Superfície específica

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O carvão activado é um dos materiais com maior superfície específica, em geral superior a 500 metros quadrados por cada grama (> 500 000 m²/kg).

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Anéis de Raschig cerâmicos. Estas estruturas apresentam uma muito elevada superfície específica.

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Anéis de Białecki em material plástico. EStas estruturas apresentam elevada área de superfície específica.

Erro ao criar miniatura:

Os irregularidades na superfície, representados por ranhuras em formato triangular, aumentam a área da superfície e por essa via a superfície específica.

Superfície específica (ou área de superfície específica) é uma propriedade dimensional dos sólidos, definida como a área superficial total de um material por unidade de massa (com unidades de m²/kg ou m²/g), ou área superficial total por unidade de volume sólido ou agregado (unidades de m²/m³ ou m⁻¹). É um valor físico que pode ser usado para determinar o tipo e as propriedades de um material (por exemplo, solo ou neve). Tem uma importância particular para estimar fenómenos de adsorção, catálise heterogénea e reações de superfície.

Descrição

A superfície interna de sólidos porosos ou granulares é uma variável dimensional que é usada em várias disciplinas científicas e técnicas. Inclui a totalidade de todas as superfícies nele contidas, incluindo aquelas entre os grãos e dentro dos poros. A medição real da área de superfície interna de uma determinada massa ou volume é a correspondente área de superfície específica.

Em contraste, a superfície externa é a superfície diretamente visível do lado de fora, ou seja, aquela que seria obtida quando o sistema de material fosse recoberto a partir do exterior.

Métodos de medição

Os valores obtidos para a área de superfície específica de um material dependem do método de medição. Em métodos baseados na determinação da adsorção, o tamanho da molécula de adsorvato (a molécula sonda), os planos cristalográficos expostos na superfície e a temperatura de medição afetam a área de superfície específica obtida. Por esta razão, para além do método mais frequentemente usado, o método de adsorção Brunauer–Emmett–Teller (N₂-BET), foram desenvolvidas várias técnicas para medir a área de superfície específica de materiais particulados à temperatura ambiente e em escalas controláveis. Entre essas técnicas inclui-se a coloração com azul de metileno (MB), a adsorção do éter monoetílico de etilenoglicol (EGME), a análise eletrocinética da adsorção de iões complexos e um método de retenção de proteina (PR). Existem vários padrões internacionais para a medição da área de superfície específica de materiais, incluindo o padrão ISO 9277.

Adsorção

A superfície específica pode ser estimada através da medição da adsorção com recurso à teoria de adsorção multimolecular (o método de BET) por determinação da isotérmica BET. Esta metodologia tem a vantagem de medir a superfície específica de estruturas finas e de considerar o efeito da textura profunda nas partículas. No entanto, os resultados podem diferir acentuadamente dependendo da substância adsorvida. A teoria BET tem limitações inerentes, mas tem a vantagem de ser simples e fornecer respostas relativas adequadas quando os sólidos são quimicamente semelhantes. Em casos relativamente raros, modelos mais complicados baseados em abordagens termodinâmicas, ou mesmo química quântica, podem ser aplicados para melhorar a consistência dos resultados, mas ao custo de cálculos muito mais complexos que exigem conhecimento avançado e um bom entendimento das questões físico-químicas, e especialmente termodinâmicas, que estão subjacentes à metodologia.

Permeabilidade aos gases

Predefinição:AP A superfície específica de permeabilidade ao ar que determinada substância oferece depende da relação entre a área de superfície específica e a resistência ao fluxo de ar através de um leito poroso de material em pó. O método é simples e rápido e produz resultados que geralmente apresentam uma boa correlação com a reatividade química de um pó. No entanto, este parâmetro fornece poucas indicações sobre grande parte da textura da superfície profunda do material.

Cálculo

A área de superfície específica pode ser simplesmente calculada a partir de uma distribuição de tamanhos de partícula, fazendo algumas suposições sobre a forma da partícula. Este método, no entanto, não leva em conta a superfície associada à textura superficial das partículas.

A superfície específica $S$ (de superfície) é determinado com uma medição de superfície, podendo ser expressa em função da massa ou do volume. As seguintes equações estabelecem as relações básicas em cada um dos casos:

Em função da massa

A superfície específica é calculada em função da massa pela seguinte expressão:

$S_m=\frac{A}{m}$

onde $A$ é a área da superfície interna e externa total (em m²); $m$ é a massa (em kg de material); e $S_m$ é a superfície específica (unidade $\frac{m^2}{kg}$).

Em função do volume

A superfície específica é calculada em função do volume pela seguinte expressão:

$S_V=\frac{A}{V}$

onde $A$ é a área da superfície interna e externa total (em m²); $V$ é o volume (em m³ de material); e $S_V$ é a superfície específica (unidade $\frac{m^2}{m^3}=\frac{1}{m}$).

A esfera é o sólido que tem a menor área de superfície específica (para um determinado volume):

$S_{V_e}=6/d$

onde $d$ é o diâmetro da esfera.

Materiais com alta superfície específica (seleção)

Superfície específica típica (m2/g)	Material	Aplicação
7140	Estruturas organo-metálicas	absorção de gases
900	Faujasite	catalizador
500 - 3000	Carvão ativado	absorção de gases e solutos
200	Alumina	suporte catalítico

Ver também

• Razão superfície-volume