Adsorción
Concepto de recubrimiento
Un concepto útil en las discusiones de isotermas de adsorción
es el de cobertura o recubrimiento.
Consideremos una superficie que ha establecido un equilibrio con un
adsorbato a una presión P menor que la presión
de saturación Po. El número de sitios
libres para que el adsorbato se adsorba nl será
menor que el número total de sitios de donde el adsorbato puede
adsorberse
nt . Designamos como cobertura, (theta),
al cociente:
(theta) = (nt - nl)/nt
Cuando un proceso se lleva a cabo sin que el recubrimiento cambie, se
le llama isostérico.
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 físicamente.
Tipo III
El adsorbato tiene aproximadamente la misma afinidad por el adsorbente
y por sí mismo, o es ligeramente más afín a sí
mismo que al adsorbente, por lo cual es una vez que se ha adsorbido una
molécula ésta actúa también como sitio libre
para que otra molécula se adsorba. Esto conduce a un recubrimiento
desigual, con partes limpias, partes cubiertas con monocapa y partes cubiertas
con multicapa.
Las isotermas tipo III pueden ajustarse bastante bien a la BET.
Tipo IV
En este caso el comportamiento inicial consiste en formar una monocapa,
para luego mostrar comportamiento de formación de multicapas hasta
alcanzar un ?espesor de multicapa? máximo a una presión máxima
Po. Este comportamiento se justifica postulando un adsorbente
rugoso en el cual la monocapa inicial deja muchos huecos, que terminan
por saturarse de adsorbato al alcanzar la presión Po
(condensación capilar).
Tipo V
En este caso el comportamiento inicial consiste en formar una multicapa
hasta alcanzar un "espesor de multicapa" máximo. Este comportamiento
se justifica postulando un adsorbente rugoso, como en el caso IV, y un
adsorbato que interactúa débilmente con el adsorbente.
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Ultima actualización de esta página: 22 de septiembre
de 1999
Encargado de la página: Dr. Víctor Manuel Rosas García.
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Facultad de Ciencias Químicas
Universidad Autónoma de Nuevo León
San Nicolás de los Garza, NL, México.