Atividades Experimentais Simples Envolvendo Adsorção Sobre Carvão

O ato de se colocar carvão no interior da geladeira para retirar odores desagradáveis compreende um saber popular bastante conhecido e útil. Tais odores decorrem da presença de substâncias voláteis que se desprendem ou que são produzidas na decomposição dos alimentos, mesmo em baixa temperatura. Ao colocar carvão nesse ambiente, essas substâncias são retidas em sua superfície, diminuindo assim a concentração delas e a intensidade de seus odores (Figura 1). Uma das vantagens de usar o carvão para esse propósito é que ele pode ser reutilizado várias vezes, cabendo aquecê-lo quando saturado para desprender as substâncias nele aderidas e recolocá-lo novamente no interior da geladeira.

Devido à sua composição química e área superficial, o carvão apresenta uma propriedade importante chamada adsorção, que consiste na retenção de substâncias líquidas, gasosas ou dissolvidas em sua superfície. O fenômeno difere da absorção, pois ocorre somente na superfície do material. Em algumas situações, é difícil avaliar se um fenômeno é adsorção ou absorção, sendo mais prudente dizer que houve sorção simplesmente. No caso dos fenômenos que envolvem o carvão, no entanto, prevalece o fenômeno da adsorção, a qual é explicada com base em dois tipos de interação: adsorção física (fisissorção) e adsorção química (quimissorção). A distinção pode ser basicamente atribuída à natureza e intensidade das interações que ocorrem entre o material que adsorve (adsorvente) e o material que é adsorvido (adsorvato). Na fisissorção, a interação ocorre por forças intermoleculares do tipo Van der Waals (interação de dispersão ou dipolo induzido, também chamada de forças de London, e interação dipolo-dipolo, por exemplo). Na quimissorção, a união ocorre por meio de ligações químicas (normalmente covalentes), que tendem a um número de coordenação máximo com o substrato. Os valores típicos da entalpia da adsorção física estão na faixa de 20 kJ mol^-1, enquanto que, na adsorção química, esse valor é da ordem de 200 kJ mol^-1 (Atkins, 1997). Normalmente, as interações presentes na adsorção física também estão presentes quando ocorre adsorção química. Por isso, é mais adequado descrever o processo de adsorção como uma combinação desses dois tipos de interação (Guilarduci e cols., 2006).

O carvão é um material formado por cadeias de carbono em cujas extremidades podem existir vários elementos, sendo mais comuns o oxigênio e o hidrogênio, constituindo grupos funcionais carbonila, carboxila, hidroxila e enóis. Existem vários tipos de carvão, sendo as principais diferenças decorrentes da forma de obtenção, da porosidade e da área superficial. Os mais comuns são o carvão mineral, o vegetal e o ativado. O utilizado para retirar odores do interior das geladeiras é o vegetal, o qual é obtido por meio da carbonização da madeira, geralmente eucalipto, a uma temperatura média de 500 ^oC. Essa carbonização pode ocorrer durante vários dias em fornos com ciclos alternados de aquecimento e resfriamento e controle da entrada de oxigênio/ar. Nesse processo, cerca de 30 a 40% da madeira produz carvão vegetal, enquanto o restante produz gases, os quais podem ser recolhidos por meio de sistemas de condensação de vapores, mas na maioria das vezes são liberados para a atmosfera (Brito, 1990).

Outro tipo que apresenta vantagens associadas à adsorção é o ativado. Esse tipo é obtido a partir de carbonização em atmosfera inerte de materiais lignocelulósicos como madeira, casca de coco, bagaço de cana de açúcar, palha de milho, casca de arroz, entre outros, seguindo-se de tratamento térmico e/ou químico (Guilarduci e cols., 2005; Jaguaribe e cols., 2005). A ativação consiste na retirada de resíduos orgânicos (alcatrão, creosoto e naftas, por exemplo) que estejam obstruindo os poros, resultando em uma forma de carvão mais poroso e, por isso, com maior área superficial. Diferentes tamanhos de poros podem ser formados de acordo com a temperatura, o material de origem e as condições de ativação. Na ativação física, geralmente emprega-se também água e gás carbônico. Reagentes tais como cloreto de zinco, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, hidróxido de potássio e hidróxido de sódio são os mais comuns na ativação química (Chuah e cols., 2005; Rocha e cols., 2006; Bendezú e cols., 2005).

Originalmente, o artigo também apresenta sugestões de experimentos envolvendo adsorção sobre carvão.