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Adsorción en Sólidos Mesoporosos.

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Adsorción en Sólidos Mesoporosos.

3.1

Introducción
El término adsorción parece haber sido introducido por Kaiser1 en 1881 para

connotar la condensación de gases sobre superficies libres, a diferencia de la absorción
gaseosa en donde las moléculas del gas penetran dentro del sólido. La adsorción
(estrictamente, adsorción física) ha sido definida por laIUPAC como el enriquecimiento
(es decir, adsorción positiva o simplemente adsorción) o el vaciamiento (adsorción
negativa) de uno o más componentes en una interfase. En realidad, en 1909, McBain2
propuso el término sorción para abarcar tres tipos de fenómenos: la adsorción sobre las
superficies, la absorción dentro del sólido y la condensación capilar que ocurre en el
interior de los poros. Pero,quizás por razones de eufonía, el término nunca fue utilizado
ampliamente y la palabra adsorción es frecuentemente utilizada para denotar
indistintamente la condensación capilar o la adsorción en superficies.

3.2 La isoterma de adsorción
Cuando un sólido poroso, como por ejemplo un carbón es expuesto en un recipiente
cerrado a un gas a una dada presión, el sólido comienza a adsorber al gas. Elproceso es
acompañado de un aumento en el peso del sólido (el que puede ser medido suspendiendo
la muestra en una balanza) y una disminución de la presión. Esto continúa hasta que luego
de un tiempo la presión se estabiliza en un valor p y el peso del sólido alcanza su valor

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La isoterma de adsorción.

máximo. A partir de la caída de presión, conociendo los volúmenes de la muestra y elrecipiente y utilizando la ley del gas ideal podemos determinar la cantidad de gas adsorbido.
En esta clase de experimentos el material realmente adsorbido por el sólido (el
adsorbente) es llamado el adsorbato, para distinguirlo del adsortivo término que se le da al
material en la fase gas que es potencialmente capaz de ser adsorbido (Figura 3-1).

Adsortivo

Adsorbato

Adsorbente

Figura 3-1: Esquemaque ilustra la diferencia entre el adsorbente, el adsorbato y el adsortivo.

La adsorción se produce por las fuerzas de interacción entre el sólido y las moléculas
del gas. Básicamente estas fuerzas son de dos clases: físicas y químicas, las que dan lugar a
la fisiadsorción y a la quimisorción respectivamente. En la adsorción física las
interacciones predominantes son de tipo van der Waals,mientras que en la adsorción
química las interacciones semejan enlaces químicos. Esto da lugar a entalpías de adsorción
muy diferentes: alrededor de -20 kJ/mol para la fisiadsorción y cerca de -200 kJ/mol para
la quimiadsorción. En este trabajo, salvo aclaración en el sentido contrario nos referiremos
a la adsorción física.
La cantidad de gas adsorbido por la muestra es proporcional a la masa m dela
muestra, y depende de la temperatura T, la presión p del vapor y de la naturaleza del sólido
y del gas. Con lo que si n es la cantidad de gas adsorbido, expresado en moles por gramo de
sólido tenemos que:

n = f ( p , T , gas , solido )

(3.1)

Para un dado gas adsorbido sobre un determinado sólido mantenido a una temperatura
constante, la Ec. (3.1) se simplifica a:

n = f ( p )T , gas , solido(3.2)

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La isoterma de adsorción.

Si la temperatura es mantenida por debajo de la temperatura crítica de condensación del
vapor podemos escribir la ecuación anterior como:

n = f ( p / p0 )T , gas , sólido

(3.3)

la cual es una forma más usual. Aquí p 0 es la presión de saturación del vapor del gas. Las
ecuaciones (3.2) y (3.3) son las expresiones generales que definen la isoterma deadsorción,
es decir, la relación a temperatura constante entre la cantidad de gas adsorbido y la presión
(o la presión relativa p/p 0 ).
En la literatura del área podemos encontrar miles de isotermas de adsorción
medidas sobre una amplia variedad de sólidos porosos. A pesar de tal diversidad la mayoría
de estas isotermas, las cuales son el resultados de una adsorción física, pueden ser
agrupadas...