Fisisorción y quimisorción

Adsorción es el proceso mediante el cual gases o vapores se adhieren a las superficies sólidas, y posteriormente, pueden liberarse en el caso de la desorción. El sólido que facilita este fenómeno se conoce como adsorbente. La molécula de gas o vapor antes de su adhesión a la superficie sólida se llama adsorptivo, y una vez unida a dicha superficie, se le denomina adsorbato.

Descripción

Descripción

Fundamento

Fundamento

Instrumentación

Instrumentación

Ventajas

Ventajas

Quimisorción

Fisisorción

Limitaciones

Limitaciones

Aplicaciones

Aplicaciones

Referencias

Descripción de la técnica

La fisisorción es una técnica utilizada para estudiar la adsorción física de gases o vapores en la superficie de materiales porosos. A diferencia de la quimisorción, en la fisisorción no hay formación de enlaces químicos entre la superficie del sólido y la molécula adsorbida. En cambio, se basa en fuerzas de Van der Waals y otras interacciones físicas.

Fundamento de la técnica

La fisisorción se rige principalmente por interacciones intermoleculares débiles, como las fuerzas de Van der Waals y las fuerzas dipolo-dipolo. Se estudia para entender la capacidad de adsorción de materiales porosos y su área superficial. Las fuerzas de Van der Waals son interacciones atractivas entre dipolos eléctricos permanentes. Estas fuerzas son de naturaleza débil pero acumulativamente significativas, permitiendo la adsorción física de moléculas gaseosas o vapores en las superficies sólidas.

Instrumentación

Los instrumentos utilizados para la fisisorción incluyen analizadores de superficie específica, como el analizador de área superficial por adsorción/desorción de gases (BET), que mide la cantidad de gas adsorbido en función de la presión y la temperatura. Esta técnica se utiliza para determinar la superficie específica y la distribución de tamaño de poro de materiales porosos, permitiendo una comprensión detallada de sus propiedades físicas y su capacidad de adsorción.

Ventajas de la técnica

• Proporciona información sobre la área superficial y la porosidad de los materiales.
• Útil para caracterizar materiales porosos y evaluar su capacidad de adsorción de gases.

Limitaciones

• Tipos de Material: Ideal para materiales porosos como zeolitas, carbones activados y sólidos mesoporosos.
• Sensibilidad: La sensibilidad puede ser limitada en comparación con técnicas de quimisorción para estudiar interacciones más fuertes.

Aplicaciones

• Tipo de Muestra: Materiales porosos como zeolitas, carbones activados, óxidos mesoporosos.
• Preparación: La muestra debe estar preparada y activada para garantizar una adsorción uniforme en la superficie.
• Medición: Se mide la cantidad de gas adsorbido en función de la presión y la temperatura, y se utilizan modelos como la isoterma de adsorción BET para obtener información cuantitativa.
• Resultados: Proporciona datos sobre la área superficial específica, volumen de poros, y distribución del tamaño de poro.

Descripción de la técnica

La quimisorción es una técnica analítica utilizada para estudiar la interacción entre átomos o moléculas adsorbentes y una superficie sólida. En este proceso, los átomos o moléculas se unen químicamente a la superficie del material sólido, formando enlaces fuertes. Esta técnica es crucial en la caracterización de catalizadores y materiales utilizados en reacciones químicas, ya que proporciona información detallada sobre la adsorción y desorción de especies químicas en la superficie.

Fundamento de la técnica

La quimisorción se basa en la formación de enlaces químicos entre los átomos o moléculas adsorbentes y los sitios activos de la superficie del material. La cantidad de sustancia adsorbida se mide y se utiliza para entender la afinidad y la capacidad de adsorción del material hacia las especies químicas.

Instrumentación

La composición de la atmósfera en la celda de muestra se analiza in situ utilizando espectrómetros de masas y espectrómetros de fotoelectrones de rayos X para identificar las especies adsorbidas y comprender los cambios en la superficie del sólido. Para estudiar la desorción, se emplea la técnica de desorción térmica (TDS). La muestra se calienta gradualmente, y las especies adsorbidas son liberadas y analizadas, proporcionando información sobre la energía de enlace y la cinética de desorción.

Ventajas

• Proporciona información detallada sobre la interacción a nivel molecular.
• Permite estudiar la cinética de adsorción/desorción.
• Identificación específica de los sitios activos en la superficie.

Limitaciones

• Tipos de material: La quimisorción es más efectiva en materiales con sitios activos para la adsorción, y no todos los materiales son adecuados para este análisis.
• Sensibilidad: La sensibilidad de la técnica puede variar según el tipo de material y la especie química analizada.

Aplicaciones

• Tipo de Muestra: Catalizadores, materiales porosos, superficies de reactores químicos.
• Preparación: Preparación de la muestra incluye la limpieza y activación de la superficie del material.
• Medición: Se mide la cantidad de especies químicas adsorbidas utilizando técnicas analíticas avanzadas como espectroscopía de masas o fotoemisión de rayos X.
• Resultados: Proporciona información sobre la cantidad de átomos o moléculas adsorbidos, la energía de adsorción, y la cinética del proceso.