ISOTERMAS DE ISOTERMAS DE ADSORCIÓNADSORCIÓN

Representación gráfica de la cantidad de Representación gráfica de la cantidad de soluto adsorbido (g de adsorbato/g de soluto adsorbido (g de adsorbato/g de adsorbente) frente a la concentración de adsorbente) frente a la concentración de adsorbato en la fase fluida (en mg/l o ppm, adsorbato en la fase fluida (en mg/l o ppm, para líquidos o en fracción molar o presión para líquidos o en fracción molar o presión parcial para gases ).parcial para gases ).

CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓN

La IUPAC reconoce tres tipos de poros atendiendo a su tamaño:

La isoterma tipo I se caracteriza porque la adsorción se produce a presiones relativas baja. Característica de los sólidos microporosos. Isotermas tipo Langmuir – monocapa

La isoterma tipo II es característica de sólidos macroporosos o no porosos, tales como negros de carbón. Multicapas

La isoterma tipo III ocurre cuando la interacción adsorbato-adsorbente es baja. Ejemplo: adsorción de agua en negros de carbón grafitizados. Condensación Capilar

La isoterma tipo IV es característica de sólidos mesoporosos. Presenta un incremento de la cantidad adsorbida importante a presiones relativas intermedias, y ocurre mediante un mecanismo de llenado en multicapas.

La isoterma tipo V, al igual que la isoterma tipo III, es característica de interacciones adsorbato-adsorbente débiles, pero se diferencia de la anterior en que el tramo final no es asintótico.

La isoterma tipo VI es poco frecuente. 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.

ISOTERMA DE ISOTERMA DE FREUDLINCHFREUDLINCH

La primera hipótesis del modelo de Freundlich coincide con la del modelo de Langmuir (adsorción en monocapa)

Sin embargo, en el modelo de Freundlich se admite la posibilidad de interacción entre las moléculas adsorbidas en los distintos centros activos, lo que trae como consecuencia que las otras dos hipótesis del modelo de Langmuir no sean asumidas por el de Freundlich. En efecto, si entre las moléculas adsorbidas existe interacción, entonces no todos los sitios activos son equivalentes y la probabilidad de que una molécula sea adsorbida en un sitio activo vacante no es ya independiente del recubrimiento, lo cual, a su vez, tiene como consecuencia que la entalpía de adsorción en este modelo sí dependa del grado de recubrimiento.

(a partir de soluciones (a partir de soluciones líquidas)líquidas)

x x : cantidad de sustancia adsorbida (mg): cantidad de sustancia adsorbida (mg) m m : peso de adsorbente (g): peso de adsorbente (g) c c : concentración de adsorbato (ppm): concentración de adsorbato (ppm) k : cte. (capacidad de adsorción, mg/g)k : cte. (capacidad de adsorción, mg/g) n : cte. (intensidad de adsorción)n : cte. (intensidad de adsorción)

n1kCmx

(a partir de soluciones (a partir de soluciones gaseosas)gaseosas)

2c11

monPcV

Vθ

: fracción de recubrimiento: fracción de recubrimiento P: presiónP: presión VV : volumen total de sustancia adsorbida: volumen total de sustancia adsorbida VVmonmon : volumen de la monocapa: volumen de la monocapa cc11 : cte. (capacidad de adsorción) : cte. (capacidad de adsorción) cc22 : cte. (intensidad de adsorción) : cte. (intensidad de adsorción)

LINIALIZACIÓN DE L ISOTERMA LINIALIZACIÓN DE L ISOTERMA DE FREUNDLICHDE FREUNDLICH

klnClnn1

mxln

)V(clnPlnc1Vln mon12

ISOTERMA DE LANGMUIRISOTERMA DE LANGMUIR(adsorción en una sola capa)(adsorción en una sola capa)

Todos los sitios del sólido tienen igual actividad para la adsorción.

No existe interacción entre las moléculas adsorbidas.

Cada unión adsorbato-adsorbente tiene la misma estructura y sucede por el mismo mecanismo.

