El documento trata sobre la adsorción en sólidos. Explica que la adsorción es un proceso en el que una sustancia se concentra en la superficie de otra fase, generalmente un sólido. Describe los principios de la adsorción física y química, y los tipos de isotermas de adsorción, incluyendo las isotermas de Langmuir.

1. Unidad IV: Superficies.
Tema 2: Adsorción en sólidos.
SUBTEMAS
1. Estructura y composición.
2. Principios de la adsorción.
3. Tipos de adsorción.
4. Tipos de adsorventes.

2. Adsorción
La adsorción es un proceso mediante el cual se extrae materia de
una fase y se concentra sobre la superficie de otra fase
(generalmente sólida). Por ello se considera como un fenómeno
superficial. La sustancia que se concentra en la superficie o se
adsorbe se llama "adsorbato" y la fase adsorbente se llama
"adsorbente".
Por contra, la en el cual las
absorción
moléculas o átomos de
es un proceso
una fase interpenetran casi
una
uniformemente en los de otra fase constituyéndose
"solución“ con esta segunda.
El proceso de cambio iónico supone un intercambio de una
sustancia o ión por otra sobre la superficie del sólido.
https://www.youtube.com/watch?v=J8HtY7hNX3M
https://www.youtube.com/watch?v=rNcEAIh9RP8

3. Adsorción
Adsorción en interfases
Sólido – líquido
Sólido - gas
Penetración de un
componente en la
masa del otro
Acumulación de un
componente(líquido
o gaseoso) a nivel de
la interfase de un
sólido

4. Adsorción
En las interfases de un sistema, la concentración de la sustancia (ya sea líquida o gaseosa) en la
superficie es mayor que en el volumen total. Este fenómeno se llama sorción y la sustancia (ya sea
líquida o gaseosa) en la cual se efectúa dicho fenómeno es el sorbente. La sorción abarca varios
fenómenos, entre los más importantes destacan la absorción y la adsorción
La absorción es el proceso en el cual la sustancia es succionada hasta el interior del sorbente y
mantenida en él. Por ejemplo, la disolución de un gas en el volumen de un líquido.
La adsorción es la remoción, por adherencia, de las impurezas (líquidos, gases, materia suspendida,
coloides, moléculas, átomos e iones disueltos) de la sustancia en la superficie (que incluye los
poros o superficie interna) del sorbente (interfase entre las dos fases)
Se llama adsorción al fenómeno de acumulación de partículas sobre una superficie.

5. La sustancia que se adsorbe es el adsorbato y el material sobre el cual lo
hace es el adsorbente. El proceso inverso de la adsorción es la desorción.
Adsorbente: material sólido sobre cuya superficie
se produce la adsorción (metales: Pt, Pd, Ni, óxidos,
gel de sílice, etc.)
Adsorbato: sustancia en el estado adsorbido.
Sustancia que se adsorbe (gases: N2, O2, NH3,
solutos disueltos: colorantes, ácidos, etc)
Adsorbible/adsortivo: sustancia en la fase fluida
https://www.youtube.com/watch?v=telj5Ecc-u8

7. Termodinámica de la adsorción
Se produce un equilibrio entre el adsorbato que
se encuentra en la fase fluida (liq o gas) con la
superficie.
Al considerar la energía libre de este
proceso
∆G = ∆H - T ∆S
∆G < 0
∆G < 0 valor (-) ya que es un proceso que se encuentra
desplazado hacia la adsorción.
∆S < 0 valor (-) ya que se produce un
ordenamiento(adsorbato al ser absorbido sobre el
adsorbente quedan retenidos) del sistema.
∆S < 0 valor (-) ya que se trata de un proceso exotérmico.
∆H° = -1 a -10 kcal/mol ∆H° = -10 a -20 kcal/mol
Adsorción física - Fisisorción Adsorción química - Quimisorción

8. La adsorción es gobernada por una atracción electro-química y no por un proceso mecánico.
Aun así, se le considera como un tipo de filtración muy fina.
Las fuerzas moleculares en la superficie del adsorbente están en un estado de insaturación.
Según la naturaleza del enlace de adsorción, ésta puede ser:
• Física, en la cual las moléculas están unidas a la superficie por fuerzas físicas o de
dispersión,
• Química, en la que las fuerzas de adsorción son de naturaleza química, y por lo tanto
conocida como quimisorción
Las fuerzas para la fisisorción son las mismas que las responsables de la
condensación de un vapor
Las interacciones de la quimisorción son en esencia las responsables de la formación
de un enlace químico

