Adsorción

Introducción teórica

Es la transferencia de masa de una fase fluida a una sólida. Si pasamos aire que contiene vapores de S2C a través de un lecho carbón vegetal o, mejor, de carbón activo, observaremos en el aire una concentración menor de S2C (sulfuro de carbono) . Esto demuestra que el carbón activado como otras sustancias de gran superficie especificas tienen la propiedad de retener gases o solutos; dichas sustancias se llaman adsorbentes.

Como el equilibrio de adsorción se alcanza rápidamente y como en el primer instante de contacto no puede ser más superficial, es evidente que se trata de un fenómeno de superficies (de dos dimensiones).

Al producto retenido se lo llama adsorbato, o sea que la adsorción es un mecanismo mediante el cual un elemento adsorbente retiene sobre una superficie un elemento adsorbato. Es un fenómeno reversible.

Teorías de absorción

1. Teoría de La Place:Admite que en todos los cuerpos las moléculas del mismo estén sometidas a unas fuerzas que tienden a llevarlas hacia el interior.Estas fuerzas en los líquidos se manifiestan atrayendo moléculas de otros cuerpos de moléculas móviles ( líquidos o gases) que se ponen en contacto con el sobre la superficie del mismo.

2. Teoría de Polanyi:Dice que en cada punto de la superficie de un sólido existe un potencial de adsorción, que permite la introducción de la molécula de adsorbato.

3. Teoría de Langmuir:Sostiene que del mismo modo que los enlaces químicos que se producen por deformaciones de las órbitas electrónicas exteriores, las fuerzas de adsorción son de la misma naturaleza aunque mas débiles y están localizadas en diversos puntos o zonas del activas de la superficie del adsorbente.En estos puntos podría retenerse por mas o menos tiempo una molécula del adsorbato, pero la intensidad de la fuerza no permitiría fijar capas de adsorbato de espesor superior al de una molécula.

4. Teoría de Zeisse:Confirma el carácter monomolecular de las capas adsorbato, pero solo a bajas presiones.El exceso de adsorbato respecto a la cantidad correspondiente a una capa monomolecular se explica de dos formas:A) Admitiendo la formación de capas multimoleculares por simple adherencia.B) Debido a la naturaleza porosa de la superficie del adsorbente se forman

finísimos tubos capilares en los que se condensa el adsorbato. El menisco

cóncavo que así se produce implica una presión de vapor líquido condensado menor que la normal (superficie plana) a igual temperatura, la cual determina una condensación suplementaria para restablecer el equilibrio líquido vapor.

Adsorción de tipo física.No hay reacción química, solo retención por fuerzas de Van Der Walls: son rápidas.

Adsorción de tipo químico.Son más lentas, y las uniones superficiales se deben a algún enlace de tipo químico .

Leyes y cálculos relativos al equilibrio de adsorción

El equilibrio dinámico se alcanza evidentemente cuando la velocidad de adsorción es igual a la velocidad de desorción. La concentración de equilibrio es la concentración final de adsorbato.

1. Ecuación de Gibbs:

a = -c*/RT*c c : concentración de equilibrio . : tensión superficial. a: cantidad de soluto adsorbido en la superficie.

Se ve que serán adsorbidas solo aquellas sustancias cuya tensión superficial disminuya al aumentar la concentración de la disolución (derivada negativa).

2. Ecuación de Freundlich: A = k* cn a: cantidad adsorbida.

c: tensión superficial. n: cte. k: cte.

En ejes cartesianos es una parábola y se cumple en bastantes casos.

3. Ecuación de Largin:

= *c / k+*c : fracción de superficie cubierta con una capa monomolecular de adsorbato.

: fracción de choques en la zona descubierta. c: superficie

k: velocidad de desplazamiento.

El equilibrio se produce cuando *c*(1-)=k*

Intercambio iónico

Introducción teórica

Es la sustitución en una solución de 1 ó varios de sus iones por otros iones que son cedidos por un agente cambiador. Si los iones cedidos por el cambiador son H+ y OH- y si el vehículo disolvente es agua, el proceso particular que tiene lugar es una desalinificación del agua, resultando un producto muy similar al agua destilada.La principal aplicación del intercambio iónico es el ablandamiento del agua.

Mecanismo de intercambio iónico

El proceso consta de dos etapas:

1) Adsorción 2) Una reacción química

Al ponerse en contacto el electrolito (sal de solución acuosa) con el cambiador de ion, el electrolito se polariza y los iones se orientan en la dirección del ion cambiador. Dichos iones venciendo la resistencia de la difusión, se adsorben y luego se fijan químicamente sobre el cambiador el cual libera sus iones a partir de ese momento recorre el camino inverso.

Reacción de intercambio de cationes.

Re Cc + Ce+ = Re Ce + Cc+

Cc Catión del cambiador Re Resto de la molécula del cambiador Ce Catión del electrolito

El Cc que cede el cambiador puede ser sodio (forma sódica) ó hidrógeno (forma ácida). En este último caso la reacción es la siguiente:

R H + Ce+ = R Ce + H+

En este caso la solución se acidifica, pudiéndose eliminar la acidez con un cambiador aniónico que entregue a la solución iones OH-

Resinas Catiónicas

Son resinas generalmente sintéticas que tienen en su molécula grupos carboxílicos, fenólicos o sulfónicos, unidos a un resto orgánico R de composición compleja.

R-COOH R-OH R-SO3H

Estas resinas puestas en contacto con una solución que contenga una sal disuelta ceden el ión H+ y toman el catión de la sal.

Reacción de intercambio de aniones:

Hay 2 teorías:

1) Que el cambio de aniones es análogo al cambio de cationes

Ra Aa + Ae- = Ra Ae + Aa-

Ae- Anión contenido inicialmente en el electrolitoAa-- Anión cedido por el cambiador: OH- en muchos casosRa Radical de la molécula cambiadora

2) Que el cambiador adsorba toda la molécula del electrolito R + Ce+Ae- = R Ce Ae (IO)

R + Cr+ + Ce+ + Ar = R Ce Ae + Cr Ar (regeneración)

Resina Aniónica.

Tiene en sus moléculas grupos activos y al ponerse en contacto con ácidos, ceden el OH-