Adsorcion

1) Introducción

Algunos sólidos tienen propiedad de fijar moléculas en su superficie (adsorción) y ésta propiedad se hace más marcada en el caso delas sustancias porosas finamente divididas. A veces la adsorción es de naturaleza física y está asociada a una interacción entre dipolos o dipolos inducidos, pero otras veces se debe a enlaces químicos, tal es el caso de la adsorción de oxígeno sobre carbón vegetal.

Con frecuencia la absorción es completamente específica, por lo que un soluto puede ser adsorbido selectivamente de una solución de varios de ellos. La mayoría de las sustancias muestran preferencia por la adsorción de iones y adsorben sólo débilmente los no electrolitos. El carbón vegetal es el último material común que muestra poca discriminación respecto de la carga eléctrica del adsorbato; es más, como regla general, adsorbe no electrolitos más fuertemente que no electrolitos.

En muchos casos es posible relacionar la cantidad de adsorbato con la concentración de equilibrio c, empleando la ecuación empírica de Freundlich, o isoterma clásica de adsorción:

x

k �cn (1)

m

donde x es la masa de adsorbato, m la masas de adsorbente y k y n constantes.

Una de las hipótesis más útiles en adsorción, es la de Langmuir, que postuló que en la adsorción donde predominan las fuerzas de tipo químico, se forman capas monomoleculares del adsorbato sobre el sustrato adsorbente. Si s es el número de moléculas que chocan con la superficie por unidad de área y de tiempo, ? la fracción de superficie del adsorbente ocupada por el adsorbato m la fracción de moléculas, incidentes, en superficie libre, que quedan retenidas por la superficie (velocidad de adsorción con ? = 0); se ve que la velocidad de adsorción será:

VA m �s �1-?

Asimismo la velocidad de desadsorción será:

VD r �?

Donde r es la velocidad de desadsorción de una superficie totalmente cubierta ( ? = 1). En el equilibrio ambas velocidades son iguales:

F

? �r m �s �1-?(2)

m �s (m

�s

de donde: ? r

r m �s1m

�s (3)

r

Dado que s es proporcional a la concentración de c y m

es una constante, puede ponerse:

r

0ab C

K �C

?  (4)

1 + K � C

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FÍSICO QUÍMICA

Facultad de Ingeniería Laboratorio

donde K engloba a las otras constantes (3) y (4) son formas de la ecuación de Laugmuir.

La figura es la representación gráfica de la (4).

Existe un rango de concentraciones entre a y b aproximadamente donde la (4) puede poner en forma aproximada:

? K �ch (5)

donde h es una constante entre 0 y 1. Puede verse que, dado que ? es proporcional a

, la expresión (5) toma la forma de la ecuación de Freundlich.

m

2)

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