Este documento describe dos métodos para medir la superficie específica de suelos y minerales: la adsorción de gas y la absorción de azul de metileno. La adsorción de gas utiliza la teoría BET para determinar el área superficial a partir de la cantidad de gas adsorbido. La absorción de azul de metileno mide la cantidad de tinte catiónico absorbido por las superficies cargadas negativamente. Ambos métodos tienen ventajas y limitaciones. La superficie específica proporciona información valiosa para caracterizar suel

1. OPERACIÓN UNITARIAS 2
SUPERFICIE ESPECÍFICA: DETERMINACIÓN Y RELEVANCIA
RAUL ALAN LOPEZ TORRES
23 DE MARZO DEL 2017

2. SUPERFICIE ESPECÍFICA: DETERMINACIÓN Y RELEVANCIA
Autores: J.C. Santamarina, K.A. Klein, Y.H. Wang, and E. Prencke
J.C. Santamarina: Instituto de Tecnología de Georgia, Atlanta, GA.
K.A. Klein: Universidad de Toronto, Toronto, Canada.
Y.H. Wang: Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, Kowloon, Hong Kong.
E. Prencke: Universidad de Stanford, Palo Alto, CA.
Publicado en el sitio web de la NRC.
El 22 de Febrero del 2002.
Paginas 233-241.

3. ÍNDICE
Introducción --------------------------------------------------------------------------------------------
----4
Superficies Especificas: Técnicas de Medición---------------------------------------------------------
-8
Medición de Adsorción de Gas------------------------------------------------------------------------
---9
Procedimiento------------------------------------------------------------------------------------------
----10
Medición de Absorción de Azul de Metileno----------------------------------------------------------
12
Procedimiento------------------------------------------------------------------------------------------
----13
Problemas de Medición de Adsorción de Gas--------------------------------------------------------
16
Problemas de Medición de Absorción de Azul de Metileno----------------------------------------
17

4. INTRODUCCIÓN
Se busca entender que las fuerzas que rigen el comportamiento de los suelos de
grano grueso son diferentes de las de los suelos de grano fino. Los suelos de
grano grueso son afectados significativamente por su propio peso y las fuerzas
esqueléticas. Mientras que las fuerzas eléctricas y capilares aumenta a medida
que disminuye el tamaño de partícula o conforme la superficie especifica
aumenta.
Las ecuaciones muestran que a medida que aumenta la superficie específica,
aumenta la importancia de las fuerzas a nivel eléctrico y capilar.

5. INTRODUCCIÓN
Pequeñas cantidades de finos pueden tener un efecto en el comportamiento de
los suelos gruesos. Los finos llenan los espacios de poro entre las partículas más
grandes, controlan la permeabilidad del suelo, aumentan la tensión elástica del
umbral y de la degradación de los suelos, etc.
Incluso un porcentaje relativamente pequeño de finos puede proporcionar
resistencia y rigidez significativas al suelo.

6. INTRODUCCIÓN
La Tabla 1 muestra que la superficie
específica está controlada por la
dimensión más pequeña de la partícula.
Es importante mencionar que a medida
que el tamaño de partícula disminuye,
Ss aumenta no sólo debido a la relación
inversa entre la superficie y el tamaño
específicos, sino también porque la
forma de partículas pequeñas tiende a
superficies planas y Geometrías en
forma de varilla.

7. INTRODUCCIÓN
La Tabla 2 resume las características
típicas de las partículas y los valores
superficiales específicos de los
minerales arcillosos comunes.

8. SUPERFICIES ESPECÍFICAS: TÉCNICAS DE MEDICIÓN
Las dos técnicas que utilizaremos para medir la superficie especifica son las
siguientes:
• La adsorción de gas determina el área superficial de la relación entre la presión
aplicada y el volumen de gas forzado en la muestra.
• La absorción de moléculas de solución sobre una superficie sólida, en
particular, tintes tales como azul de metileno.

9. MEDICIONES DE ADSORCIÓN DE GAS
La teoría de adsorción de gases de Brunauer, Emmett y Teller (BET) es la base
para la medición del área superficial en materiales con grandes superficies
específicas. Derivaron una isoterma para la adsorción de capas multimoleculares
de gas sobre un adsorbente sólido.
Las ecuaciones BET representan la forma general de isotermas experimentales
reales, y de estas isotermas se puede calcular el volumen de gas requerido para
formar una capa monomolecular de gas sobre adsorbentes.

