Adsorción de agua sobre vidrio
Tiene prisa por ponerse a trabajar. Después de presionar el botón de repetición demasiadas veces, gime cuando se da cuenta de que las ventanas de su automóvil están heladas. Mientras refunfuña por raspar las ventanas, se pregunta qué causa que se congelen. Bueno, la razón por la que sus ventanas acumulan esa fina capa de escarcha es porque siempre hay moléculas de agua en el aire. Estas moléculas son atraídas por el vidrio y se adsorben en su superficie. Con frecuencia hay moléculas de agua, pero cuando hace demasiado frío se congelan y hacen que las ventanas se congelen. La adsorción es el proceso en el que las moléculas se adhieren a la superficie de un sólido, por lo que la adsorción de gases es cuando las moléculas de gas se adhieren a la superficie de un sólido.
Tipos de adsorción
Hay dos grupos generales de adsorción, física ( fisisorción ) y química ( quimisorción ). Veamos las diferencias entre estos dos tipos de adsorción:
| Fisisorción | Quimisorción | |
|---|---|---|
| Tipo de enlace | Débil, de largo alcance | Fuerte, corto alcance |
| Tipo de superficie | Cualquier superficie | Necesita superficie específica |
| Equilibrio | El aumento de temperatura disminuye | El aumento de temperatura activa |
| Capas | Multicapa | Una sola capa |
La absorción de moléculas de agua en su vaso es un ejemplo de fisisorción. Un ejemplo de quimisorción es la adsorción de hidrógeno sobre una placa metálica de cobre o nitrógeno. Las industrias intentan prevenir la quimisorción de hidrógeno gaseoso en el hierro cuando fabrican acero porque esto lo debilita.
Medición y predicción de la adsorción
Podemos determinar cuánto gas se adsorberá en una superficie usando una isoterma. Una isoterma es una curva que muestra cómo la adsorción alcanza el equilibrio o una ecuación que nos dice cuánto gas puede absorber en la superficie.
Cuando el gas comienza a adsorberse en el sólido, hay mucha más adsorción que desorción. Pero si hay mucho gas adsorbido en la superficie, comenzaremos a ver más desorción que adsorción. Con el tiempo, llegamos a un equilibrio en el que la cantidad de gas observado en el sólido parece permanecer igual a pesar de que todavía hay adsorción y desorción a velocidades iguales.
Hay varias isotermas diferentes que se pueden utilizar. Las más comunes son las isotermas de Freundlich y Langmuir. La isoterma de Freundlich es una fórmula empírica, ya que se desarrolló a partir de observaciones. Funciona mejor a bajas presiones. La isoterma de Langmuir es una fórmula de base racional y se desarrolló en base a cálculos teóricos.
Observar estas isotermas nos dirá mucho sobre lo que aumenta o disminuye la tasa de adsorción.
Isoterma de Freundlich
La isoterma de Freundlich usa la capacidad de adsorción (que depende del sólido sobre el que se adsorbe) y la intensidad de la adsorción (que depende de las condiciones de adsorción, como la temperatura). La ecuación es:
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- q e es la relación de gas absorbido
- K F es la capacidad de adsorción, que depende de la capacidad máxima del sólido
- C e es la concentración del gas que se adsorbe
- 1 / n es la intensidad de adsorción; el valor de ‘n’ cambiará la forma de la curva
Las curvas de una isoterma de Freundlich pueden ser una línea recta y lineal si la intensidad de adsorción es 1, o pueden curvarse cóncava o convexa si la intensidad de adsorción es mayor o menor que 1:
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Isoterma de Langmuir
El modelo teórico de la isoterma de Langmuir solo funciona si estamos ante una monocapa de gas adsorbido. Esta ecuación depende de cuántos «sitios» están disponibles para la adsorción en la superficie, la constante de equilibrio y el tamaño de la molécula que se adsorbe. La ecuación es:
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- Q M es la capacidad máxima de adsorción
- K ad es la constante de equilibrio
- C e es la concentración del gas que se adsorbe
- q e es la relación gas absorbido
Esto nos dará un gráfico como este:
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Resumen de la lección
La formación de escarcha o niebla en las ventanas y el control de la resistencia del acero pueden verse afectados por la adsorción de gases. La adsorción es cuando las moléculas se adhieren a la superficie de un sólido. Esto puede ser físico o químico con enlaces reales.
Podemos determinar cuánto gas se adsorberá en una superficie mediante el uso de gráficas y ecuaciones de isotermas. Dos isotermas comunes son las isotermas de Freundlich y Langmuir. La isoterma de Freundlich se desarrolló experimentalmente y depende de la capacidad de adsorción del sólido y de la intensidad de la adsorción. La isoterma de Langmuir se desarrolló matemáticamente y depende de cuántos sitios estén disponibles y de la constante de equilibrio.
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