As peneiras moleculares são sólidos com porosidade muito estreita e uniforme, que separam as misturas gasosas formadas por moléculas de diferentes tamanhos.
As peneiras moleculares é um material, geralmente um mineral de silicato de zeólita, que pode absorver grandes quantidades de certos compostos enquanto não absorve outros e, portanto, é adequado para uso na separação de misturas
O que é uma peneira molecular?
Uma peneira molecular é usada para secar ou absorver gases e líquidos.
As peneiras moleculares são feitas de materiais porosos, geralmente um composto de aluminossilicato chamado zeólito, e são usadas para separar substâncias em nível molecular.
Utilizadas principalmente como dessecante ou agente de secagem, essas peneiras também são frequentemente usadas na indústria do petróleo para purificar gases.
Assim como uma peneira pode ser usada para separar rochas da areia, uma peneira molecular separa moléculas maiores das menores. Por exemplo, as moléculas de água têm um raio molecular de 0,193 nm, enquanto uma molécula de acetona possui um raio de 0,308 nm.
Despejar uma solução de acetona em uma peneira molecular resultaria na passagem de moléculas menores de água através da peneira enquanto as moléculas maiores de acetona permanecessem, secando o álcool.
Quando duas moléculas são do mesmo tamanho, as peneiras moleculares também podem separar moléculas com base na polaridade das moléculas.
As moléculas mais polares serão absorvidas como se fossem as moléculas menores.
Ao contrário das peneiras que separam as rochas da areia, as peneiras moleculares não permitem que as moléculas menores passem através delas. Em vez disso, essas moléculas são absorvidas pela peneira.
Os espaços vazios na estrutura das peneiras, os poros, retêm essas moléculas menores, de modo que a eficácia de uma peneira depende não apenas do tamanho dos poros, mas também de quanto espaço vazio está disponível dentro da estrutura da peneira.
As peneiras moleculares podem absorver cerca de 24% do seu peso. Uma vez que a água é absorvida pelos orifícios porosos e os materiais secos ou purificados recuperados, a água pode ser removida de diferentes maneiras.
Como o calor não altera a estrutura molecular de uma peneira, a água é frequentemente removida aquecendo a peneira a 250 °C por 48 horas por duas horas e depois permitindo que ela esfrie com o mínimo contato com o ar úmido.
De estrutura cristalina, o material poroso em uma peneira molecular possui tamanhos de poros completamente uniformes. Esses tamanhos, no entanto, diferem dependendo do tipo de peneira.
Existem vários tipos, incluindo peneiras moleculares de vidro isoladas, tipos 3A a 5A e tipo 13X.
As peneiras moleculares de vidro isolado são usadas especificamente para fabricar vidro isolado. Eles impedem que a água se acumule dentro da superfície do copo.
As peneiras 3A e 4A são agentes secantes universais. 3As são usadas principalmente para secar ou desidratar hidrocarbonetos. Esse é o tipo de peneira que seria usada para secar a acetona no exemplo anterior.
As peneiras 4A são usadas em sistemas fechados, como componentes elétricos e embalagens de medicamentos, para garantir a secura.
As peneiras 5A são usadas para remover sulfetos de hidrogênio indesejados, um gás extremamente venenoso e dióxido de carbono dos gases naturais. Estes são frequentemente utilizados pela indústria do petróleo.
As peneiras 13X são usadas apenas comercialmente para secar gases.
Tipo
As peneiras moleculares são materiais sintéticos de zeólita projetados com poros de tamanho e estrutura precisos e uniformes.
Isso permite que eles absorvem preferencialmente gases e líquidos com base no tamanho molecular e na polaridade. Os zeólitos são sólidos cristalinos altamente porosos e naturalmente existentes, pertencentes à classe de produtos químicos conhecidos como aluminossilicatos.
Existem quatro tipos principais de peneiras moleculares: 3A, 4A, 5A e 13X. O tipo depende da fórmula química da molécula e determina o tamanho dos poros da peneira molecular.
Uma peneira molecular funciona adsorvendo moléculas de gás ou líquido menores que o diâmetro efetivo de seus poros, excluindo as moléculas maiores que as aberturas.
Um exemplo prático da função das peneiras moleculares é secar o etanol.
Devido ao azeótropo formado quando é misturado com água, a destilação normal de etanol só pode atingir uma pureza de 96% de etanol – os 4% restantes sendo água.
Para que o etanol seja considerado combustível, deve ser superior a 99% desidratado. Para atingir esse nível de pureza, uma peneira molecular 3A, projetada especificamente com 3 poros do tamanho de Angstrom, é usada para adsorver as moléculas de água, enquanto as moléculas maiores de etanol são excluídas. Como não há competição pela adsorção, esse processo desidrata facilmente o etanol até o nível de pureza desejado, para que possa ser considerado como combustível.
O tamanho dos poros das peneiras moleculares Tipo A e Tipo X é controlado de perto durante o processo de fabricação. Os íons sódio, cálcio e potássio podem ser trocados entre si na molécula para regular o tamanho da abertura dos poros. Isso permite a adsorção preferencial de moléculas de gás e líquido.
Para ter uma ideia de como isso funciona, tente imaginar uma garagem: a altura do seu veículo é 7′, mas o teto da garagem é de apenas 6′ 8”. Por mais que você tente, você não vai colocar seu veículo na garagem.
O mesmo princípio se aplica à adsorção de moléculas nos poros de uma peneira molecular. Isso permite que cientistas e engenheiros projetem sistemas que possam separar produtos químicos em nível molecular.
Muitas pessoas não percebem todas as aplicações de peneiras moleculares que ajudam a melhorar nossa vida cotidiana. Quase todos os produtos imagináveis foram tocados por peneiras moleculares de alguma maneira.
Desde a produção de aço, janelas de vidro isoladas, etanol combustível e oxigênio para aparelhos respiratórios, até os núcleos dos filtros de ar condicionado em nossos carros, as peneiras moleculares fazem parte de nossas vidas todos os dias.
Resumo
Uma peneira molecular é um material com poros (orifícios muito pequenos) de tamanho uniforme.
Esses diâmetros de poros são semelhantes em tamanho a moléculas pequenas e, portanto, moléculas grandes não podem entrar ou ser adsorvidas, enquanto moléculas menores podem.
Como uma mistura de moléculas migra através do leito estacionário de substância porosa, semi-sólida, denominada peneira (ou matriz), os componentes de maior peso molecular (que não conseguem passar pelos poros moleculares) deixam o leito primeiro, seguido por moléculas sucessivamente menores.
Algumas peneiras moleculares são usadas na cromatografia, uma técnica de separação que classifica as moléculas com base em seu tamanho. Outras peneiras moleculares são usadas como dessecantes (alguns exemplos incluem carvão ativado e sílica gel).
O diâmetro de uma peneira molecular é medido em ångströms (Å) ou nanômetros (nm).
De acordo com a notação União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), materiais microporosos têm diâmetros de poro inferiores a 2 nm (20 Å) e materiais macroporosos possuem diâmetros de poros superiores a 50 nm (500 Å); a categoria mesoporosa fica assim no meio com diâmetros de poros entre 2 e 50 nm (20–500 Å).
Uma peneira molecular pode separar moléculas de água de moléculas de tamanho maior
Fonte: Editores Portal São Francisco
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