Adsorção - Diferentes interações entre moléculas

Sabe quando os aromas dos alimentos acabam se misturando na geladeira? Você vai tomar um copo d'água e descobre que, de inodora, ela acabou é ficando com o cheiro das sobras do almoço. Uma dica comum para evitar essa mistura de aromas é colocar um pouco de pó de café em um potinho e deixá-lo na geladeira. Melhor ainda se, no lugar de pó de café, você utilizar carvão ativado. Mas por que esses artifícios funcionariam? Os odores possuem algum tipo de preferência pelos pós?

Interações sólido-líquido e sólido-gás

Você sabe que as moléculas apresentam interações razoáveis entre si, principalmente nos estados sólido e líquido, onde a densidade é alta e há grande proximidade entre as moléculas. Moléculas de gases também interagem, porém bem menos, devido a uma maior distância entre essas moléculas e à sua relativa agitação.

Mas, o que é que ocorre nas interfaces entre duas substâncias diferentes - por exemplo, um sólido e um gás? Ora, pode também haver interação entre moléculas:

Quando a interação é entre um sólido e um fluido - um líquido ou gás -, o fenômeno é chamado de adsorção. Continuam valendo as interações entre moléculas estudadas em ligações químicas: ponte de hidrogênio, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo induzido, etc. Portanto, a interação entre as moléculas do fluido e do sólido dependerá das propriedades das substâncias em contato; algumas são fortemente adsorvidas, outras não.

Note que o sólido, o adsorvente, pode ser uma substância metálica (por exemplo, platina ou paládio, usados como catalisadores), uma substância covalente - como o carvão - ou mesmo iônico. Já as espécies químicas do fluido podem ser moléculas ou íons. Além disso, a adsorção em geral é facilitada por temperaturas baixas. E o fenômeno inverso - dessorção - é facilitado pelo aquecimento do sistema, que libera as moléculas para o líquido ou gás.

Adsorção depende da superfície

Talvez você estranhe o nome "adsorção" ao invés de "absorção". A diferença é proposital, porque a absorção é um fenômeno em que uma substância permeia o volume de outra (por exemplo, uma esponja absorve água), enquanto a adsorção é um fenômeno de superfície. A adsorção é importante em inúmeras situações no dia-a-dia (por exemplo, em filtros de carvão ativado) e na indústria (por exemplo, em catalisadores).

Pensando em áreas superficiais, pode-se ter a impressão de que, para ter uma adsorção eficiente, é preciso de grandes quantidades de material, pois o fenômeno depende da superfície, e em uma pequena quantidade de material - por exemplo, uma colher de sopa de café - a superfície é pequena. É aí que os nossos sentidos nos enganam...

Área de pós

Uma característica interessante dos materiais particulados (ver também o texto sobre explosões acidentais) é que a sua área superficial pode ser muito alta. No caso do café, por exemplo: uma colher de sopa de café tem cerca de 7 g de pó. Se esse café tiver partículas de 0,2 mm, a área superficial será de pelo menos 0,25m², o mesmo que um quadrado de 50 x 50 cm!

Mas o mais espantoso são superfícies com partículas pequenas e de alta porosidade - por exemplo, um carvão ativado. Quando a superfície de um material é tratada quimicamente, é possível aumentar a área superficial, como ilustra a figura abaixo:

Esse tratamento pode ser uma oxidação parcial, onde parte do carbono é convertido a óxidos, e a superfície restante, desgastada de forma irregular, tem área maior que a original. Com materiais porosos adequadamente escolhidos, é possível ter áreas da ordem de 1000 m²/g!

Com tal área superficial, não é de espantar que o carvão ativado seja tão eficiente na retirada de substâncias com aroma ou sabor ruins. Umas três colheres de sopa de carvão ativado têm a área de um campo de futebol, o que explica porque o carvão ativado é um tratamento auxiliar em intoxicações e envenenamentos: se administrado antes da absorção de toda a substância tóxica pelo organismo, pode prevenir a piora do quadro ao adsorver a substância, ainda no estômago.

Portanto, o artifício do pó de café - que apresenta partículas pequenas e de razoável porosidade - funciona mesmo, embora talvez a sua água acabe com um leve cheirinho de... café.