LA ECUACION DE ADSORCION DE LANGMUIR

¿Qué es la adsorción?La adsorción puede definirse como la tendencia de un

componente del sistema aconcentrarse en la interfase, donde la composición interfacial es diferente a las composiciones correspondientes al seno de las fases.

Hay una clara diferencia entre el fenómeno de adsorción y el de absorción, en el segundo existe una penetración física de una fase en la otra; sin embargo es factible que ambos sucedan simultáneamente, y en este caso puede ser muy difícil separar los efectos de ambos fenómenos, inclusive un fenómeno puede afectar al otro.

DEFINICION DE TERMINOSAdsorbato: Sustancia que se pega (adsorbe) en la

superficie. Adsorbente: Superficie sobre la que sucede la

adsorción. x: Cantidad de adsorbato adsorbida en una cantidad

dada deadsorbente. m: Cantidad de adsorbente sobre la que sucede la

adsorción. x/m = y Cantidad adsorbida por gramo de adsorbente. ym: Cantidad adsorbida por gramo de adsorbente en

la monocapa. Σ Área superficial específica del adsorbente (m2/g).

LA ECUACION DE ADSORCION DE LANGMUIRConsidera Langmuir que el proceso de

adsorción consiste en dos acciones opuestas, una es la condensación de las moléculas de la fase gaseosa sobre la superficie y la otra evaporación de las moléculas de la superficie.

MECANISMO DE ADSORCION DE LANGMUIR Cuando comienza la adsorción cada molécula

que choca sobre la superficie puede condensarse, pero se debe esperar que se absorban las moléculas del gas que chocan sobre partes de la superficie no cubiertas por las moléculas ya adsorbidas. Esto origina que la velocidad inicial de condensación de las moléculas sea muy alta y comience luego a decaer.

MECANISMO DE ADSORCION DE LANGMUIR De otro lado, una molécula adsorbida puede

escapar debido a su agitación térmica, tendencia que va en aumento como la superficie se va completando con la capa monomolecular del gas . Las dos velocidades de condensación y de vaporización llegan a igualarse en el equilibrio.

DEMOSTRACION DE LA ECUACION DE LANGMUIR1.- Langmuir intenta explicar la isoterma Tipo

I, como una adsorción en monocapa (monomolecular) en la cual gracias al equilibrio adsorción-desorción no hay formación de monocapas.

2.- El límite de capacidad del adsorbente es cuando la monocapa está completa(región asintótica en la gráfica).

DEMOSTRACION DE LA ECUACION DE LANGMUIR3.- La velocidad de adsorción o condensación

es proporcional a P y a la fracción de superficie no cubierta. Por la teoría cinética:

4.- En tanto que la velocidad de desorción o evaporación solo depende de la fracción de superficie cubierta.

DEMOSTRACION DE LA ECUACION DE LANGMUIR5.- En el equilibrio de adsorción – desorción

se tiene que ():

6.- Si despejamos la fracción de superficie cubierta (; dividimos entre y definiendo

=

DEMOSTRACION DE LA ECUACION DE LANGMUIR7. A presiones bajas la cantidad adsorbida es

directamente proporcional a la presión:)

(ECUACION DE LANGMUIR)8. A presiones altas en cambio se alcanza el límite

de la capacidad del adsorbente( monocapa completa)

9. A presiones intermedias la cantidad adsorbida depende del coeficiente de adsorción o constante de equilibrio (b) y por tanto también de la temperatura.

DEMOSTRACION DE LA ECUACION DE LANGMUIR10.- Dando forma la ecuación se expresa así:

Al graficar P/y vs P debe resultar una línea recta cuya pendiente es b/a y su ordenada en el origen vale 1/a.

Donde: P:presion a y b: constantes y : la cantidad de gas adsorbido por unidad de área o por unidad de masa del adsorbente

GRAFICA DE LA ECUACION DE ADSORCION DE LANGMUIR

Problemas al aplicar la ecuación de LangmuirNo uniformidad de sitios en la superficie.Las Superficies en los que la adsorción es

dependiente de la temperatura (microporos).

El Calor de adsorción cambia.Las interacciones entre moléculas de

adsorbato en la superficie del adsorbente.Fenómenos de condensación capilar y de

adsorción en multicapa (caso de carbones activados).

El método de B-E-T se basa en los postulado antes, para lo cual hay una justificación considerable, esto es, que en la adsorción de gases que presentan isotermas de tipo II en un punto en el cual el volumen adsorbido necesario para dar una capa monomolecular del gas sobre la superficie. Este volumen corresponde a Vm. De ser así el área de un sólido para un peso definido.

Donde:A: El área expresada en

R= Constante de los gases ideales. N= Constante de Avogadro.S= Área ocupada sobre la superficie por una molécula de gas

Determinación del área superficial de los sólidos.

Se grafica:

Se deduce que el área superficial es proporcional a la pendiente de la siguiente manera:

Por el método de Harkins y Jura.

TIPOS DE ABSORBENTES1. Carbón activado: adsorción de sustancias orgánicas e

inorgánicas.

2. Gel de sílice: deshidratar gases líquidos y fraccionar hidrocarburos.

3. Alúmina activada: secar gases y líquidos.

4. Zeolitas tipo tamiz molecular: separación de hidrocarburos y de mezclas.

5. Polímeros o resinas sintéticas: adsorber compuestos

organicos no polares de soluciones acuosas.

Adsorbentes:

APLICACIONES:EXTRACCION DE HUMEDAD DEL AIRE COMPRIMIDO

ADSORCION DE METALES PESADOS POR CARBON ACTIVADO

GENERADOR DE NITROGENO