Fenomenos de superficie

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Fenómenosde superficie

• Fernando Egea

• Rene Martínez

• Leonardo Figueroa

• Manuel Vega Di Nezio

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AbsorciónAbsorción

Es la entrada de las moléculas de una sustancia al interior de otra sustancia

Ejemplo: La esponja al absorber agua

Vega Di Nezio-Egea-Martínez-Figueroa.Termodinamica 2013

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AdsorciónAdsorción

La Adsorción es la acumulación de una substancia en una fase líquida o gaseosa sobre la superficie de un sólido

El material que adsorbe es el adsorbente y la sustancia que se adsorbe es el adsorbato


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A A

AA

Adsorción

Absorción


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Adsorbente

Adsorbato


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¿Como ocurre la ¿Como ocurre la adsorción?adsorción?El adsorbente contiene centros activos. Estos centros activos permiten que se instalen moléculas de naturaleza distinta a la suya, como moléculas de gases por contacto con su superficie. La adsorción es un proceso exotérmico y se produce espontáneamente si el adsorbente no se encuentra saturado. Vega Di Nezio-Egea-Martínez-Figueroa.Termodinamica 2013

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Tipos de adsorciónTipos de adsorción

• Adsorción química (por interacciones químicas entre el adsorbato y el adsorbente) • Adsorción por intercambio (por atracción electrostática entre el adsorbato y lugares cargados del adsorbente)• Adsorción física (por interacciones de Van Der Waals)

Hay 3 tipos de adsorción y se clasifican de acuerdo a la interacción entre el adsorbato y el adsorbente:


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Adsorción QuímicaAdsorción Química• También conocida como Quimiosorcion, seproduce debido a fuerzas intensas como las queproducen enlaces químicos covalentes• La velocidad de adsorción se relaciona conla energía de activación para el proceso (es unareacción química)• Se produce infrecuentemente a altastemperaturas• No es reversible


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• Se produce debido a fuerzas de Van del Waals •La molécula adsorbida no está fija en un lugar específico de la superficie, sino que se traslada dentro de la interfase por diferentes sitios activos. • Predomina a temperaturas bajas y es reversible• Se caracteriza por calores de adsorción bajos y son aproximadamente del mismo orden de magnitud que los calores de condensación.

Adsorción FísicaAdsorción Física


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Factores que Factores que influyeninfluyenen la adsorción en la adsorción físicafísica

• Naturaleza del adsorbente (cantidad de sitios activos, etc.) • Ph de la solución (afecta a las características de las superficies y las interacciones entre la superficie y el adsorbato)• Temperatura (aumenta el grado de adsorción al disminuir la temperatura)


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Isoterma de adsorciónIsoterma de adsorción

• Es la relación general entre la cantidad de gas adsorbido por un sólido en función de la presión a temperatura constante.

• Su forma puede proporcionar información de procesos que se dan en la interfase sólido-adsorbato


1212Adsorbente

Soluto

Q= Masa de soluto adsorbido

Concentración de soluto en solución


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• Se Distinguen 5 tipos de isotermas:

- Tipo I o tipo Langmuir- Tipo II- Tipo III- Tipo IV- Tipo V

Clasificación de Clasificación de isotermasisotermas

• Se ha incluido un sexto tipo en los ultimos años(isoterma escalonada)


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Isoterma tipo I Isoterma tipo I o tipo Langmuiro tipo Langmuir

• Aumento rápido del contenido de gas a baja presión. • Saturación horizontal.• Adsorción en monocapa.• Característica de materiales microporosos• La mayoria de los procesos de quimio sorción toman esta forma


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Isoterma tipo IIIsoterma tipo II• Adsorción física mono-multicapa.• Si curva inicial es pronunciada (punto B) se asume formación completa de la monocapa e inicio de multicapas.• Total reversibilidad en isoterma de adsorción-desorción.


