Adsorção
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Adsorção é a adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma superfície sólida (o adsorvente); o grau de adsorção depende da temperatura, da pressão e da área da superfície - os sólidos porosos como o carvão são ótimos adsorventes.
As forças que atraem o adsorvato podem ser químicas ou físicas.
A adsorção química, também chamada de quimissorção, é específica e é empregada na separação de misturas. Nela as moléculas (ou átomos) unem-se à superfície do adsorvente através da formação de ligações químicas (geralmente covalentes) e tendem a se acomodarem em sítios que propiciem o maior número de coordenação possível com o substrato. Uma molécula quimicamente adsorvida pode ser decomposta em virtude de forças de valência dos átomos da superfície e é a existência de fragmentos moleculares adsorvidos que responde, em parte, pelo efeito catalítico das superfícies sólidas.
A adsorção física, também chamada de fisissorção, é empregada em máscaras contra gases e na purificação e descoloração de líquidos. Nela as moléculas do adsorvente e do adsorvato interagem por interações de van der Waals, que apesar de serem interações de longo alcance, são fracas e não formam ligações químicas. Uma molécula fisicamente adsorvida retém sua identidade, embora possa ser deformada pela presença dos campos de força da superfície.
Adsorção e Isoterma de Langmuir
A adsorção sobre sólidos é um fenômeno de grande importância em química, mais especificamente em físico-química. Quando se expõe um sólido finamente dividido a uma pressão moderada de um gás, geralmente a pressão do gás decresce, indicando que parte das moléculas do gás foram adsorvidas na superfície do sólido. Pelo mesmo motivo observa-se que expondo uma solução de um corante (ou de uma tinta) ao sólido, a intensidade da coloração da solução decresce acentuadamente. Deve ser salientado também que a ação catalítica de muitas substâncias, no caso da catálise heterogênea, está ligada a estes fenômenos da adsorção.
A intensidade desses efeitos depende da temperatura, da natureza das substâncias presentes no meio, da pressão do gás, ou da concentração do corante. Um fato bastante importante está relacionado com a superfície do sólido. Quanto mais finamente dividido estiver este sólido, maior será a sua eficiência em adsorver as moléculas presentes no meio.
Experimentalmente, as medidas nesses sistemas são feitas em termos de quantidade de substância adsorvida por grama do sólido, com a finalidade de se obter as chamadas isotermas de adsorção. Essas isotermas são gráficos onde estão representados N, número de moles de substância adsorvida por grama de sólido, versus C, concentração de soluto em equilíbrio, ou P, pressão do gás sobre o sólido.
Muito se tem feito no sentido de se desenvolver uma teoria para explicar os fatos experimentais observados. Para sistemas mais simples, uma teoria desenvolvida por Langmuir é feita a seguir:
Considerando que o processo de adsorção do gás A sobre uma superfície pode ser representada pela equação:
A + S 
A S
Onde S é a posição vazia na superfície do sólido (sítio ativo) e AS representa a molécula adsorvida. A constante de equilíbrio pode ser escrita como:
K = XAS / XSP
onde: XAS é a fração das posições na superfície que estão ocupadas; XS é a fração das posições livres; e P é a pressão do gás.
Comumente se usa θ em função de XAS onde θ representa a fração de fração da superfície que está coberta. Assim 1- θ representará a fração da superfície que não está coberta. Pode-se então escrever:
Falhou ao verificar gramática (Erro desconhecido): K = θ/(1- θ)P
ou seja Falhou ao verificar gramática (Erro desconhecido): KP = θ/(1- θ)
que é a expressão da isoterma de Langmuir.
Rearranjando, em termos de θ, a equação fica:
Falhou ao verificar gramática (Erro desconhecido): θ = KP/(1+KP)
Para o caso de adsorção em solução, a isoterma continua válida, devendo somente substituir P, pressão do gás, por C, a concentração do soluto na solução.
Pode-se escrever ainda que:
Falhou ao verificar gramática (Erro desconhecido): θ = N/Nm
onde: N = número de moles de moléculas adsorvidas por grama de sólido; Nm =número de mols de soluto por grama de sólido necessários para formar uma monocamada sobre a superfície.
Então:
N / Nm = [KC / (1 + KC)]
e rearranjando-se tem-se:
C / N = 1 / KNm + C / Nm
que é a forma mais usual da isoterma da Langmuir.
Dessa expressão tem-se que a isoterma de adsorção de Langmuir representa de um modo adequado um processo de adsorção, então um gráfico C / N versus C deverá resultar numa reta, cujo coeficiente angular será igual a 1 / Nm e o coeficiente linear será igual a 1 / KNm.
Tendo os valores de Nm e conhecendo , a área ocupada por uma molécula adsorvida na superfície do sólido, então a área específica (em metros quadrados por grama) da superfície do sólido será:
Falhou ao verificar gramática (Erro desconhecido): A = Nm N0 10-20
onde N0 é o número de avogadro e é dado em angstrons quadrados.
