Tipos de adsorção

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CIÊNCIAS DO SOLO E 
FERTILIDADE
Raquel Finkler
Tipos de adsorção
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Definir adsorção.
  Caracterizar a adsorção.
  Relacionar os principais fatores que influenciam a adsorção.
Introdução
A interação entre o solo e os íons pode ser estudada por meio do conceito 
de adsorção. Neste capítulo, você vai conhecer os fatores relacionados 
à adsorção, suas classificações e os mecanismos envolvidos. Além disso, 
vai ver como a adsorção e as características dos solos estão intimamente 
relacionadas, definindo a disponibilidade dos elementos que são im-
portantes para a agricultura. Por fim, você vai estudar os fatores que 
influenciam a adsorção.
Conceito de adsorção
Conforme Sposito (1989), a adsorção é o acúmulo de uma substância ou 
elemento entre a superfície sólida e a solução adjacente. Desse modo, na 
adsorção, as moléculas ou íons de uma substância fi cam retidos na superfície 
de sólidos por interações químicas e físicas. Além disso, Nascimento et al. 
(2014, p. 14) defi nem adsorção como: “[...] uma operação de transferência 
de massa, a qual estuda a habilidade de certos sólidos em concentrar na sua 
superfície determinadas substâncias existentes em fluidos líquidos ou gasosos, 
possibilitando a separação dos componentes desses fluidos [...]”.
Além da adsorção, existe o fenômeno da dessorção. Segundo Nunes e Rezende 
(2015), esse fenômeno é a liberação de determinado elemento ou substância de 
uma interface entre uma superfície sólida e uma solução. Dessa forma, ambos 
os fenômenos relacionam-se com as trocas de íons presentes no solo. A adsorção 
pode ser classificada como física ou química, como você vai ver a seguir.
Adsorção física
A adsorção física ocorre por meio de forças físicas. Ela é denominada fi sissor-
ção. Nesse tipo de adsorção, as moléculas ou átomos aderem à superfície do 
adsorvente, de forma geral por meio das forças de Van der Waals. O processo 
de adsorção física é reversível e pode ser deformado pela presença dos campos 
de força da superfície (PETRIN, [2018?]).
As forças de Van der Waals são forças repulsivas ou atrativas entre moléculas e 
também atrações eletrostáticas entre íons e moléculas, excluindo as ligações co-
valentes. As forças de Van der Waals são consideravelmente mais fracas do que as 
ligações covalentes e iônicas. Elas podem ser: dipolo-dipolo — Forças de Keesom, 
de orientação; dipolo-dipolo induzido — forças de Debye, de indução; e dipolo 
instantâneo — dipolo induzido —, interações de dispersão ou forças de London.
Adsorção química
Na adsorção química, as moléculas ou átomos aderem à superfície do ad-
sorvente por meio de ligações químicas, geralmente covalentes. Esse tipo de 
adsorção é denominada quimissorção e é específi ca, empregada na separação 
de misturas. Ao contrário da adsorção física, a adsorção química é exotérmica 
e irreversível, visto que há a formação de ligações químicas (PETRIN, [2018?]).
Segundo Nascimento et al. (2014), ambos os conceitos (quimissorção e 
fisissorção) são distintos, mas não são completamente independentes. A ad-
sorção química é altamente específica, sendo que nem todas as moléculas 
presentes no fluido podem ser adsorvidas, mas somente as capazes de se ligar 
a um sítio ativo. Já a fisissorção é inespecífica.
Além disso, de acordo com Camargo, Alleoni e Casagrande (2001), os 
principais mecanismos envolvidos na adsorção dos metais são: 
a) troca iônica;
b) adsorção não específica ou de esfera externa;
c) adsorção específica ou de esfera interna;
d) complexação com o material orgânico do solo (quelação).
Tipos de adsorção2
A adsorção não específica acontece como resultado da ação de forças ele-
trostáticas entre cátions metálicos presentes na solução do solo e a superfície 
carregada com cargas negativas dos coloides. Essas interações eletrostáticas 
ocorrem quando um íon carregado entra no campo de influência de uma superfí-
cie sólida com carga líquida superficial de sinal contrário (FORD; SCHINOST; 
SPARKS, 2001). Na adsorção não específica, a adsorção é de baixa energia, 
visto que os metais encontram-se em equilíbrio dinâmico com a solução do solo.
