Fenomenos de superficie

1
Fenómenos
de superficie
• Fernando Egea
• Rene Martínez
• Leonardo Figueroa
• Manuel Vega Di Nezio

22
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

33
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

44
A A
AA
Adsorción
Absorción

55
Adsorbente
Adsorbato

66
¿Como ocurre la adsorción?¿Como ocurre la 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.

77
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:

88
Adsorción QuímicaAdsorción Química
• También conocida como Quimiosorcion, se
produce debido a fuerzas intensas como las que
producen enlaces químicos covalentes
• La velocidad de adsorción se relaciona con
la energía de activación para el proceso (es una
reacción química)
• Se produce infrecuentemente a altas
temperaturas
• No es reversible

99
• 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

1010
Factores que influyenFactores que influyen
en la adsorción físicaen la adsorción física
• 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)

1111
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

1212
Adsorbente
Soluto
Q= Masa de soluto adsorbido
Concentración de soluto en solución

1313
• Se Distinguen 5 tipos de isotermas:
- Tipo I o tipo Langmuir
- Tipo II
- Tipo III
- Tipo IV
- Tipo V
Clasificación deClasificación de
isotermasisotermas
• Se ha incluido un sexto tipo en los ultimos años
(isoterma escalonada)

1414
Isoterma tipo IIsoterma 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

1515
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.

1616
Isoterma tipo I o
tipo Langmuir
Isoterma tipo IIIIsoterma tipo III
• Característica de procesos
de adsorción físicos de sólidos
no porosos.
• Interacción adsorbato-
adsorbente es débil.
• No se puede definir un
punto B producto de igual-
dad de constantes de equilibrio
de las capas.

1717
Isoterma tipo IVIsoterma tipo IV
• Se caracteriza por la
presencia de ciclos de histéresis
• A presiones medias comienza
la condensación capilar en
mesoporos
• La rama de desorcion se utiliza
para determinar la
distribución de tamaños los
poros
• Es caracteristica de solidos mesoporosos

1818
Isoterma tipo VIsoterma tipo V
• Esta clase de isoterma se
obtiene cuando las interacciones
entre 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 adsorción
en multicapas de gases nobles
sobre superficies uniformes
• Cada una de las primeras
capas se adsorbe dentro de un
cierto rango de presiones,
hasta un total de 2 o 3 capas.

2020

2121
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.

2222
Para su deducción se parte de tres supuestos:
1) Todos los centros de adsorción de la
superficie son equivalentes
2) 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.

2323
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 capa
eL = Calor de condensación de gas a liquido
V = Volumen de gas adsorbido a la presión P
Vm = Volumen de gas adsorbido por la monocapa
P = Presión de la mezcla
Po = Presión del gas puro
Ecuación lineal BETEcuación lineal BET

2424
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 !

2525
Área superficial totalÁrea superficial total
Stotal = (Vm.N.S) / V SBet = Stotal / a
N = Nº de Avogadro
S = Sección transversal de adsorción del
adsorbente
a = Masa de adsorbente
Stotal = (Vm.N.S) / V SBet = Stotal / a

2626
C >> 1
C << 1
Se ocupan capas
superiores  la primer
capa esta llena.
Adsorción en capas
superiores en competencia
con adsorción en primer
capa.

2727
Rango de aplicación BET
<< 0,05 P/P0
>> 0,35 P/P0
existencia de
heterogeneidades
superficiales
existencia de fenómenos
de condensación capilar

2828
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^2
2 . R . T .N

2929
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

3030
Aplicaciones deAplicaciones de
adsorción físicaadsorción física
• Extracción de humedad de aire comprimido, y
de olores, sabores o colores en aceites, jarabes
de azúcar.
• Deshumidificacion de gasolinas.
• Tratamiento de aguas residuales.
• Principal principio en técnicas de separación
cromatograficas.
• Caracterización de superficies y porosidad de
sólidos, es decir, textura del material.

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