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Isoterma tipo I o tipo LangmuirIsoterma tipo IIIIsoterma tipo III

• Característica de procesosde adsorción físicos de sólidosno porosos.• Interacción adsorbato-adsorbente es débil.• No se puede definir unpunto B producto de igual-dad de constantes de equilibrio de las capas.


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Isoterma tipo IVIsoterma tipo IV• Se caracteriza por la presencia de ciclos de histéresis• A presiones medias comienza la condensación capilar enmesoporos• La rama de desorcion se utilizapara determinar la distribución de tamaños los poros• Es caracteristica de solidos mesoporosos


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Isoterma tipo VIsoterma tipo V• Esta clase de isoterma se obtiene cuando las interaccionesentre el absorbato y el absorbente son debiles.• La presencia del lazo de histéresis esta asociado con el mecanismo de llenado y vaciado de los poros.


1919

Isoterma tipo VIIsoterma tipo VI

• Caracteristico de la adsorciónen multicapas de gases noblessobre superficies uniformes• Cada una de las primerascapas se adsorbe dentro de uncierto rango de presiones,hasta un total de 2 o 3 capas.


2020Vega Di Nezio-Egea-Martínez-Figueroa.Termodinamica 2013

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Isotermas BETIsotermas BETIsotermas BET

Es la isoterma más usada para analizar la adsorción en multicapas y para la determinación del área específica superficial total de un adsorbente.

Está basada en la consideración de las fuerzas de atracción de Van Der Waals como únicas responsables del proceso de adsorción.


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Para su deducción se parte de tres supuestos:

1) Todos los centros de adsorción de la superficie son equivalentes2) La capacidad de adsorción de un centro no depende del grado de ocupación de los centros vecinos.3) Sobre cada centro pueden adsorberse varias capas de moléculas, siendo el calor de adsorción para todas ellas equivalentes (excepto para la primera) y coincide con el calor latente de condensación.


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P = 1 + (C-1) . P

V (Po - P) Vm.C VmC Po C = A . exp (e1-eL/RT)

e1 = Calor de adsorción para la 1er capaeL = Calor de condensación de gas a liquidoV = Volumen de gas adsorbido a la presión PVm = Volumen de gas adsorbido por la monocapaP = Presión de la mezclaPo = Presión del gas puro

Ecuación lineal BETEcuación lineal BET


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Al representar gráficamente P/V(Po-P)(y) frente a P/Po(x) se obtendrá una línea recta.

1/ Vm.C

(C-1) /Vm.C

Ordenada al origen

Pendiente


¡Se puede despejar Vm y C !

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Área superficial totalÁrea superficial total

Stotal = (Vm.N.S) / V SBet = Stotal / a

N = Nº de AvogadroS = Sección transversal de adsorción del adsorbentea = Masa de adsorbente


Stotal = (Vm.N.S) / V SBet = Stotal / a

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C >> 1

C << 1

Se ocupan capas superiores la primercapa esta llena.

Adsorción en capassuperiores en competenciacon adsorción en primercapa.


2727

Rango de aplicación BET

<< 0,05 P/P0

>> 0,35 P/P0

existencia de heterogeneidadessuperficiales

existencia de fenómenos de condensación capilar


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Ecuación de Harkins y JuraEcuación de Harkins y Jura

In P = B – A/V^2

P = Presión de la mezcla.B = Cte.V = Cantidad de gas absorbido.

A = a . 22,414^2 . S^22 . R . T .N


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Una representación de 1n P frente a 1/V2 permite obtener una recta de cuya pendiente(A) se obtiene la superficie específica, S:

S = A . 2 . R .T . N

22,414^2 . a

2


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Aplicaciones deAplicaciones deadsorción físicaadsorción física

• Extracción de humedad de aire comprimido, yde olores, sabores o colores en aceites, jarabes de azúcar.• Deshumidificacion de gasolinas.• Tratamiento de aguas residuales.• Principal principio en técnicas de separacióncromatograficas.• Caracterización de superficies y porosidad desólidos, es decir, textura del material.


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FinFin

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