Adsorción

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Adsorción, onde hai partícules d'adsorbato y una superficie adsorbente.

La adsorción ye un proceso pol cual átomos, iones o molécules de gases, líquidos o sólidos disueltos son atrapaos o reteníos nuna superficie,[1][2] en contraposición a l'absorción, que ye un fenómenu de volume. Esto ye, la adsorción ye un procesu nel cual, por casu, un contaminante soluble (adsorbato) ye esaniciáu de l'agua por aciu el contautu con una superficie sólida (adsorbente).[2] El procesu inversu a la adsorción conozse como desorción.

Definición de la IUPAC

Medría na concentración d'una sustanza na interfaz d'un entestáu y una capa líquida o gaseosa por cuenta de la operación de les fuercies de superficie.

Nota 1: La adsorción de proteínes ye de gran importancia cuando un material ta en contautu con sangre o fluyíos corporales. Nel casu de sangre, albúmina, que ye llargamente predominante, ye xeneralmente primeru adsorbida, y entós el reordenamientu asocede en favor d'otres proteínes menores acorde a l'afinidá de la superficie frente a la seleición de la llei de mases (efeutu Vroman).

Nota 2: Les molécules adsorbidas son aquelles que son resistentes a la llavadura col mesmu mediu disolvente nel casu d'adsorción de soluciones. Les condiciones de llavadura pueden asina modificar les resultaos de midida, particularmente cuando la enerxía d'interacción ye baxa.[3]

En química, la adsorción d'una sustanza ye l'acumuladura d'una sustanza nuna determinada superficie interfacial ente dos fases. La resultancia ye la formación d'una película líquida o gaseosa na superficie d'un cuerpu sólidu o líquidu.

Considérese una superficie llimpia espuesta a una atmósfera gaseosa. Nel interior del material, tolos enllaces químicos (yá sían iónicos, covalentes o metálicos) de los átomos constituyentes tán satisfechos. Sicasí, por definición la superficie representa una discontinuidá d'esos enllaces. Pa esos enllaces incompletos, ye energéticamente favorable'l reaccionar colo que s'atope disponible, y pollo produzse de forma bonal.

La naturaleza esacta del enllaz depende de les particularidaes de los especímenes implicaos, pero'l material adsorbido xeneralmente clasifícase como fisisorbido o quimisorbido.

La cantidá de material que s'atropa dependi del equilibriu dinámicu que s'algamar ente la tasa a la cual el material se adsorbe a la superficie y la tasa a la cual se evapora, y que de normal dependen de forma importante de la temperatura. Cuanto mayor seya la tasa d'adsorción y menor la de desorción, mayor va ser la fracción de la superficie disponible que va quedar cubierta por material adsorbido nel equilibriu.

El carbón activo ye utilizáu como adsorbente.

Pa estos procesos, resulten interesantes los materiales con una gran superficie interna, (y polo tanto pocu volume) yá seya en polvu o granosos, como'l carbón activo, y lleven acomuñaos otros fenómenos de tresporte de material, como'l macro tresporte y micro tresporte de los reactivos.

La adsorción por carbón activáu ye una teunoloxía bien desenvuelta capaz d'esaniciar conducentemente una amplia gama de compuestos tóxicos, produciendo un efluente de bien alta calidá.

Tipos d'adsorción[editar | editar la fonte]

Los tipos d'adsorción según l'atracción ente soluto y adsorbente son:[4]

  • Adsorción por intercambiu: Asocede cuando los iones de la sustanza concentrar nuna superficie como resultáu de l'atracción electrostática nos llugares cargaos de la superficie (p. ex. nes cercaníes d'un electrodu cargáu).
  • Adsorción física o fisisorción: Deber a les fuercies de Van der Waals, y la molécula adsorbida nun ta fixa nun llugar específicu de la superficie; por ello ye llibre de treslladase na interfase.
  • Adsorción química o quimiosorción: Asocede cuando'l adsorbato forma enllaces fuertes nos centros activos del adsorbente.

Fisisorción[editar | editar la fonte]

La fisisorción ye la forma más simple d'adsorción, y débese a débiles fuercies curioses, xeneralmente fuercies de Van der Waals (vease fuercies dispersivas). Puesto que estes fuercies son omnipresentes, resulta que cualquier superficie llimpia espuesta al ambiente rápido atropa una capa de material fisisorbido.

Quimisorción[editar | editar la fonte]

La quimisorción asocede cuando se forma un enllaz químicu, definíu nesti casu como un intercambiu d'electrones. El grau d'intercambiu y lo simétrico que seya dependen de los materiales arreyaos. De cutiu hai un paralelismu coles situaciones atopaes en química de coordinación. La quimisorción ye particularmente importante na catálisis heteroxénea -la forma más común na industria-, onde un catalizador sólidu interacciona con un fluxu gaseoso, el reactivu o los reactivos, no que se denomina reacción en llechu fluyíu. La adsorción del reactivu na superficie del catalizador crea un enllaz químicu, alteriando la densidá electrónica alredor de la molécula reactivu y dexando reacciones que de normal non se produciríen n'otres circunstancies. Nun hai que confundir quimisorción con ataque superficial; l'escomiu nun ye una quimisorción pero sí un ataque superficial.

