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ISOTERMAS DE ADSORCIÓN
Adsorción
Acumulación de una sustancia (líquida o gas) sobre la superficie de un sólido.
En la interfase, la concentración de la sustancia es mayor que en el resto de la solución
Adsorbente
Adsorbato o soluto
Tipos de adsorción Fisisorción: la
especie fisisorbida conserva su naturaleza química
Quimisorción la especie quimisorbida se transforma a una especie diferente
Tipos de Adsorción
Adsorción Física Adsorción Química
Fuerzas de van der Waals Exotérmico (1 – 10
kcal/mol) Rápida Reversible Formación de multicapas Todos los sólidos y en
toda la superficie Poca selectividad Dependencia lineal con T
Enlaces químicos Exotérmico (10 – 100
kcal/mol) Lento Irreversible Sólo una capa Se presenta en algunos
sólidos y sitios específicos Gran selectividad Dependencia exponencial
con T
Características de los adsorbentes
Gran área superficial.
Estructura porosa para facilitar transporte a sitios activos.
Isoterma de Adsorción
La relación entre la cantidad de sustancia adsorbida en el electrodo por unidad de área, la actividad en la solución y el estado eléctrico del sistema a una temperatura dada se llama isoterma de adsorción.
Isoterma de Adsorción
En otras palabras… Es la relación, de la cantidad de
adsorbato adsorbido por unidad de masa de adsorbente, con respecto a la concentración de adsorbato en el equilibrio
Ecuación general
La energía libre estándar de adsorción que es función del potencial químico está definida como:
Así la forma general de una isoterma de adsorción está dada por la ecuación:
Modelos de Isotermas de Adsorción Existen diferentes modelos específicos
para la relación entre la actividad del adsorbato y la concentración superficial de exceso. Estos modelos son:Isoterma de Langmuir
○ Isoterma logarítmica de Temkin○ Isoterma de Frumkin
Isoterma de Freundlich
Isoterma de Langmuir
No hay interacciones del adsorbato sobre la superficie del electrodo.
No hay heterogeneidad de la superficie.
A altas concentraciones del soluto en la disolución
Isoterma de Langmuir La isoterma de Langmuir puede ser
escrita en términos de la concentración de especies en disolución:
Si dos especies, i y j, son adsorbidas competitivamente,
Isoterma de Langmuir
Forma lineal
Forma gráfica
Isoterma logarítmica de Tempkin
Si hay interacciones entre las especies adsorbidas, la energía de adsorción se vuelve una función de la cobertura de la superficie
Isoterma de Frumkin
También considera interacciones entre especies adsorbidas
Esta isoterma surge de la suposición que la energía libre de adsorción se relaciona linealmente con la concentración superficial de exceso
Isoterma de Freundlich
Los sistemas que siguen este modelo, la adsorción ocurre con formación de multicapas
La ecuación también se puede representar de manera lineal
Isoterma de Freudlich
Forma lineal
Forma gráfica
Isotermas de adsorción para gases
Representación esquemática de isotermas de adsorción
Velocidad de adsorción
Depende de las condiciones de operación (flujo, T, n, P), de la configuración del sistema (intermitente, columna, etc.) y del tamaño del equipo. Estos efectos se dividen en:
Los mecanismos de transporteLos efectos de mezclado
Mecanismos de transporte Resistencia de la
película que rodea al adsorbente
Resistencia a la difusión en el seno del adsorbente
Resistencia a la difusión dentro del poro
Resistencia a la reacción en la superficie
Efectos de mezclado
A velocidades de adsorción rápidas, el equilibrio se da en la superficie del electrodo y la cantidad adsorbida está relacionada con la concentración.
Y la velocidad de acumulación en el equilibrio está controlada por la velocidad de transferencia de masa.
Efecto de la adsorción de especies electroinactivas
Se llama “obtener basura en el electrodo” y ocurre frecuentemente.
Inhibe o “envenena” la reacción en el electrodo.
En electrodos sólidos hay un cambio lento en la respuesta electroquímica con el tiempo.
Los metales forman capas de oxígeno o monocapas de óxidos o hidrógeno adsorbido.
Efecto de la adsorción de especies electroinactivas
Hay un comportamiento reproducible con un programa de “potencial steps”
Se usan valores donde ocurre la desorción de impurezas o donde se formen y reduzcan las películas de óxido
A este proceso se le llama “activación” de la superficie del electrodo
Efecto de la adsorción de especies electroinactivas
Fuentes
Electrochemical methods, fundamentals and applications, Allen J. Bard,
www.uco.es/~iq2sagrl/TranspAdsGases.pdf
http://docencia.izt.uam.mx/sgpe/files/users/uami/sho/Adsorcion.pdf
http://www.cnea.gov.ar/xxi/ambiental/iberoarsen/docs/taller08/
www.agua.uji.es/pdf/leccionHQ17.pdf
