lista 2 adsorcao

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

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE Departamento de Físico-Química Físico-Química V – Turma 2as e 4as - tarde – Prof. Raphael Cruz 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


onde

σ

B

A

y

yé 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

−=π , 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=

1exp

1KP

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:


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.


θo

sólido

líquido

ar atmosférico

lista 2 adsorcao

Documents