Ingeniero Químico

Ricardo C. Sánchez Bravo
Maestría en Ingeniería de Minerales
25 de enero de 2014
The Inner-Sphere Surface Complex
A Key to Understanding Surface Reactivity
Werner Stumm

RESUMEN
El artículo explica, en general, que los grupos funcionales presentes en la inter-fase
agua/sólido provocan una gran diversidad de reacciones, intercambios o actividades a
través de la formación de enlaces conH+, iones y otros “ligantes”, por lo que entender el
concepto de superficie activa es muy importante para conocer los mecanismos de estos
procesos. Las reacciones en la inter-fase agua/sólido pueden ser descritas en términos de las
propiedades físicas y químicas del agua, del soluto y del absorbente.
Los dos procesos básicos en las reacciones del soluto con las superficies son la formación
deenlaces coordinados y la adsorción hidrofóbica. La adsorción hidrofóbica estaría
controlada por la incompatibilidad de las sustancia hidrofóbicas y no polares con el agua; y
la formación de enlaces se basaría en la generalización de que los sólidos pueden
considerarse como estructuras extensas con superficies que contienen grupos funcionales,
los cuales proveen una gran cantidad deinteracciones con las superficies.
El concepto de superficie activa ha ayudado a entender otros mecanismos como es el de las
reacciones catalíticas a través de enzimas. Es importante destacar que las propiedades de las
superficies son totalmente influenciadas por las moléculas del “bulk”.

QUÍMICA DE COORDINACIÓN DE SUPERFICIES
→ Un catión puede asociarse a una superficie como una esfera externa o unaesfera interna
dependiendo de dónde se forme el enlace químico o en qué punto, un catión de carga
opuesta se acerque a los grupos funcionales en la superficie.
→ En las esferas internas, los grupos de radicales hidroxilo actúan como donantes por lo
que aumentan la densidad de electrones en el ion metal.
→ La absorción de aniones o ácidos débiles en las superficies de óxidos y silicatos soncomparables con las reacciones de formación de complejos en solución (los iones de una
superficie mineral actuarían como un ácido de Lewis y serían capaces de recibir un par de
electrones).

Los principales criterios que caracterizan la formación de complejos en las superficies son:
1.
2.
3.
4.

La adsorción se lleva a cabo en sitios de formación de complejos en la superficie.
Lasreacciones pueden ser explicadas con un balance de materia.
La carga de la superficie resulta de la reacción de adsorción.
El efecto de la carga de la superficie se rige por las leyes del balance de materia.

REACTIVIDAD SUPERFICIAL Y ESTRUCTURA DE SUPERFICE
Muchos de los procesos como son las reacciones químicas, crecimiento de cristales,
disolución de minerales, etc., están controlados por losfenómenos de superficie debido a
que las superficies pueden adsorber moléculas oxidantes o reductoras modificando la
intensidad óxido-reducción. Los mecanismos de reacción en la superficie dependen de las
condiciones en la inter-fase sólido/líquido sobre todo en la estructura electrónica de la
unión, además de la geometría de los sitios reactivos en la superficie. Actualmente se sabe
que losprincipales procesos ocurren dentro del seno de la inter-fase.
→ En la disolución de minerales sólidos, por ejemplo, los reactantes más importantes son
el agua, los iones H+, iones OH-, los ligantes, las moléculas reductoras y oxidantes.
El mecanismo de reacción es el siguiente:
Sitios superficiales + reactantes (H+, iones OH-, ligantes) → especies superficiales
→ metal (forma acuosa) +sitios superficiales.
Así la ecuación que representa la velocidad de disolución de óxidos metálicos se expresa:
R = K * Xa * Pj * S
R = Velocidad de disolución = [ mol / m2 s ]
K = Constante
Xa = Fracción mol de los sitios superficiales activos
S = Concentración de sitios superficiales = [ mol / m2 ]
P = Probabilidad de encontrar un sitio específico

LIGANTES PROMOTORES E INHIBIDORES DE LA...