Area Superficial De Un Poro

República Bolivariana de Venezuela.

Ministerio del Poder Popular para la Defensa.

Universidad Nacional Experimental Politécnica

De la Fuerza Armada (UNEFA)

Núcleo Carabobo, Extensión Bejuma.

Profesor: Participantes:

Ing. Manuel Jiménez Marlin Vidal.

Luis Rodríguez.

Sección: 4S-Ing-Petroq-B001-D

Enero, 2014.

Área Superficial.

Sg es área superficial de un poro (de catalizador) por unidad de masa. Los estudios de adsorción física son útiles para la determinación de las propiedades de los catalizadores sólidos. Los catalizadores dependen para su actividad, cuando menos en parte, de la extensión de su área superficial. Es difícil obtener áreas superficiales externas de más de 1 m2/g por medio de una subdivisión de sólidos no porosos en partículas pequeñas. Para que resulten efectivos, la mayoría de los catalizadores sólidos deben tener áreas superficiales del orden de 5 a 1000 m2/g. Por consiguiente, los catalizadores sólidos casi siempre son porosos. En este tipo de materiales, las propiedades geométricas de los poros pueden afectar a la velocidad total de reacción.

El área superficial de un material es una propiedad de fundamental importancia ya que controla la interacción química entre sólidos y líquidos o gases. Determina, por ejemplo, la rapidez con que un sólido se quema, cómo una sustancia en polvo se disuelve en un solvente, de qué manera los materiales de construcción resisten el clima, en qué grado un catalizador promueve una reacción química, o con qué efectividad un adsorbente remueve una sustancia contaminante.

La importancia del área superficial para la actividad catalítica resulta evidente al considerar el caso del níquel. Este metal es un catalizador muy activo en ciertas condiciones para la oxidación y la hidrogenación, pues adsorbe tanto oxígeno como hidrógeno. El área superficial de un sólido tiene un efecto muy pronunciado sobre la cantidad de gas adsorbido y su actividad como catalizador. Por ejemplo, si se sostiene en la mano una muestra de níquel tipo Raney recién preparado, que es altamente poroso y tiene una gran área superficial, inmediatamente se sentirá el calor debido a la adsorción de oxígeno. En la misma masa de níquel no poroso no se sentirá dicho calor. Esta relación entre el área superficial y el grado de adsorción ha conducido al desarrollo de materiales altamente porosos con áreas hasta de 1500 m2/g.

Algunas veces, el propio material catalítico puede prepararse en una forma con una alta área superficial. Cuando esto no es posible, se pueden usar materiales que sí se puedan preparar de esta forma, como portadores sobre los cuales se dispersa la sustancia catalítica. El gel de sílice y la alúmina se usan mucho como materiales portadores. La dependencia de las velocidades de adsorción y de las reacciones catalíticas de la superficie, impone la necesidad de contar con un método confiable para la medición del área superficial. Para áreas superficiales en el intervalo de cientos de metros cuadrados por gramo, se necesita un material poroso con radios de poros cilíndricos del orden de 10 a 100 A.

Importancia del Área Superficial.

La superficie es la parte por donde un sólido interacciona con lo que le rodea, ya sea gas, un líquido u otros sólidos. A medida que el tamaño de partícula disminuye, el área superficial por unidad de masas aumenta. La adición de porosidad, especialmente si se trata de poros muy pequeños hace que la superficie aumente mucho más. Polvos muy gruesos pueden tener áreas superficiales de unos pocos centímetros cuadrados por gramo. Mientras que materiales porosos pueden tener áreas mayores que un campo de futbol (Varios miles de metros entre cuadrados por gramo).

El área superficial está relacionada con la velocidad de disolución de un sólido y con otros fenómenos como la actividad de un catalizador, las propiedades electrostáticas de materiales en polvo, la dispersión de luz, la opacidad, las propiedades de sinterización, la cristalización, la retención de humedad, la caducidad y muchos otras propiedades que pueden influir en el procesado y comportamiento de polvos y sólidos porosos.

Ejemplo: El secado por aspersión y otros procedimientos para la fabricación de partículas diminutas pueden producir tamaños tan pequeños como 2-5 micras. Calcule el área superficial externa de partículas esféricas no porosas de 2 micras de diámetro. ¿Qué tamaño de partículas se necesitaría para una superficie externa de 100 m2/g (105 m2/kg)? La densidad de las partículas es 2.0 g/cm3

(2.0 x 103 kg/m3).

SOLUCIÓN: El área superficial externa por unidad de volumen de una partícula esférica de diámetro d, es:

Si la densidad de la partícula es Pp, el área superficial, por gramo de partículas, sería:

Para dp = 2 micras (2 x 10.4 cm) y Pp = 2.0 g/cm3,

Esta es prácticamente la mayor área superficial que puede esperarse para partículas no porosas. Si se requiriera una superficie de 100 m2/g, las partículas esféricas tendrían un diámetro de:

En la actualidad no es posible producir a escala comercial partículas tan pequeñas como éstas. Puede mencionarse que las partículas de menor tamaño que se usan en un reactor de lecho fluidificado no pasan por un cedazo de 400 mallas, que corresponde a aberturas de 77 micras.

Determinación del Área Superficial.

La medida del área superficial es una de las más utilizadas para la caracterización de materiales porosos. Dado que el área superficial corresponde a la rugosidad del exterior de la partícula y a su interior poroso, la técnica más usada es la adsorción de gases. Por el contrario, las técnicas de tamaño de partícula suelen calcular valores de área asumiendo que las partículas son esferas, con superficies suaves y no porosas. La tendencia de todas las superficies sólidas para atraer moléculas de gas circundantes da lugar al proceso denominado adsorción de gas. La monitorización de este proceso da lugar a una información muy útil sobre las características texturales de materiales sólidos. Generalmente se determina la cantidad de nitrógeno gaseoso adsorbido en equilibrio al punto de ebullición normal (-195.8

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