Procesos de adsorción

Adsorción

La adsorción es un fenómeno de concentración de una sustancia sobre la superficie de un sólido olíquido. La sustancia atraída hacia la superficie se llama fase adsorbida, mientras que aquella a quese adhiere es el adsorbente. 

La adsorción es distinta de la absorción y entre ambas debe establecerse una clara diferencia, yaque en esta última la sustancia no se retiene en la superficie, sino que pasando a su través penetray se distribuye por todo el cuerpo de un líquido o sólido. Cuando existe duda del proceso que tiene lugar, se emplea el término de sorción.

El término adsorción incluye la adsorción y la absorción conjuntamente, siendo una expresión general para un proceso en el cual un componente se mueve desde una fase para acumularse enotra, principalmente en los casos en que la segunda fase es sólida. En general, la adsorción desde una disolución a un sólido ocurre como consecuencia del carácter liofóbico (no afinidad) del soluto respecto al disolvente particular, o debido a una afinidad elevada del soluto por el sólido o por una acción combinada de estas dos fuerzas.

La cantidad de material adsorbido depende de las tasas de adsorción y desorción de la sustancia, y del punto en el cual se alcance el equilibrio entre ambas. Cuanto mayor sea la adsorción y menorse la desorción, hallaremos mayor cantidad de material adsorbido en equilibrio.

La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de un material en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen. Es decir, es un proceso en el cual un contaminante soluble (adsorbato) es eliminado del agua por contacto con una superficie sólida (adsorbente). El proceso inverso a la adsorción se conoce como desorción. La cantidad de material que se acumula depende del equilibrio dinámico que se alcanza entre la tasa a la cual el material se adsorbe a la superficie y la tasa a la cual se evapora, y que normalmente dependen de forma importante de la temperatura. Cuanto mayor sea la tasa de adsorción y menor la de desorción, mayor será la fracción de la superficie disponible que será cubierta por material adsorbido en el equilibrio.

Tipos de adsorcion

Se conocen dos tipos de adsorción, una física o de van der Waals y otra química o activada.

-ADSORCIÓN FÍSICA O DE VAN DER WAALS

La adsorción física se caracteriza por sus calores bajos, del orden de 10,000 calorías o menor pormol de adsorbato, y por el hecho de que el equilibrio es reversible y se establece rápidamente.Este tipo de adsorción tiene lugar cuando el negro de humo adsorbe diversos gases. Las fuerzasque intervienen son de igual naturaleza a las que desvían a los gases de su conducta ideal, es decir,son de tipo de van der Waals.

Este tipo de adsorción se da por fuerzas débiles y, generalmente, no específicas, tales como las fuerzas de van der Waals y de London. Tiende a alcanzar equilibrio muy rápidamente (tiene energías de activación muy bajas) y a ser reversible. Algunos autores distinguen dos tipos de adsorción física:

·         De van der Waals:

Se da cuando la sustancia permanece mayormente en la superficie del adsorbente,

·         Persorción

Se da en los casos en los que la sustancia parece penetrar a una profundidad apreciable.

Por su naturaleza no-específica, es posible lograr adsorción sobre una capa adsorbida, ya sea física o químicamente, esto es, la adsorción física puede producir monocapas o multicapas. La mayoría de los trabajos de investigación se han enfocado sobre la adsorción física de sustancias.

-ADSORCION ACTIVADA O QUÍMICA

Este tipo de adsorción va acompañada de cambios caloríficos más acentuados y que varían desde20,000 hasta 100,000 calorías lo que ocasiona una ligadura mucho más firme del gas a la superficie. Como estos calores son de igual magnitud a los que tienen lugar en las reacciones químicas, resulta evidente que la adsorción química es una combinación de moléculas de gas con la superficie formándose un compuesto sobre esta.

Algunos sistemas muestran adsorción física a temperaturas bajas y quimiadsorción cuando se eleva la temperatura.

En general, la adsorción química es más específica que la física y se le presenta solo cuando hay tendencia a la formación de un compuesto entre un gas y el adsorbente. Sin embargo puesto quelas fuerzas de van der Waals no son de naturaleza específica, es posible encontrar una adsorción física en muchas ocasiones, aunque quizá enmascarada por la de tipo químico que es más fuerte.

La adsorción química, también conocida como quimisorción, se produce debido a fuerzas mucho más fuertes, tales como las que producen enlaces químicos covalentes. Es mucho más lenta que la adsorción física y comúnmente es irreversible. La velocidad de adsorción puede relacionarse con la energía de activación para el proceso. Como ejemplo de un sistema quimisorbido tenemos tioles de cadena larga adsorbidos sobre Au. A las capas quimisorbidas también se les llama "superficies modificadas". La quimisorción tiene muchas aplicaciones en diseño de electrodos selectivos o específicos para una sustancia.

Por la naturaleza específica de las interacciones involucradas, la quimisorción sólo produce monocapas aunque, en principio, el crecimiento de un dendrímero o de un arborando pudiera considerarse quimisorción en multicapas.