A adsorção específica se deve à grande afinidade existente entre a superfície 
adsorvente e os cátions livres em solução. Na adsorção específica, os íons pene-
tram a estrutura do átomo e ligam-se por meio de ligações covalentes ou iônicas 
com os grupos O (oxigênio) e OH (hidroxila) da superfície do solo (YONG; 
MOHAMED; WARKENTIN, 1992). Os principais fatores que interferem na 
afinidade são a relação entre a valência e o raio iônico do cátion e a polaridade 
do cátion quando submetido a um campo elétrico. Os principais tipos de ligações 
químicas envolvidas entre os átomos na adsorção específica são: covalente, em que 
ocorre o compartilhamento de elétrons de ambas as espécies iônicas envolvidas; 
e covalentecoordenada, em que o compartilhamento ocorre somente por uma 
das espécies iônicas envolvidas (YONG; MOHAMED; WARKENTIN, 1992).
A cinética de adsorção pode ser realizada por diferentes processos (NAS-
CIMENTO et al., 2014): 
a) transferência de massa externa;
b) difusão no poro;
c) difusão na superfície. 
Na Figura 1, você pode ver um esquema das etapas descritas.
Figura 1. Etapas da cinética de adsorção.
Fonte: Nascimento et al. (2014, p. 52).
3Tipos de adsorção
O estudo sobre os mecanismos de adsorção é importante pois permite 
indicar a disponibilidade e a solubilidade de metais para as plantas, bem como 
determinar sua mobilidade. Nesse sentido, Raij (1981) comenta que o solo 
pode ser um reservatório de nutrientes, pois a presença de cargas negativas na 
superfície das partículas de coloides é responsável pela adsorção de cátions. 
Dessa forma, cátions, ânions e moléculas neutras são adsorvidos nas frações 
mineral e orgânica do solo. Esse é um processo importante relacionado à 
disponibilidade de nutrientes às plantas, uma vez que a adsorção controla a 
concentração dos íons e complexos na solução do solo.
As isotermas de adsorção referem-se à relação de equilíbrio entre a con-
centração na fase fluida e a concentração nas partículas adsorventes a uma 
certa temperatura (FANGMEIER; HOEHNE, 2012). Segundo o mesmo autor, 
a concentração do adsorvido no sólido é expressa como massa adsorvida por 
unidade de massa do adsorvente.
A adsorção de elementos no solo varia de acordo com os atributos do 
solo. Assim, na literatura, são utilizados dois modelos que descrevem esse 
fenômeno. Os modelos amplamente aceitos na literatura para a descrição em 
solos brasileiros são o de Langmuir e o de Freundlich.
Segundo Fangmeier e Hoehne (2012), o modelo da isoterma de Langmuir 
prevê um aspecto claro do mecanismo do procedimento de adsorção e fornece 
uma expressão matemática consideravelmente simples. Assim, o modelo baseia-
-se na possibilidade do movimento das moléculas adsorvidas pela superfície do 
adsorvente. Quanto mais moléculas forem adsorvidas, maior será a distribuição 
uniforme, o que resulta em uma monocamada que recobre toda a superfície.
Já a isoterma de Freundlich trata-se de uma relação empírica utilizada para 
descrever a adsorção em superfícies heterogêneas. Ela é utilizada geralmente 
quando não existe interação apreciável entre as moléculas de adsorvato.
Gonçalves et al. (2013) ressalvam que, mesmo que essas equações não 
ilustrem os mecanismos químicos associados à adsorção, elas são facilmente 
aplicáveis para a adsorção de quaisquer íons pelo solo. Além disso, têm a 
vantagem de fornecer informações relacionadas às propriedades dos solos.
Características da adsorção
A adsorção é dependente das características do solo, que por sua vez têm 
relação com a capacidade de retenção de metais. Dessa forma, a determinação 
da capacidade de retenção de metais é fundamental quando relacionada à solu-
bilidade e à disponibilidade de poluentes no meio (GONÇALVES et al., 2013).
Tipos de adsorção4
A disponibilidade de metaisdepende das características químicas, físicas 
e mineralógicas do solo. Entre tais características, você pode considerar: com-
posição mineralógica, textura do solo, capacidade de troca catiônica (CTC), 
matéria orgânica e presença de hidróxido de alumínio e hidróxido de ferro.