Termodinámica de la adsorción[editar | editar la fonte]

La adsorción ye'l procesu por aciu el cual un sólidu porosu (a nivel microscópicu) ye capaz de retener partícules d'un fluyíu na so superficie n'entrando en contautu con este.[5]

El adsorbente dispon de nanoporos, lo que se conoz como centros activos, nos que les fuercies d'enllaz ente los átomos nun tán enchíes. Estos centros activos almiten que s'instalen molécules de naturaleza distinta a la suya, procedentes d'un gas en contautu cola so superficie. La adsorción ye un procesu exotérmico y produzse por tantu de manera bonal si'l adsorbente nun s'atopa enchíu.[5]

L'aplicación más importante de la termodinámica de la adsorción ye la de calcular los equilibrios de fase ente un sólidu adsorbente y un amiestu gaseoso. Nesti desarrollu, por simplicidá, solo vamos tomar en consideración gases puros (monocomponentes).[5]

La base de too esti cálculu son les isotermas d'adsorción, que dan la cantidá de gas adsorbido nos nanoporos como una función de la presión esterna (del gas). La termodinámica solo puede aplicase a les isotermas d'adsorción nel equilibriu. Esto significa que se debe poder llegar a cualquier puntu de la curva alzando o menguando la presión; n'otres pallabres, les curves d'adsorción y desorción tienen que coincidir. Esto asocede solu si nun esiste histéresis. La histéresis nun se da en poros menores de 2 nm, sicasí, reparar en poros lo suficientemente grandes como por qu'en el so interior entiéstese gas pa formar líquidu.[5]

La isoterma d'adsorción pa un gas puro ye la rellación ente la cantidá adsorbida específica n (moles de gas per kilogramu de sólidu) y P, la presión esterior de la fase gaseosa. La mayor parte d'isotermas pueden afaese por aciu una ecuación del virial modificada:

onde K ye la constante de Henry (el valor de la isoterma d'adsorción dn/dP cuando la presión tiende a cero), m la capacidá de saturación del mediu sólidu (mol kg-1) y Ci son los coeficientes del virial. De normal tres coeficientes basten p'afaer la curva a los datos esperimentales.[5]


Nótese que les isotermas han de llograse a partir de la interpolación de datos esperimentales, anque esisten tamién modelos moleculares, al marxe de la termodinámica, de los que pueden llograse teóricamente les propiedaes del sistema. La interpolación de les isotermas d'adsorción respectu de la temperatura basar na ecuación

onde ye la entalpía d'adsorción diferencial, negativa porque la adsorción ye un procesu exotérmico, como yá comentemos. El valor absolutu de denominar calor isostérico.[5]

De normal la entalpía diferencial calcular a partir de la ecuación (2) faciendo usu de dos o más isotermas d'adsorción. El gran potencial desempeña un papel fundamental na termodinámica de la adsorción. Defínese como

onde F ye la enerxía llibre de Helmholtz. Les variables independientes son temperatura, volume y potencial químicu.[5]

Pa adsorción nun gas puro, el gran potencial llograr a partir de la integración d'una isoterma:

Ω espresar en J kg-1 d'adsorbente sólidu. El significáu físicu del gran potencial ye la variación d'enerxía llibre acomuñada a la inmersión isotérmica del adsorbente 'virxe' nel volume del gas.[5]

La entalpía d'inmersión H ye la integral de la entalpía diferencial:[5]

Al igual que Ω, tien unidaes de J kg-1.

Una vegada llograes la enerxía d'inmersión (Ω) y la entalpía d'inmersión (H), la entropía d'inmersión ye:

A partir d'estes ecuaciones puede faese tol analís termodinámicu nun sistema formáu por un adsorbente y un gas. Nun tenemos de dexar de tener en cuenta que la determinación de la ecuación (1), d'onde derivemos toles demás, facer a partir de midíes esperimentales.[5]

Aplicaciones[editar | editar la fonte]

=== Extracción de mugor Uno de les aplicaciones más conocíes de la adsorción nel mundu industrial, ye la estracción de mugor del aire estruyíu. Consíguese faciendo pasar l'aire estruyíu al traviés d'un llechu d'alúmina activa o otros materiales con efeutu d'adsorción a la molécula d'agua. La saturación del llechu consíguese sometiendo a presión el gas o aire, asina la molécula d'agua ye adsorbida pola molécula del llechu, hasta la so saturación. La rexeneración del llechu, consíguese soltando al esterior esti aire estruyíu y faciendo pasar una corriente d'aire presecado al traviés del llechu.