9. Fisisorción y Quimisorción
Es una interacción débil.
Es un proceso exotérmico (∆Hads
aprox. – (20 a 40 kJ/mol, son
semejantes a las entalpías de
de la sustancia
condensación
adsorbida)
La molécula fisisorbida mantiene su
identidad ya que la energía es insuficiente
para romper el enlace aunque su
geometría puede estar distorsionada
Se trata de una interacción más fuerte que la fisisorción.
La quimisorción es exotérmica normalmente
las entalpías de quimisorción son mucho mayores
que las de fisisorción (del orden de las que se
liberan en la formación de enlaces químicos)
∆H°ads = - (100 a 500) kJ/mol.
La quimisorción es específica. Por ejemplo el N2 es
quimiadsorbido a temperatura ambiente sobre Fe,
W, Ca y Ti, pero no sobre Ni, Zn, Ag, Cu o Pb.
En general, la quimisorción implica la rotura y formación
de enlaces, por lo que la molécula quimisorbida no
mantiene la misma estructura electrónica (enlaces) que
en fase gaseosa.
Fisisorción: las moléculas del gas se mantienen
unidas a la superficie del sólido por medio de
fuerzas físicas (Van der Waals)
Quimisorción: las moléculas de gas se mantienen
unidas a la superficie formando un enlace
químico fuerte
https://www.youtube.com/watch?v=gGg777Q_okc

10. 0
1
Representación gráfica entre la
cantidad de adsorbato entre la
cantidad de adsornente en
función de la P del gas, a temp
const.
A cierta Pvap del gas se adsorben más
moléculas debido a la formación de las
multicapas. No se produce sat
Por encima de cierta Pvap no se
puede adsorber más moléculas.
satura

11. 11
• La concentración de adsorbato evoluciona en función de tiempo.
• La concentración disminuye gradualmente (adsorbato es retenido en la superficie del
adsorbente).
• Equilibrio dinámico: cuando ya no
se aprecia una disminución
significativa dela concentración del
adsorbato. Concentración de
adsorbato en equilibrio Ce.
• El tiempo requerido: tiempo para
llegar al equilibrio dinámico.
Inicialmente el sólido esta libre de adsorbato
Con el tiempo la cantidad de adsorbato
presente en el sólido aumenta gradualmente.
Cuando la cantidad de adsorbato es constante-
equilibrio
Capacidad de adsorción qe:
Cantidad de adsorbato por
unidad de masa de
adsorbente.

12. Isotermas de adsorción
Se definen como la relación entre la cantidad adsorbida por unidad de masa de sólido y
la presión de equilibrio (o presión relativa) a una temperatura dada.
Pueden dar una idea de cómo es la estructura porosa de un cierto sólido.
La IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) establece 6 tipos distintos
de isotermas para la adsorción física.
Se trata de una clasificación
necesariamente simplificada, puesto
que muchas isotermas reales son
combinación de otras básicas .
Incluso hay
isotermas que no son monotónicas (y
pasan por máximos)

13. Tipo I. denominado isoterma de Langmuir,
corresponde a una adsorción en monocapa. La
cantidad adsorbida aumenta con P hasta alcanzar un
valor límite correspondiente al recubrimiento de la
superficie por una monocapa. Es la isoterma
característica de un proceso únicamente de
quimisorción.
Se caracteriza porque la adsorción se produce a
presiones relativas baja. Característica de los sólidos
microporosos. Común
Tipo II. es indicativo de una adsorción física en
multicapa. El rápido ascenso inicial corresponde a la
formación de la primera capa, que tiene en este caso
una constante de formación mayor que para el resto de
capas (la entalpía de formación de la primera capa es
más negativa que para el resto de capas). Es
característica de sólidos macroporosos o no porosos,
tales como negros de carbón
El punto B indica que se ha completado una monocapa, a
partir de la que se superponen otras. Común

