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QUÍMICA DE SUPERFICIE

La química física de superficies consiste fundamentalmente en el estudio químico-físico de las interfases derivadas de los tres estados de la materia: sólido, líquido y gas. Cuando se aborda el estudio de un sistema compuesto por varias fases resulta frecuente que se ignoren las zonas de contacto entre las diferentes fases o interfases. Generalmente estas interfasesestarán compuestas por un número muy pequeño de moléculas si se compara con el seno de las distintas fases, y, por tanto, la aproximación de ignorar las interfases estará justificada. Sin embargo, existen muchas situaciones en las que es la interfase la que determina el comportamiento y propiedades del sistema que se estudia. Corrosión, lubricación, catálisis heterogénea, detergencia, sistemascoloidales, procesos electroquímicos, membranas biológicas, etc., son algunas de las situaciones en las que la interfase resulta ser la protagonista de la historia.

LA TENSIÓN SUPERFICIAL

De forma análoga al trabajo implicado en el cambio de volumen de un sistema, el conocido dw = - pdV, existe también un trabajo implicado en el cambio de superficie, y que adquiere especial relevancia en aquellossistemas en los que la superficie es determinante de las propiedades: dw =  dA, siendo  la tensión superficial. Preste atención a los siguientes puntos:

-La tensión superficial es generalmente positiva, lo que quiere decir que hay que hacer trabajo para aumentar la superficie de un sistema.

-Unidades de la tensión superficial ( N/m ó dinas/cm)

-La tensión superficial se puedeconsiderar para cualquier interfase, sin embargo, por razones prácticas, su uso se refiere generalmente a interfases líquido-líquido ó líquido-vapor.

-La tensión superficial de un líquido se refiere generalmente a la de la interfase del líquido con su vapor.

-Valores de la tensión superficial y el valor anormalmente alto del agua.

- Influencia de la temperatura.

FENÓMENO DE ADSORCIÓN
Elfenómeno de adsorción es el proceso por el cual átomos o moléculas de una sustancia que se encuentra en determinada fase, son retenidas en la superficie de otra sustancia, que se encuentra en otra fase. Como resultado de este proceso, se forma una capa de líquido o gas en la superficie de una sustancia sólida o líquida.
Si consideramos una superficie de un material en contacto con aire, los enlaces delmaterial presentan discontinuidades, las cuales tenderán espontáneamente a formar enlaces con la atmósfera que lo rodea, siempre que el proceso sea energéticamente favorable. Dicho de otra manera, si tenemos una superficie sólida con nanoporos, estos poros serán capaces de retener gas de la atmósfera que lo rodea, gracias al fenómeno de adsorción. Los nanoporos son los llamados centros activosdel adsorbente, que tienen fuerzas de enlace entre sus átomos que no están saturadas, de manera que admiten la adsorción de átomos o moléculas del gas que lo rodea.

El mecanismo exacto del proceso de adsorción depende de qué sustancias estén involucradas.

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

Tipos de adsorción

Podemos diferenciar tres tipos de adsorción, dependiendo de qué tipos de fuerzas existan entre el soluto y el adsorbente. Estas fuerzas pueden ser de tipo eléctrico, de fuerzas de Van der Waals o de tipo químico.

Adsorción porintercambio. En este proceso el soluto y el adsorbente se atraen por fuerzas electrostáticas. Dicho de otra manera, los iones del soluto se concentran en la superficie del sorbente, que se halla cargada eléctricamente con signo contrario a los iones del soluto. Si tenemos dos adsorbatos iónicos iguales en varios factores, pero uno con mayor carga que otro, el de mayor carga será el que se adsorbido....