10. PROCEDIMIENTO
• Para la medición de este estudio se utiliza el equipo Quantachrome NOVA
1200 Gas Sorption Analyzer.
• Se seleccionó gas nitrógeno como el adsorbato.
• Los datos de adsorción de gas se analizaron mediante un programa
proporcionado por el fabricante.

11. PROCEDIMIENTO
El procedimiento de adsorción de
gas se verificó utilizando muestras
de perlas de vidrio de dos poros con
superficies específicas conocidas.
Los valores del fabricante fueron
38,3 y 153 m2/g. Los valores
superficiales específicos
correspondientes medidos en este
estudio fueron 39,6 y 163 m2/g.

12. MEDICIONES DE ABSORCIÓN DE AZUL DE METILENO
El colorante azul de metileno (MB) se ha utilizado para determinar la superficie de
los minerales arcillosos durante varias décadas. Es un colorante catiónico,
C16H18N3S +, que se absorbe a superficies de arcilla cargadas negativamente.
Es importante resaltar que la técnica se realiza en suspensiones de agua, por lo
tanto los minerales expansivos pueden exponer toda la superficie disponible.

13. PROCEDIMIENTO
Método 1: Norma europea
1. Preparar la solución de azul de metileno mezclando 1,0 g de polvo seco con 200 ml de
agua desionizada
2. Preparar la suspensión del suelo mezclando 10 g de suelo seco en horno con 30 ml de
agua desionizada
3. Añadir la solución de azul de metileno a la suspensión del suelo en incrementos de 0,5 ml
4. Para cada adición de MB, mezcle la suspensión del suelo durante 1 minuto.
5. Si el MB no absorbido forma un halo permanente de color azul claro alrededor de la
praticula, se ha alcanzado el "punto final“.
6. Determinar la superficie específica a partir de la cantidad de MB requerida para alcanzar el
punto final.

14. PROCEDIMIENTO
Método 2: Valoración
1. Mezclar 2,0 g de muestra seca en horno con 200 ml de agua desionizada.
2. Añadir la solución de MB a la suspensión del suelo.
3. Mezclar durante a 2 h, reposar durante la noche para alcanzar el equilibrio de absorción y
permitir el asentamiento de partículas.
4. Eliminar 5 ml del líquido, colocarlo en un tubo de ensayo y centrifugarlo.
5. Medir la concentración remanente de MB en el fluido.
6. Añadir más solución de MB y repetir los pasos anteriores.
7. Graficar

15. PROCEDIMIENTO
Grafica de la cantidad de MB añadida
frente a la cantidad de MB absorbido.
Identificar el punto de sustitución
catiónica completa

16. PROBLEMAS DE MEDICIÓN CON LA ADSORCIÓN DE GAS
La medición de la superficie especifica en adsorción de gas están un poco
erróneos por el tamaño molecular del adsorbato con respecto al tamaño de poros
pequeños y grietas.
También es importante ver que la medida se realiza sobre un espécimen seco y en
materiales como silicatos de capa expansiva, que permanecen fuertemente unidas
en condiciones secas, dan valores bajos de superficie específica.
La temperatura impuesta para secar una muestra puede alterar químicamente
algunos minerales, como disminuir su superficie especifica.

17. PROBLEMAS DE MEDICIÓN ABSORCIÓN DE AZUL DE METILENO
El área cubierta por una molécula de azul de metileno puede variar por sus
dimienciones.
Se ve afectada por el pH y la concentración iónica.
Depende en gran medida de la valencia, el tamaño y la concentración relativa de
iones.
Los errores relacionados con juzgar el punto final pueden causar un error de ±
10%.

18. COMPARACIÓN
La técnica del azul de metileno implica una alta energía de unión (atracción iónica - quimisorción) y
generalmente está limitada a una monocapa.
En el método de absorción de gases, las moléculas de gas son atraídas a la superficie por fuerzas de van der
Waals (fisisorción), y pueden formarse capas múltiples.
En la Tabla 3 se muestra una comparación entre diferentes tipos de minerales en medio seco o húmedo.
En la Tabla 4 Se muestra un esquema de como se da llevan acabo los dos métodos de medición de superficie
especifica.

19. DISCUSIÓN
El comportamiento de ingeniería macroscópica de los minerales de grano fino se
ve fuertemente afectado por distintos factores que son:
• Distribución del tamaño del grano
• Esbeltez
• Porosidad interna
• Límites de Atterberg
• Conducción y difusión

20. CONCLUSIÓN
La superficie específica de un suelo es una valiosa y distinta propiedad de
índices para la caracterización de suelos de grano fino y minerales en partículas.

21. Gracias por su atencion