14. Tipo III. corresponde también a una adsorción física en
multicapas pero donde la constante de equilibrio de
formación de la primera capa es igual que para las
siguientes (no se observa diferencia entre el llenado de
la primera capa y del resto). Indica una débil
interacción adsorbato-adsorbente. Rara
Tipo IV. Su región inicial se parece a la de la tipo II. La
histéresis está relacionada con el llenado y vaciado de los
mesoporos por condensación capilar. Común
Tipo V. Como la III, indica una débil interacción adsorbato-
adsorbente. Tiene también histéresis. Rara
Tipo VI. Este tipo de adsorción en escalones ocurre sólo para
sólidos con una superficie no porosa muy uniforme. Ejemplo:
adsorción de gases nobles en carbón grafitizado. Rara

15. Isotermas de Langmuir
Langmuir dedujo la isoterma Tipo I empleando un modelo simplificado de la superficie
de un sólido:
• La superficie proporciona un cierto número de posiciones para la adsorción y todas
son equivalentes
• sólo se adsorbe una molécula sobre cada posición
• su adsorción es independiente de la ocupación de las posiciones vecinas (las
moléculas adsorbidas no interaccionan entre si).
El proceso dinámico de adsorción se puede plantear como:
Ka
A (gas) + M (superf) ↔ AM (superf)
kd
ka: constante de velocidad para la adsorción
kd: constante de velocidad para la desorción.

16. 16
Postulados del
modelo de Langmuir
Formar una monocapa
Distribución uniforme de los adsorbatos en la superficie
Ocurre en sitios específicos presentes en la superficie
adsorbente.
No ocurren interacciones laterales entre las moléculas adsorbidas
y las de su alrededor también adsorbidas
Saturación de la superficie.
Equilibrio adsorción/desorción. (Desorción: proceso contrario, aquí las
moléculas de adsorbato se separan de la superficie)

17. • Considera que el proceso de adsorción consta de dos acciones opuestas:
Una de condensación de la molécula de la fase gaseosa sobre la superficie y
Una de evaporación de las situadas en la superficie hacia el gas.
Cuando se inicia la adsorción, cada molécula que colisiona con la superficie
puede condensarse en ella, pero al proseguir este proceso, cabe esperar que
condensarán aquellas moléculas que incidan en alguna parte de la superficie no
cubierta todavía. Así la velocidad inicial de condensación es elevada, pero
disminuye a medida que disminuye la superficie libre disponible.
En cambio, una molécula adsorbida en la superficie, es capaz de liberarse por
la agitación térmica escapándose hacia el gas. La velocidad de liberación
dependerá a su vez de la superficie cubierta.
• Estas dos velocidades, condensación y desorción, alcanzan un momento en
que se hacen iguales, estableciéndose el equilibrio.
Isotermas de Langmuir

18. • Si designamos por  a la fracción de superficie total cubierta por las moléculas
adsorbidas en cualquier instante, entonces la fracción de superficie disponible para
la adsorción será (1-).
• La teoría cinética indica que la velocidad con que las moléculas chocan con la unidad
de superficie es proporcional al gas, entonces la velocidad de condensación debe
quedar determinada por la P y la fracción de superficie sin cubrir
vcondensación = k1(1−)P
Donde k1 es una constante de proporcionalidad
• Por otra parte la velocidad con que se evaporan las moléculas desde la superficie
será proporcional a la fracción de superficie cubierta:
vevaporación = k2
• Para el equilibrio de adsorción estas dos velocidades se igualan
k1(1−)P = k2

19. La cantidad de gas adsorbido por unidad de área o por
unidad de masa de adsorbente, debe ser proporcional a la
fracción de superficie cubierta, y por lo tanto, si
consideramos que:
Considerando esto
𝜽 =
𝑽
𝑽𝒎
=
𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒈𝒂𝒔 𝒂𝒅𝒔𝒐𝒓𝒃𝒊𝒅𝒐
𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒈𝒂𝒔 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒔𝒑𝒐𝒏𝒅𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒂 𝒄𝒖𝒃𝒓𝒊𝒓 𝒕𝒐𝒅𝒂 𝒍𝒂 𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆

