LA ADSORCION COMO MECANISMO DE ACCION DE INHIBIDORES
johnnyachong25 de Junio de 2012
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NOTA TÉCNICA
LA ADSORCION COMO MECANISMO DE ACCION DE INHIBIDORES
Los inhibidores de corrosión (filmógenos) y de incrustaciones funcionan sobre el principio de
adsorción. En esta nota revisamos este principio aplicado a la funcionalidad de los citados dos tipos de
inhibidores.
Adsorción o Absorción
Mientras que la adsorción es un fenómeno de superficie: adhesión de moléculas de líquidos, gases y
sustancias disueltas a la superficie de sólidos, la absorción es un fenómeno de profundidad: las moléculas
entran al seno del líquido absorbente.
El carbón activado, debido a su gran área superficial (superficie específica) (m2/g) y su naturaleza
porosa es capaz de adsorber grandes volúmenes de gas. Su selectividad hace que sea efectivo, por ejemplo
para máscaras de seguridad porque deja pasar aire y retiene vapores de hidrocarburos.
La adsorción ocurre también en solución, muchas partículas coloidales pueden, en solución, quedar
adsorbidas a un sólido en lugar del solvente.
El carbón activado puede retener colorantes de soluciones sin retener solvente.
Adsorción Física o Química
La adsorción es la capacidad de una sustancia sólida (adsorbente) para atraer a su superficie
molecular de un gas o solución (adsorbato) con el cual esta en contacto.
Existe una adsorción física o fisisorción que depende de fuerzas de Van Der Waals electrostáticas
de atracción entre moléculas de adsorbente y adsorbato que pueden visualizarse como condensación.
Existe también una adsorción química o quimisorción que depende de fuerzas de enlace químicas
especificas para cada sistema y de la formación de uniones que pueden requerir una energía de activación.
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El fenómeno de absorción comenzó a estudiarse a fines del siglo 18 (Scheele, 1773). La teoría de la
adsorción forma parte de una teoría más general como es la de los sistemas heterogéneos
multicomponentes cuyos fundamentos se deben a W. Gibbs (1876).
Las moléculas que migran a la interfase L-S son atraidas a la superficie reduciéndose la tensión
superficial. Las sustancias cuya tensión superficial es notablemente disminuida por absorción son
surfactantes. Gran parte de los inhibidores que describimos son surfactantes.
La fisisorción y la quimisorcion se diferencian en el método de interacción entre moléculas
adsobato – adsorbente. Debido a que la adsorción es usualmente causada por fuerzas físicas y quimicas no
existe una línea estricta de división entre fisio y quimi sorcion.
La adsorcion física es fácilmente revertida por ser una atracción fisica. La quimisorcion es el
resultado de compartir electrones entre adsorbato y el sólido una unión química, es difícil de revertir y se
requiere para ello una significativa cantidad de energia.
La fisisorción tiene lugar en condiciones favorables de presion y temperatura. La quimisorción es
mas especifica y requiere que las especies previamente adsorbidas al sólido sean removidas.
La fisisorción es un fenómeno multicapa y la quimisorción es monocapa.
Las moléculas adsorbidas por fisirción pueden ser removidas por vacío a la misma temperatura de
la adsorcion.
La fisisorcion tiende a ocurrir solamente a temperatura cercana o por debajo del PEb del absorbente.
La quimisorción usualmente ocurre a temperaturas siempre por encima del PEb del adsorbente.
Mecanismos de Adsorción en Inhibidores de Corrosión Filmógenos.
La adsorción de inhibidores de corrosión puede prevenir las reacciones anódicas, catódicas o ambas
responsables de la pila que origina corrosión. Esta adsorción puede ser física, química o ambas. El efecto
final es la formación de una barrera de difusión a los agentes corrosivos y/o en bloqueo de los sitios
anódicos y/o catódicos.
La fisisorcion (atracción electrostática químico-metal) retarda las reacciones anódicas (Fe° - 2e ->
Fe2) y las catódicas (liberación de hidrogeno – depolarizacion). La quimiosorcion es responsable de
despolarizar los agentes corrosivos y las moléculas de agua adsorbidas al metal.
