Isotermas de adsorción

El fenómeno de la congregación de la mayor concentración de cualquier especie molecular sobre una superficie que la aglomeración de un sólido (o líquido) se denomina adsorción . Se ocupa de la química en el rango que separa dos fases a granel. Este rango también se conoce como superficie e interfaz. △H y △S de adsorción son negativos. La mayoría de los procesos de adsorción son exotérmicos, por lo tanto, la adsorción disminuye al aumentar la temperatura.

1. El adsorbente es un extracto en la superficie que tiene adsorción en su superficie.
2. El adsorbato es el tipo que se concentra o acumula en la superficie.
3. En la adsorción, la concentración del adsorbente aumenta solo en la superficie del adsorbente, mientras que en la absorción, la concentración es uniforme en toda la masa del sólido. La adsorción es un fenómeno superficial , mientras que la absorción es un fenómeno masivo , por ejemplo, los vapores de agua son absorbidos por CaCl anhidro, pero adsorbidos por gel de sílice.
4. El término sorción se usa cuando los procesos de adsorción y adsorción ocurren simultáneamente.
5. La desorción es el proceso de eliminar una sustancia adsorbida de la superficie sobre la que se adsorbe.

Factores que afectan la adsorción de gases en sólidos

• Naturaleza del adsorbente Cuanto mayores son las fuerzas de deformación sobre la superficie, mayor es el caso en que la adsorción tiene lugar en la superficie. Los adsorbentes activados tienen un alto poder de adsorción.
• El área superficial del adsorbente Cuanto mayor es el área superficial, mayor es la adsorción.
• Naturaleza del gas que se adsorbe Gases fácilmente licuables como NH ₃ , HCl, Cl ₂ , SO ₂ , CO ₂ etc. (cuya temperatura crítica es alta) se adsorbe en mayor medida.
• Presión La adsorción aumenta con el aumento de la presión. El efecto de la presión es grande a bajas temperaturas.
• Temperatura Dado que la adsorción es un proceso exotérmico, de acuerdo con el principio de Le-Chatelier, la adsorción disminuye con el aumento de la temperatura.

Isoterma de adsorción

La cantidad de adsorción de un gas por unidad de masa del adsorbente depende de la presión del gas. La relación entre la cantidad de adsorbente a temperatura constante y la presión (o concentración para una solución) del gas en equilibrio se denomina isoterma de adsorción . 

Puede expresarse como una ecuación o una curva gráfica (o diagrama). La cantidad de adsorción generalmente se expresa como x/m donde x es la masa del adsorbente y m es la masa del adsorbente. El tipo más simple de adsorción es

Está claro a partir de la figura que el límite de adsorción (x/m) aumenta a medida que aumenta la presión y alcanza un máximo correspondiente a la presión P, que se denomina presión de equilibrio. Dado que la adsorción es un proceso reversible, la adsorción tampoco ocurre simultáneamente. A esta presión (P), el volumen del gas adsorbido se vuelve igual al volumen del gas deshidratado, de modo que la cantidad de adsorbente permanece constante incluso cuando se aumenta la presión. Este estado se llama estado de saturación y P se llama presión de saturación. Los científicos han tratado de explicar la adsorción en términos de alguna relación matemática empírica llamada isoterma de adsorción. 

 Isoterma de adsorción de Freundlich

La variación del grado de adsorción (x/m) con la presión (P) a una temperatura particular fue dada matemáticamente por Freundlich en 1909. A partir de la isoterma de adsorción dibujada, las siguientes observaciones pueden hacerse fácilmente como:

• A baja presión: El gráfico es una línea casi recta que indica que m es directamente proporcional a la presión. Esto puede expresarse como-

x/m ∝ P 

o 

x/m = kP                                                                                                                                                                   … (yo)

donde k es una constante.