Vinhal-Freitas et al. (2010) comentam que as características do solo in-
fluenciam as reações de adsorção e dessorção, entre outras, influenciando a 
ocorrência dos elementos do solo. Assim, cada solo possui uma capacidade 
adsortiva própria. O conhecimento dessa capacidade permite a previsão de 
fitotoxicidade e a indicação de contaminação do lençol freático.
Na sequência, você vai ver as principais características que influenciam 
a adsorção.
Composição mineralógica do solo
A composição do solo está relacionada à presença de componentes, bem como 
ao teor de argilas, que infl uenciam a adsorção de elementos. Alves (2002) 
comenta que a composição mineralógica dos solos (aspectos quantitativos 
e propriedades dos metais) exerce infl uência sobre atributos como: ponto de 
efeito salino nulo (PESN), quantidade, natureza e caráter das cargas elétricas, 
adsorção e dessorção iônicas. O autor afi rma ainda que, em consequência disso, 
há maior ou menor mobilidade observada para um íon, bem como maior ou 
menor fi todisponibilidade.
As argilas e os silicatos são importantes adsorventes. O seu conteúdo 
determina a intensidade da adsorbância. Raij (1981) afirma que a caulinita, 
argila mais importante nas regiões tropicais, tem uma capacidade de troca de 
catíons baixa, abaixo de 10 meq/100g de material.
Estudos vêm sendo realizados para determinar a relação entre teores de 
argila e presença de elementos. Nesse sentido, Motta et al. (2002) comentam que 
os estudos têm mostrado que, além da quantidade de argila, sua composição é 
importante na adsorção de fósforo no solo. Isso se justifica pela peculiaridade 
da energia entre o fósforo e cada fração adsorvente.
Textura do solo
Segundo Reinert e Reichert (2006), a textura do solo é determinada pela 
proporção das classes de tamanho de partícula de um solo. Quanto menor for 
o tamanho do grão, maior será sua superfície de contato; portanto, maior a 
capacidade de adsorção. Desse modo, a textura do solo está fortemente ligada 
com o grau de umidade e com a adsorção de substâncias. Assim, cabe ressaltar 
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que a Sociedade Brasileira de Ciência do Solo defi ne as classes de textura de 
solo conforme o tamanho das partículas (REINERT; REICHERT, 2006). Veja:
  areia grossa — 2 a 0,2 mm ou 2.000 a 200 µm;
  areia fina — 0,2 a 0,05 mm ou 200 a 50 µm;
  silte — 0,05 a 0,002 mm ou 50 a 2 µm;
  argila — menor do que 2 µm.
Capacidade de troca catiônica
De acordo com Camargo, Raij e Valadares (1982), a capacidade de troca de 
cátions é utilizada para a caracterização pedológica e para a avaliação da 
fertilidade do solo.A CTC pode ser conceituada como (INSTITUTO DA 
POTASSA & FOSFATO, 1998, p. 9): “[...] o número total de cátions trocáveis 
que um solo pode reter (a quantidade de sua carga negativa) [...]”. Quanto 
maior o valor da CTC, maior o número de cátions que o solo pode reter. A 
CTC é expressa em termos de centimols por decímetro cúbico (cmolc/dm3).
Ronquim (2010) comenta que as argilas, as substâncias húmicas e os óxi-
dos de ferro e alumínio possuem determinada superfície de troca e são os 
principais coloides responsáveis pela CTC sob condições tropicais. O autor 
afirma que há maior número de cargas negativas do que positivas porque a 
adsorção é de cátions. O Quadro 1 apresenta a CTC de alguns coloides do 
solo sob condições tropicais.
 Fonte: Adaptado de Mello (1983 apud RONQUIM, 2010). 
Coloide CTC (mmolc/dm–3)
Caolinita 50 – 150
Montmorilonita 500 – 1.000
Ilita 100 – 500
Vermiculita 1.000 – 1.500
Alofana 250 – 700
Óxidos de Fe e Al 20 – 50
Substâncias húmicas 1.500 – 5.000
Quadro 1. CTC de alguns coloides em solo tropical
Tipos de adsorção6
Valores baixos de CTC indicam que o solo tem pequena capacidade de 
reter cátions.Assim, deve-se evitar aplicar adubações e calagens em grandes 
quantidades em uma única vez. A ideia é aplicá-las de forma segmentada 
(RONQUIM, 2010).
