Caracterizacion Superficial De Solidos

Caracterización superficial de sólidos

Adsorción de gases:

Definiciones:

Adsorción

Interfase

Sólido

Gas

Molécula

Que mantiene a juntas a las moléculas de un gas????

Interacciones electrostáticas como las fuerzas de van der walls,

Los átomos en las superficies sólidas se caracterizan por que no reciben las mismas interacciones en todas direcciones, esto hace que dichos átomos busquen compensar este desbalance de cargas atrapando cualquier molécula que puedan.

Diferencias entre la adsorción física y química:

Por la fuerza con que se adhieren las moléculas a la superficies sólidas

a. La adsorción física o fisisorción es generalmente débil y reversible

b. La adsorción química o quimisorción es generalmente fuerte e irreversible.

La diferenciación entre quimisorción y fisisorción es generalmente empírica, se considera fisisorción si el calor liberado es menor a 20 Kcal/mol.

Para efectos de caracterización de superficies sólidas, la distinción no es crítica. Lo que importa es entender y modelar como se comporta un gas en la proximidad de una superficie sólida a las condiciones experimentales elegidas.

Adsorción física de gases en sólidos.

1. Las moléculas del gas (negras) se adhieren a las superficies sólidas para compensar parcialmente el desbalance de cargas de átomos superficiales (blancos).

2. Este proceso involucra liberación de calor, como una condensación.

3. La adsorción física es débil y reversible, e involucra un equilibrio entre las moléculas adsorbidas y no-adsorbidas.

4. La adsorción física ocurre en toda la superficie accesible a las moléculas del sólido. (la adsorción química ocurre en sitios activos solamente)

5. La adsorción física puede ocurrir en multicapas (la absorción química ocurre solamente en monocapas)

P  P0

P P0

P = P0

Po = Presión de saturación del vapor a la temperatura de absorción (temperatura de ebullición del gas a presión atmosférica)

P/Po = Presión relativa (entre 0 y 1)

Adsorción física: área total, porosidad

Adsorción Química: área activa, acidez.

Si todas las partículas fuesen esferas compactas y sin poros, de igual tamaño (d) y densidad (, entonces:

V/A=d/

Donde V=m/por lo cual

Área superficial específica = A/m= 6//d

Entonces,

Área Superficial de Partículas Esféricas

• Solo partículas menores a 1m exponen áreas superficiales mayores a 1m2/g

• En la gran mayoría de los sólidos porosos, la superficie reside dentro de los poros de las partículas mismas.

¿COMO SE MIDE EL AREA SUPERFICIAL?

1. Vía adsorción física de gases:

• Método BET (clasico)

• Método Langmuir

• Método DR

2. Vía porosimetria con mercurio

(Excluyendo microporos)

3. Vía otros métodos

(Generalmente empíricos)

Isoterma Típica:

Cualitativamente:

La adsorción en microporos ocurre a P/P0  0.1

La Adsorción en mesoporos ocurre entre 0.1  P/P0  0.95

La adsorción de macroporos ocurre a P/P0  0.95

Clasificación de isotermas según BDDT

Tipo I: Para materiales preferentemente microporosos

Tipo II: Para materiales no porosos o macroporosos

Tipo III: Interacciones adsorbato-adsorbato mas fuertes que las interacciones adorbato-adsorbente, son muy raras y no se presentan en adsorción con nitrógeno. Adosorcion de agua sobre carbones no porosos.

Tipo IV: Para materiales mesoporosos

Tipo V: Combinación de isotermas III y IV.

Teoría BET

Mecanismo de fisisorción: Adsorción capa por capa

Moléculas adsorbidas en equilibrio dinámico con el vapor

Teoría Langmuir (1918):

Velocidad de Adsorción, Ra = KaP(1-W/Wm)

Velocidad de Desorción, Rd = KdP(W/Wm)

W peso de gas absorbido

Wm peso de gas absorbido para formar una monocapa

En el equilibrio: Ra = Rd y

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