticas.
Assim, o carvão vegetal demonstra ser uma excelente opção de adsorvente, e está presente tanto em processos industriais como utilidades médicas como discutido na introdução, por exemplo, em casos de intoxicação. 
Nota: 8,0