Lo habitual ye atopar secadores d'adsorción en forma de dos columnes y mientres una adsorbe, la otra ye refecha pol mesmu aire secu de la columna anterior. Esti sistema conozse como pressure swing adsorbtion o PSA y conocíu tamién como cambéu de presión per vaivén.

Xeneración de nitróxenu[editar | editar la fonte]

La otra aplicación más estendida ye'l llogru de nitróxenu, faciendo pasar un caudal d'aire estruyíu pol llechu adsorbente, compuestu por carbón molecular, especialmente manufacturado pa esi propósitu.

Usa'l mesmu sistema yá mentáu de pressure swing, de los secadores d'adsorción. Una cámara enllena de carbón ye sometida a presión con aire estruyíu, la molécula d'osíxenu, ye retenida pol nanoporo del carbón, ente que la molécula de nitróxenu, de más tamañu, nun consigue entrar nel nanoporo del adsorbente. Consíguese asina disponer de gran cantidá de nitróxenu dempués del llechu adsorbente y l'osíxenu queda reteníu. Na segunda parte del ciclu, cola despresurización, l'osíxenu lliberar del nanoporo y se evacua a l'atmósfera.

Los xeneradores de nitróxenu usen esti sistema y les sos aplicaciones xeneralizáronse na industria, n'usos como la inertización de depósitos, d'envases de productos alimenticios o farmacéuticos y en llaboratorios, onde s'usa'l nitróxenu como gas portador o inertización de cámares.

Otros usos[editar | editar la fonte]

Otres aplicaciones nes que s'emplega esti procesu d'adsorción como separación son: purificación d'agua,[1] tratamientu d'agües residuales, quitar golores, sabores o colores ensin deseyar por casu n'aceites, xarabes d'azucre o na deshumidificación de gasolines.

Ver tamién[editar | editar la fonte]

Referencies[editar | editar la fonte]

  1. 1,0 1,1 «Glossary» (inglés). The Brownfields and Land Revitalization Technology Support Center. Consultáu'l 8 de xineru de 2017.
  2. 2,0 2,1 «absorption (chemistry)» (inglés). Memidex (WordNet) Dictionary/Thesaurus. Consultáu'l 8 de xineru de 2017.
  3. «Glossary of atmospheric chemistry terms (Recommendations 1990)» (n'inglés). Pure and Applied Chemistry 62:  p. 2167. doi:10.1351/goldbook.A00155. ISBN 0-9678550-9-8. http://goldbook.iupac.org/A00155.html. 
  4. Ferrari, L.. «Interaction of cement model systems with superplasticizers investigated by atomic force microscopy, zeta potential, and adsorption measurements» (n'inglés). Journal of Colloid and Interface Science 347 (1):  pp. 15–24. doi:10.1016/j.jcis.2010.03.005. ISSN 0021-9797. PMID 20356605. 
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 5,9 Myers, Alan L. (2004). «Thermodynamics of Adsorption», en T.M. Letcher: Chemical Thermodynamics for Industry (n'inglés).

Bibliografía adicional[editar | editar la fonte]

  • Narayan, R. L.. «Hydrogen adsorption states on silica-supported Ru-Ag and Ru-Cu bimetallic catalysts investigated via microcalorimetry» (n'inglés). Thermochimica Acta 312 (1–2):  pp. 105–114. doi:10.1016/S0040-6031(97)00444-9. 
  • Trens, P.. «Poisoning of Pt/C catalysts by CO and its consequences over the kinetics of hydrogen chemisorption» (n'inglés). Applied Catalysis B: Environmental 92 (3–4):  pp. 280–284. doi:10.1016/j.apcatb.2009.08.004. 
  • Uner, D. O.. «The effects of alkali promoters on the dynamics of hydrogen chemisorption and syngas reaction kinetics on Ru/SiO2 catalysts» (n'inglés). Studies in Surface Science and Catalysis. Studies in Surface Science and Catalysis 109:  p. 315–324. doi:10.1016/S0167-2991(97)80418-1. ISBN 9780444826091. 
  • Uner, D. O.. «A sensible mechanism of alkali promotion in Fischer Tropsch synthesis:Adsorbate mobilities» (n'inglés). Industrial and Engineering Chemistry Research 37 (6):  pp. 2239–2245. doi:10.1021/ie970696d. 
  • VanderWiel, D. P.. «A Kinetic Study of the Adsorption and Reaction of Hydrogen on Silica-Supported Ruthenium and Silver-Ruthenium Bimetallic Catalysts during the Hydrogenation of Carbon Monoxide» (n'inglés). Journal of Catalysis 188 (1):  pp. 186–202. doi:10.1006/jcat.1999.2646. 
  • Zupanc, C.. «The Interaction of Hydrogen with Ru/MgO Catalysts» (n'inglés). Journal of Catalysis 209 (2):  pp. 501–514. doi:10.1006/jcat.2002.3647. 

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]



Adsorción