El fenómeno de adsorción

ADSORCIÓN

La adsorción puede definirse como la tendencia de un componente del sistema a concentrarse en la interfase, donde la composición interfacial es diferente a las composiciones correspondientes al seno de las fases.

Hay una clara diferencia entre el fenómeno de adsorción y el de absorción, en el segundo existe una penetración física de una fase en la otra; sin embargo es factible que ambos sucedan simultáneamente, y en este caso puede ser muy difícil separar los efectos de ambos fenómenos, inclusive un fenómeno puede afectar al otro.

El fenómeno de adsorción es de particular relevancia en la ciencia de los coloides y superficies. El proceso de adsorción de átomos y moléculas en las interfases, es una de las principales formas en que las interfases de alta energía pueden modificarse para disminuir la energía total del sistema.

a) La adsorción puede ocurrir en cualquier tipo de interfase (L-G, S-G, L-S), sin embrago las diferentes características de las interfases sólidas y líquidas hace necesario un análisis particular de cada caso. En los procesos de adsorción hay dos aspectos que deben ser considerados;

1) El efecto de la adsorción sobre la energía interfacial del sistema en el equilibrio (termodinámica)

2) La rapidez del proceso de adsorción (cinética)

Tipos de isoterma de adsorción

Brunauer clasificó las isotermas de adsorción de gases sobre sólidos en cinco tipos: I, II, III, IV y V. Cada una de ellas corresponde a un comportamiento de adsorción bien definido.

Tipo I

El adsorbato cubre al adsorbente, el cual tiene una superficie uniforme, hasta que se forma una monocapa y entonces el proceso se detiene. La gran mayoría de los procesos de quimisorción muestran este tipo de isoterma.

Este tipo de isoterma se ajusta a la isoterma descrita por Langmuir, enunciada en la siguiente ecuación:

(theta) = (KPA/(1 + KPA))

Esta ecuación se basa en las siguientes suposiciones:

• Todos los sitios de adsorción son equivalentes.

• La adsorción no depende del recubrimiento.

• Se alcanza el equilibrio descrito por la siguiente ecuación:

A(g) + M(surf) <===> AM

donde la adsorción procede con una constante de velocidad ka y la desorción procede con una constante de velocidad kd

La isoterma de Langmuir se usa mucho en casos de quimisorción o de adsorción de gases en sólidos no porosos. Esto no significa que haga un buen trabajo en los casos de quimisorción. En un gran número de casos es necesario utilizar isotermas "de Langmuir" modificadas, tales como las propuestas por Freundlich o por Temkin.

Tipo II

El adsorbato cubre al adsorbente hasta que se forma una monocapa y el proceso continúa con adsorción en multicapas. Es un perfil frecuente en procesos de adsorción física en los cuales las interacciones son poco específicas. Para que se produzca este tipo de comportamiento es necesario que la afinidad del adsorbato por el adsorbente sea algo mayor que la afinidad del adsorbato por sí mismo.

Este tipo de isoterma se puede ajustar a la ecuación llamada BET, desarrollada por Brunauer, Emmett y Teller. La forma de la ecuación es como sigue:

P 1 (C-1) P

--------- = ----- + ----- ---

V(Po - P) VmC VmC Po

donde:

Po es la presión de vapor de saturación

Vm es la capacidad de monocapa

C aprox. igual a exp[-((delta)Hads - (delta)Hliq)/RT]

La isoterma BET es una extensión del argumento de Langmuir:

• La primera capa obedece a un calor de adsorción (delta)Hads

• Las capas posteriores a la primera tienen un calor de adsorción igual al calor de licuefacción, (delta)Hliq

La ecuación BET reproduce bastante bien capas adsorbidas

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