20. Experimentalmente, el grado de recubrimiento puede obtenerse por la relación entre el volumen
de gas adsorbido a la presión P y el volumen adsorbido cuando la monocapa esta sobresaturada,
es decir, cubre totalmente la superficie
Los fundamentos de esta teoría se basan en la teoría cinética de los gases. Así, se
supone que el adsorbente dispone de un número finito de sitios de adsorción, estando
parte de ellos ocupados por moléculas de adsorbato y otra parte libres.
La velocidad de adsorción depende de la presión y del número de sitios libres, mientras
que la velocidad de desorción es dependiente del número de sitios ocupados

21. Cualquier material que contenga cavidades canales o intersticios puede ser
considerado como poroso.
Clasificación de los poros de acuerdo a su disponibilidad a un fluido
externo:
Poros cerrados: Totalmente aislados de sus vecinos. Influencian propiedades
macroscópicas como densidad, fortaleza mecánica y conductividad térmica, pero
son inactivos en procesos como flujo de fluidos y adsorción de gases
Poros abiertos: poseen canales continuos de comunicación con la superficie
externa del material
Materiales poroso

22. Las geometrías más frecuentes de los poros son:
• Poros cilindricos (alúmina y óxido de magnesio)
• Poros en forma de rendija o endidura (carbon activado y arcilla)
• Espacios o huecos entre esferas de sólido conectadas (en sílice y otros sólidos obtenidos a partir de
geles)
• Poros en forma de bote de tinta (ink-bottle shaped) el cuerpo del poro es mayor que su
boca.
• Poros en forma de embudo (funnel shaped): contrario al anterior.
La IUPAC reconoce tres tipos de poros de
acuerdo a su tamaño:
• Macroporos: >50 nm
• Mesoporos: 2 – 50 nm
• Microporos: 2 nm

23. Mesoporos

24. Las características principales de un material que son evaluables en su uso como
adsorbente son:
• la capacidad de adsorción,
• la selectividad hacia determinados adsorbatos,
• su facilidad de regeneración, la cinética de adsorción,
• la compatibilidad con la totalidad de los componentes de la corriente,
• sus propiedades mecánicas y
• su coste
Materiales adsorventes
https://www.youtube.com/watch?v=co7AVkzEygM

25. 28
La capacidad de adsorción es una de las características más importantes de un adsorbente. Se define como la
cantidad de adsorbato que puede retenerse en el adsorbente por unidad de masa o volumen. La capacidad de
adsorción se relaciona directamente con la superficie específica del material y con su volumen de poros, así como
con el tamaño de poro promedio del material
La selectividad es el cociente entre la capacidad de adsorción de un componente y la correspondiente a otro en
una mezcla dada. De esta forma, la selectividad representa la manera más simple de descripción de un equilibrio
multicomponente
La regenerabilidad de un adsorbente es la capacidad de mantener sus propiedades texturales y adsorbentes
después de un número finito de ciclos de utilización. La regeneración de un adsorbente se puede llevar a cabo
mediante la elución de un disolvente que tenga mayor afinidad que el adsorbente por el adsorbato; este proceso
se conoce como regeneración química.
La cinética de transferencia de materia se relaciona directamente con la resistencia al transporte en las zonas
interparticulares. Resulta muy relevante, pues controla el tiempo de un ciclo en los procesos de adsorción en
lecho fijo. En general, la velocidad del proceso de adsorción queda determinada por la difusión interna
Respecto de las propiedades mecánicas, un buen material adsorbente debe presentar una adecuada
resistencia mecánica, si ´este se va a utilizar en un lecho fijo, y una buena resistencia a la abrasión, en
el caso de adsorbentes para lechos móviles, fluidizados o tanques agitados

26. BIBLIOGRAFÍA
• Básica:
1. ENGEL THOMAS. (2006). QUÍMICA FÍSICA. MADRID: PEARSON EDUCACIÓN, S.A., (2 Ejemplares
disponibles en Biblioteca).
• Complementaria:
1. ENGEL THOMAS. (2007). INTRODUCCIÓN A LA FISIOQUÍMICA TERMODINÁMICA. : PEARSON
ADDISON WESLEY, (1 Ejemplar disponible en Biblioteca)
2. 2. YUNUS A. CENGEL; BOLES A. MICHAEL. (2015). TERMODINAMICA. MEXICO: MCGRAW HILL,
(3 Ejemplares disponibles en Biblioteca)

27. ¡Gracias!