Diferencias entre adsorcion qumica y fisica

Adsorcion fisica	Adsorcion quimica
1. Interacciones débiles adsorbato – adsorbente, del tipo Van der Waals, dipolo-dipolo, puentes de hidrógeno.	1. Enlaces fuertes, del tipo covalente (se forma un nuevo compuesto).
2. Adsorción reversible	2. Generalmente irreversible.
3. Formación de mono o multicapas	3. Formación de monocapas.
4. Calor de adsorción (entalpía) relativamente bajo, ∆H = 1 – 10 kcal/mol.	4. Calor de adsorción elevado, ∆H = 50 – 100 kcal/mol.
Ejemplos: adsorción de agua sobre el desecante silica gel, vapores de disolventes sobre Cactivado,  depósito de vapor de agua sobre vidrios, espejos, etc.	Ejemplos: formación de óxido de Fe, por la reacción del oxígeno con la superficie de objetos de Fe, algunas reacciones específicas de catálisis, reacciones covalentes para inmovilizar enzimas, etc.

Otro tipo de adsorcion:

-ADSORCION DE TIPO ELECTRICO

La adsorción del primer tipo eléctrico cae dentro del intercambio iónico y a menudo se le llama adsorción por intercambio, que es un proceso mediante el cual los iones de una sustancia se concentran en una superficie como resultado de la atracción electrostática en los lugares cargandose la superficie. Para dos absorbatos iónicos posibles, a igualdad de otros factores, la carga del iónes el factor determinante en la adsorción de intercambio. Para iones de igual carga, el tamaño molecular (radio de solvatación) determina el orden de preferencia para la adsorción.

Tipos de energia de adsorcion

Existen varios tipos de mecanismos, susceptibles de producir la adsorción:

  -Intercambio iónico, es decir el reemplazo de iones adsorbidos en el sustrato por otros iones.Es el caso por ejemplo de adsorción de amonios cuaternarios en sustitución de iones hidrógenoen el proceso de protección contra la corrosión.

-Emparejamiento iónico, es decir la adsorción de iones (surfactantes) en sitios              cargados no ocupados. Es el caso de la adsorción de surfactantes catiónicos o anfóteros sobre sustratos cargados negativamente, en el proceso de suavización de ropa o en la eliminación de electricidad estática del cabello.

  -Puente hidrógeno, es decir el proceso clásico de enlace polar entre el hidrógeno de una molécula y un átomo cargado negativamente (O, S) en la superficie, o vice-versa.

  -Adsorción por polarización de electrones Pi, lo cual ocurre cuando se produce una atracción entre un núcleo aromático y un sitio positivo en la superficie del sustrato.

   -Adsorción por fuerzas de London-Van der Waals, las cuales se producen entre sustratos y moléculas no polares, y que son las fuerzas de cohesión de los líquidos orgánicos, a menudo llamadas fuerzas de dispersión porque la frecuencia de oscilación de los electrones que es responsable de estas fuerzas está ligada con el índice de refracción del medio.

 

   -Adsorción por rechazo hidrofóbico, cuando el empaquetamiento de moléculas de surfactante a la interfase asegura un enlace lateral entre la cola lipofílica de una molécula y las moléculas vecinas, y permite a la molécula escapar al ambiente acuoso.

Aplicaciones de la adsorcion

  Los procesos de adsorción son ampliamente usados en muchas aplicaciones industriales y en la purificación de agua potable o tratamiento de agua residual. Un adsorbente deberá tener una gran capacidad de adsorción y rápida velocidad de adsorción. Algunos adsorbentes utilizados frecuentemente en el tratamiento de aguas son: Carbón Activado, Zeolitas Tamices Moleculares, Gel de Sílice y Alúmina Activada.

-Los procesos de adsorción en fase líquida se aplican a:

·         Tratamiento de agua potable y residual

·         Alimentos y bebidas carbonatadas

·         Hidrometalurgia

·         Productos químicos y farmacéuticos

  -En fase Gaseosa:

·         Purificación de gases

·         Purificación de aire

·         Recuperación de solventes

·         Catalizadores

·         Producción de gases

·         Tratamiento de gases de Combustión

·         Celdas combustibles

Los sistemas de adsorción tratan el agua mediante la adición de una sustancia, como carbón activado o alúmina (óxido de aluminio), a la fuente de suministro de agua. Los adsorbentes atraen a los contaminantes mediante procesos químicos y físicos que causan que éstos se ‘adhieran’ a sus superficies para su eliminación posterior.

Por un gran margen, el adsorbente de uso más frecuente es el carbón activado—una sustancia similar al carbón común pero sumamente porosa. El carbón activado en polvo a menudo se usa cuando surgen problemas temporales de calidad; éste se puede agregar sencillamente al agua y desecharlo con los fangos de desecho. El carbón granular activado a menudo se distribuye en una bandeja a través de la cual se hace pasar o percolar lentamente el agua.

                               Practica de adsorción de carbón activo

BIBLIOGRAFIA:

 FUNDAMENTOS DE FISICOQUIMICA, MARON Y PRUTON PAG 823Consultado vía online el 29 de noviembre de 2011, Disponible en:

 http://www.agua.uji.es/pdf/leccionHQ17.pdf 

 http://www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S160A_AdsorcionMojabilidad.pdf 

http://www.cnea.gov.ar/xxi/ambiental/iberoarsen/docs/taller08/Presentaciones/4c%20Fundamentos%20de%20Adsorcion%20Roberto%20Leyva.pdf 

 http://drinking-water.org/html/es/Treatment/Adsorption-and-Ion-Exchange-Systems.html

Integrantes del equipo:

Guadalupe Morales León.

Valeria de la Fuente Vázquez.

Maestra:

Elena Ramón Córdova

Materia:

Fisicoquímica I

Tema:

Procesos de adsorción.