• A alta presión: el gráfico se vuelve casi constante, lo que significa que se vuelve independiente de la presión. Esto puede expresarse como-

x/m ∝ constante 

o 

x/m ∝ P ^° (P ^° = 1)                                                                                                                                                    … (ii)

x/m = kP ^°

• Por lo tanto, en el rango intermedio de presión, x/m dependerá de la potencia de la presión que está entre 0 y 1, es decir, potencia fraccionaria en el rango de 0,1 a 0,5). Esto puede expresarse como presión (rango probable de 0,1 a 0,5). Esto se puede expresar como:

x/m ∝ PAG ^1/n

 x/m = kP ^1/n                                                                                                                                                         … (iii)

donde n puede tomar cualquier valor de número entero que depende de la naturaleza del adsorbato y del adsorbente. La relación anterior también se denomina isoterma de adsorción de Freundlich.

• Cálculo de k y n de la isoterma de adsorción: Las constantes y n se pueden determinar como se explica a continuación:

Tomando logaritmos a ambos lados de la Ec. (iii), obtenemos

log(x/m)= log k + (1/n) log P                                                                                                                            … (iv)

Así, si trazamos una gráfica entre log (x/m) en y (ordenada) y log P, en el eje x (abscisa), se obtendrá una línea recta. Esto también muestra la validez de la isoterma de Freundlich. La pendiente de la línea es igual a Un y la intersección es igual a log k.

Limitaciones de la isoterma de adsorción de Freundlich: La isoterma de adsorción de Freundlich falla a la alta presión del gas. Por lo tanto, esta relación se considera aproximada y es aplicable solo a bajas presiones. Irving Langmuir derivó una isoterma de adsorción simple sobre las consideraciones teóricas basadas en la teoría cinética de los gases. Esto se denomina isoterma de adsorción de Langmuir.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1. Distinguir entre los significados de las palabras adsorción y absorción. Dé un ejemplo cada uno.

Responder:

La adsorción es un fenómeno en el que la concentración de otra sustancia es mayor en la superficie que en el bulto. La absorción es un fenómeno en el que las moléculas de una sustancia se distribuyen uniformemente por todo el cuerpo de otra sustancia. Por ejemplo, el gel de sílice absorbe vapor de agua mientras que el cloruro de calcio anhidro absorbe agua.

Pregunta 2. Indique por qué el material bien dividido suele ser enfático como adsorbente.

Responder:

Los materiales finamente divididos tienen más área superficial y, por lo tanto, más adsorción.

Pregunta 3. ¿Por qué los soles coloidales liófilos son mucho más estáticos que los soles coloidales liofóbicos? 

Responder:

Los soles coloidales liófilos son muy estáticos porque están muy hidratados en solución.

Pregunta 4. Proporcione una prueba para distinguir si la emulsión dada es del tipo aceite en agua o del tipo agua en aceite.

Responder:

Puede ser identificado por prueba de dilución. Así, la emulsión se diluye con agua. Si la emulsión se diluye con agua, significa que el agua sirve como medio de dispersión y es un ejemplo de una emulsión de aceite en agua. Si no está diluido, el aceite sirve como medio de dispersión y este aceite es un ejemplo de agua en emulsión.

Pregunta 5. ¿Qué se observa cuando se agrega cloruro de sodio a una solución coloidal de hidrrust férrico?

Responder:

Cuando se agrega cloruro de sodio al sol de hidrrust férrico, el sol. acumula Esto se debe a que los iones Cl ^– del NaCl neutralizan la carga positiva del sol de Fe(OH).

Pregunta 6. ¿Cuál es la diferencia entre sol y gel?

Responder:

En sol, el medio de dispersión es líquido y la fase de dispersión es sólida. En cambio, en un gel, la refracción al estado sólido y disperso es líquida.

Pregunta 7. ¿Cuál es el signo en △H y △S cuando un adsorbente adsorbe gas?

Responder:

La adsorción es un proceso exotérmico, por lo que △H siempre es negativo y △S también lo es porque después de la adsorción del gas, la entropía disminuye.