Los compuestos que contienen en su estructura nitrógeno, azufre o ambos son buenos químicos
como inhibidores de corrosión. Por ejemplo:
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CH3
Dodecil bencil
N+ dimetil amonio
cloruro
CH3 CH2 (CH2)10 CH3
Cuerpo hidrofóbico (rechaza la molécula de agua)
Cabeza hidrofílica (se adsorbe al metal o prod. de corrosión)
Los IC filmógenos son, por su naturaleza estructural surfactantes anfifilicos (1949, Griffin).
Cuando los átomos de N y/o S se encuentran formando heterocompuestos su planaridad y pares de
electrones libres son importantes en los fenómenos de quimisorción.
En algunos compuestos como el siguiente:
5-amino-1, 3, 4-thiadiazole-2-thiol inhibidor molecule structure (Aldrich 98%)
El posible mecanismo para la quimisorción puede atribuirse a electrones donativos n del anillo
aromático.
Modelos de isotermas de adsorción (Damaskin – Parsons) permiten calcular que 3 moléculas de
agua pueden ser desplazadas por cada molécula de inhibidor.
Nota: estas conclusiones surgen de proyectar la molécula del qco. calculando su área y comparándola con
la de la molécula del agua.
Este químico se adsorbe en áreas tanto catódicas como anódicas.
La eficiencia de los ICF depende de su naturaleza y el estado de la superficie metálica, la
composición química y la estructura del inhibidor.
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La estabilidad (permanencia) del film inhibidor formado sobre la superficie metálica para proteger
el metal de la corrosión depende de algunas propiedades físico-químicas de la molécula, relacionadas a sus
grupos funcionales, aromaticidad, el posible efecto estérico (espacial), la densidad electrónica de los
átomos donores, el tipo de medio corrosivo y la naturaleza de la interacción entre inhibidor y metal.
Veamos el caso de un químico-el clorotrimazol, una droga de efecto antihongo ensayada como IC
para aluminio en contacto con HCl.
Recientemente, el estudio de relaciones cuantitativas de actividad estructural (qSAR) ha estado
sujeto a alto interés en muchas disciplinas químicas. El más alto orbital molecular ocupado (HOMO), el
más bajo orbital molecular ocupado (LUMO), las cargas en centros reactivos, el momento dipolar y las
conformaciones moleculares se han usado para evaluar la actividad de las estructuras.
La molécula arriba descripta está formada por tres anillos bencénicos de estructura planar con
electrones π delocalizados (aromaticidad), un anillo imidazol conteniendo electrones π delocalizados y dos
átomos de N con pares solitarios de electrones los cuales pueden servir como centros de quimisorcion.
Estos factores favorecen la interacción de imidazol en el metal. Además la molécula grande (MW 344,485)
cubre un buen área metálica.
La adsorción depende principalmente de la carga y naturaleza del metal y sus características
electrónicas, la adsorción del solvente y otras especies iónicas, la temperatura de la reacción de corrosión y
del potencial electrónico en la interface - solución.
La fisisorción se debe a la interacción electrostática inhibidor-metal. La quimisorcion se debe a
fuerzas de interacción absrobato-adsorbente esto es transferencias de cargas o su compartamiento formando
uniones coordinadas. La quimisorcion tiene una energía libre de adsorción y una energía de activación
mayor que la adsorción física, esto la hace usualmente irreversible.
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En la investigación de químicos “verdes” como ICF se encuentran muchas drogas farmacéuticas
importantes como anticonvulsivos, antibacterianos, antidiabéticos y otros. Muchos de ellos (las
sulfadrogas) tienen un gran número de centros de adsorción funcional (grupos: -NH2, -SO2-NH, Nheteroatomos
y anillos aromáticos).
La elección de muchos químicos de muchos químicos se basa en:
1. Moléculas con centros activos en O, N y S.
2. No tóxicos y ambientalmente inocuos
3. Fáciles de manufacturar
Este es el caso del metocarbamol [2 – hidroxil – 3 (2 – metoxifenoxi) – propilaminoformiato de
MW 241, 241g/mol.
Este producto funciona principalmente por fisisorcion en medio H2SO4 (obedece una isoterma de
adsorción de Langmuir).
Mecanismos de Adsorción de las imidazolinas
Las imidazolinas son ICF muy utilizadas en la formulación de químicos. Su eficiencia de adsorción
depende estructuralmente de:
a) La longitud de la cadena hidrofóbica (cola)
b) La constitución de anillo principal
c) La hidrólisis de la estructura.
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