Matéria orgânica
Segundo Lopes (2009), as frações humifi cadas de matéria orgânica, aqui 
compreendidas como ácidos húmicos, ácidos fúlvicos e humina, infl uenciam 
a adsorção de metais pesados no solo por possuírem sítios capazes de reter 
cátions.
Cantarella et al. (1992 apud VINHAL-FREITAS et al., 2010) afirmam que 
os teores de metais no solo aumentam com o incremento de matéria orgânica. 
Além disso, Stevenson (1994 apud VINHAL-FREITAS et al., 2010) comenta 
que, em solos intemperizados tropicais e subtropicais, a matéria orgânica é 
importante no mecanismo de fornecimento de nutrientes às plantas, na retenção 
de cátions, na complexação de elementos tóxicos e de micronutrientes, na 
estabilidade da estrutura, na infiltração e na retenção de água, na aeração e 
na atividade e na diversidade microbianas.
Fatores que influenciam a adsorção
De acordo com Nascimento et al. (2014), os fatores que determinam a adsorção são:
  natureza do adsorvente (área superficial, tamanho do poro, densidade, 
grupos funcionais e hidrofobicidade do material);
  adsorvato (polaridade, tamanho da molécula, solubilidade e acidez ou 
basicidade);
  condições operacionais (temperatura, pH e natureza do solvente).
Os componentes que se unem à superfície são chamados “adsorvatos”. Já a fase sólida 
que retém o adsorvato é chamada “adsorvente” (FANGMEIER; HOEHNE, 2012).
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Área superficial
A adsorção é um fenômeno que ocorre na superfície. Desse modo, a inten-
sidade da adsorção é diretamente proporcional à área superfi cial específi ca 
(NASCIMENTO et al., 2014). Segundo Sekar, Sakthi e Rengaraj (2004), 
quanto maior a partícula, menor a resistência à difusão. Desse modo, grande 
parte da superfície interna da partícula não é disponibilizada para adsorção 
(SEKAR; SAKTHI; RENGARAJ, 2004).
Propriedades do adsorvente
A capacidade de adsorver e a taxa de adsorção dependem de diversos fatores. 
Entre eles, você pode considerar: a área superfi cial específi ca, a porosidade, 
o volume específi co de poros, a distribuição do tamanho de poros, os grupos 
funcionais presentes na superfície do adsorvente e a natureza do material 
precursor (DOMINGUES, 2005). Desse modo, a natureza do adsorvente é 
determinante.
Propriedades do adsorvato
As propriedades do adsorvato têm forte infl uência na adsorção, ressaltando-se 
a sua característica de polaridade. Domingues (2005) afi rma que uma espécie 
polar tem mais afi nidade com o solvente ou com o adsorvente.
Temperatura
Segundo Nascimento et al. (2014), a temperatura afeta, principalmente, a 
velocidade de adsorção. Jimenez, Bosco e Carvalho (2004) afi rmam que 
o aumento de temperatura pode causar uma elevação da energia cinética e 
um aumento da mobilidade das espécies do adsorvato, o que pode acarretar 
um aumento na taxa de difusão intrapartícula do adsorvato. Além disso, a 
alteração da temperatura pode modifi car a solubilidade e o potencial químico 
do adsorvato (KHATTRI; SINGH, 1999).
pH e o potencial de carga zero (PCZ)
O pH determina o grau de distribuição das espécies químicas. Dessa forma, 
afeta a adsorção. Segundo Nascimento et al. (2014), a intensidade do efeito de 
adsorção varia em função do adsorvente, visto que as cargas da superfície do 
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adsorvente dependem da sua composição e das características superfi ciais. 
Conforme Apeel, Ma e Rhuel (2003 apud NASCIMENTO et al., 2014, p. 18):
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.
pH
A adsorção pode ser considerada uma troca a baixo pH. Ainda, pode ser de-
corrente da precipitação do metal como hidróxido, seguida da sua dissolução 
e posterior adsorção em superfície coloide com valores elevados de pH e 
concentração no meio (LOPES, 2009). O pH determina a carga da superfície 
do adsorvente e governa as interações eletrostáticas entre o adsorvente e o 
adsorvato. Dessa forma, é de extrema importância para o processo de adsorção 
(TOLEDO et al., 2005).
Equilíbrio das espécies
É fundamental saber que espécies de metal estão presentes no meio para uma 
remoção efi ciente dos metais do fl uido (NASCIMENTO et al., 2014).
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