Cada sitio o poro del sólido puede albergar una sola molécula de adsorbato.

altas)muyciones(ConcentraK[A]1θ1

bajas)mentesuficienteciones(ConcentraK[A]11θ1

K[A]1K[A]θ

: fracción de recubrimiento: fracción de recubrimiento K: cte de equilibrio, kK: cte de equilibrio, kaa/k/kdd [A][A] : concentración de A en el sólido: concentración de A en el sólido

ADSORCIÓN SIN DISOCIACIÓNADSORCIÓN SIN DISOCIACIÓNAMMA e)(superfici(l)

AMMA e)(superfici(g)

monmon KVP

VP

VP

KP1KPθ

altas)muyciones(Concentra[A]K1θ1

bajas)mentesuficienteciones(Concentra[A]K1

1θ1[A]K1

[A]Kθ1

21

21

21

21

21

21

221

ADSORCIÓN CON ADSORCIÓN CON DISOCIACIÓNDISOCIACIÓN

AM-AMM-MA e)(superfici(l)2

ISOTERMA BETISOTERMA BET Es una extensión de la descripción de Es una extensión de la descripción de

Langmuir para tener en cuenta la fisisorción Langmuir para tener en cuenta la fisisorción de capas adicionales de moléculas de capas adicionales de moléculas adsorbidas.adsorbidas.

Fue derivada equilibrando las velocidades de Fue derivada equilibrando las velocidades de adsorción y condensación de las diversas adsorción y condensación de las diversas capas e incluye la suposición de que hay una capas e incluye la suposición de que hay una entalpía de adsorción en la primera capa y entalpía de adsorción en la primera capa y que la entalpía de la licuefacción es aplicable que la entalpía de la licuefacción es aplicable a la segunda capa y a las posteriores.a la segunda capa y a las posteriores.

Es de gran importancia para determinar áreas Es de gran importancia para determinar áreas superficialessuperficiales

a) Isoterma en la que se muestran la zona de llenado de la monocapa, la multicapa y el punto B; y b) Isoterma tipo I en la que se señala cómo calcular el volumen de poro a partir de la cantidad máxima de gas adsorbido.

omonmono PP

cV1c

cV1

P)V(PP

PPoo: presión de vapor de saturación: presión de vapor de saturación c: cte c: cte VV : volumen de gas adsorbido a la presión P: volumen de gas adsorbido a la presión P VVmonmon: volumen de la monocapa: volumen de la monocapa

Graficando P/V(Po-P) = f (P/Po)

Pendiente: (c-1)/Vmonc

Ordenada: 1/Vmonc

CATÁLISIS CATÁLISIS

Reacción química en Reacción química en presencia de un catalizadorpresencia de un catalizador

CATALIZADORCATALIZADOREs una sustancia que aumenta la Es una sustancia que aumenta la

velocidad de reacción y puede ser velocidad de reacción y puede ser recuperado al final de la reacción sin recuperado al final de la reacción sin cambio químico.cambio químico.

Un catalizador suministra un Un catalizador suministra un mecanismo alternativo más rápido mecanismo alternativo más rápido que el que tendría lugar en ausencia que el que tendría lugar en ausencia del mismo.del mismo.

CATÁLISIS HOMOGÉNEACATÁLISIS HOMOGÉNEA La reacción catalizada se produce en una La reacción catalizada se produce en una

sola fasesola fase

CATÁLISIS HETEROGÉNEACATÁLISIS HETEROGÉNEA El catalizador es insoluble en los sistemas

químicos en los cuales provoca la transformación y forma una fase distinta, generalmente sólida.

En catálisis heterogénea el fenómeno catalítico está relacionado conlas propiedades químicas de la superficie del sólido que se ha elegidocomo catalizador, siendo estas propiedades superficiales un reflejo de la química del sólido.

Una reacción catalítica heterogénea consiste en varios pasos de naturaleza física o química. Para que la reacción química tenga lugar es preciso que los reactivos sean transportados hasta el sitio catalítico, y que los productos abandonen dicho sitio.

Además de la reacción química en sí, los fenómenos de difusión, adsorción y desorción presentan una gran influencia en el desarrollo de la reacción.

» La superficie del catalizador es bastante irregular, con existencia de poros de diverso tamaño. Ello hace que los sitios catalíticos no sean de igual naturaleza y efectividad, a diferencia de los catalizadores homogéneos.

Pasos elementales en la reacción catalítica heterogénea

Etapas en la reacción catalítica heterogénea

CATÁLISIS ENZIMÁTICACATÁLISIS ENZIMÁTICADesarrollar Mecanismo de Michaelis-MentenDesarrollar Mecanismo de Michaelis-Menten