Superficies De Carbonos

Adsorción física de gases y vapores por carbones

3. Evaluación de superficies de carbones

3.1. Introducción

La superficie es el parámetro más importante que caracteriza y diferencia los sólidos entre si desde el punto de vista de su capacidad adsorbente. Su evaluación se suele realizar a partir de las isotermas de adsorción de gases y vapores.
Los métodos para el análisis teórico delos datos experimentales de adsorción para la evaluación de superficies están divididos, a grandes rasgos, en dos grandes grupos. El primero de ellos incluye todos aquellos métodos que permiten determinar la cantidad de sustancia adsorbida por unidad de masa del adsorbente, necesario para la formación de una monocapa molecular continua sobre el sólido. Los métodos del segundo grupo estánorientados, por el contrario, a la medida directa de la superficie del adsorbente.
3.2. Área cubierta por el adsorbato
La superficie específica (S) puede calcularse a partir de la capacidad de la monocapa (Vm) a partir de la expresión:
S=Vm22141*N*Am*10-20
donde Vm se expresa en cm3 de adsorbato en condiciones normales de presión y temperatura por gramo de adsorbente, N es el número de Avogadro, y Ames el área ocupada por cada molécula de adsorbato en amgstrom cuadrados.
Emmett y Brunauer proponen que Am sea calculado a partir de la densidad del adsorbato en su estado líquido o sólido. Proponen que Am sea evaluada como:
Am=1.091MN*d2/3
donde M es el peso molecular del adsorbato y N tienen el significado habitual, y d es la densidad del adsorbato líquido o sólido.
Hill, sin embargo,prefiere usar datos de constantes criticas para el cálculo de Am
Am=6.354TcPc2/3
siendo Tc la temperatura critica y Pc la presión crítica del adsorbato.
3.3. Significado de Vm. La regla de Gurvistch
En los microporos se produce una exaltación del potencial de adsorción debido a la proximidad de las paredes de los mismos. Esto conlleva que, aun a bajas presiones relativas, ocurra el llenado de losmicroporos con el adsorbato como líquido. Este llenado se contabiliza en el valor de Vm.
Los adsorbentes microporosos cuyas isotermas de adsorción son del tipo I, obedecen la llamada regla de Gurvistch, según la cual, para un mismo adsorbente, la cantidad de gas o vapor adsorbido, expresado como volumen de líquido, a presiones cercanas a la saturación, es muy parecida cualquiera que sea eladsorbato.
La capacidad de la monocapa (Xm) puede expresarse como:
Xm=S*MAm*N
En una isoterma tipo I, la cantidad de gas, expresada como gramos de adsorbato por gramo de adsorbente, a una presión relativa cercana a la de saturación (Xs), viene igualmente dada por:
Xs=S*MAm*N
Am se puede relacionar, entre otros parámetros, con el factor de empaquetamiento de las moléculas en el liquido (f), con elvolumen molar del adsorbato (V) y con la densidad del adsorbato líquido (d), por lo que se puede sustituir en la ecuación anterior se obtiene que:
Xsd=Sf*N1/3*V1/3
La regla de Gurvistch señala que Xs/d (volumen de líquido a presiones cercanas a la de saturación) es constante para distintos adsortivos, lo que implica que
Sf*N1/3*V1/3=constante
La regla de Gurvistch se cumple en numerosos casos,en un principio es difícil imaginar que las cantidades adsorbidas en saturación sean independientes de la naturaleza del adsorbato utilizado, ya que parece lógico esperar que, debido a que siempre existe en el sólido una distribución de tamaños de poros, aquéllas reflejarán las posibles propiedades de tamiz molecular del sólido que se estudie.
3.4. Métodos de cálculo de la capacidad de lamonocapa para evaluar la superficie especifica
3.4.1 Método de Langmuir (1918)
Langmuir idealiza la superficie de un sólido al considerarlo como una serie de centros activos dispuestos bidimensionalmente, cada uno de los cuales es capaz de adsorber una sola molécula. Cualquiera de estos sitios activos tiene igual probabilidad de adsorber la molécula que llega a la superficie.
Langmuir centró su...