Adsorción

Adsorción, donde hay partículas de adsorbato y una superficie adsorbente.

La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas de gases, líquidos o sólidos disueltos son atrapados o retenidos en una superficie,[2] El proceso inverso a la adsorción se conoce como desorción.

Definición de la IUPAC

Incremento en la concentración de una sustancia en la interfaz de un condensado y una capa líquida o gaseosa debido a la operación de las fuerzas de superficie.

Nota 1: La adsorción de proteínas es de gran importancia cuando un material está en contacto con sangre o fluidos corporales. En el caso de sangre, albúmina, la cual es ampliamente predominante, es generalmente primero adsorbida, y entonces el reordenamiento ocurre en favor de otras proteínas menores acorde a la afinidad de la superficie frente a la selección de la ley de masas ( efecto Vroman).

Nota 2: Las moléculas adsorbidas son aquellas que son resistentes al lavado con el mismo medio disolvente en el caso de adsorción de soluciones. Las condiciones de lavado pueden así modificar los resultados de medición, particularmente cuando la energía de interacción es baja.[3]

En química, la adsorción de una sustancia es la acumulación de una sustancia en una determinada superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o líquido.

Considérese una superficie limpia expuesta a una atmósfera gaseosa. En el interior del material, todos los enlaces químicos (ya sean iónicos, covalentes o metálicos) de los átomos constituyentes están satisfechos. En cambio, por definición la superficie representa una discontinuidad de esos enlaces. Para esos enlaces incompletos, es energéticamente favorable el reaccionar con lo que se encuentre disponible, y por ello se produce de forma espontánea.

La naturaleza exacta del enlace depende de las particularidades de los especímenes implicados, pero el material adsorbido generalmente se clasifica como fisisorbido o quimisorbido.

La cantidad de material que se acumula depende del equilibrio dinámico que se alcanza entre la tasa a la cual el material se adsorbe a la superficie y la tasa a la cual se evapora, y que normalmente dependen de forma importante de la temperatura. Cuanto mayor sea la tasa de adsorción y menor la de desorción, mayor será la fracción de la superficie disponible que quedará cubierta por material adsorbido en el equilibrio.

El carbón activo es utilizado como adsorbente.

Para estos procesos, resultan interesantes los materiales con una gran superficie interna, (y por lo tanto poco volumen) ya sea en polvo o granulados, como el carbón activo, y llevan asociados otros fenómenos de transporte de material, como el macro transporte y micro transporte de los reactivos.

La adsorción por carbón activado es una tecnología bien desarrollada capaz de eliminar eficazmente una amplia gama de compuestos tóxicos, produciendo un efluente de muy alta calidad.

Tipos de adsorción

Los tipos de adsorción según la atracción entre soluto y adsorbente son:[4]

  • Adsorción por intercambio: Ocurre cuando los iones de la sustancia se concentran en una superficie como resultado de la atracción electrostática en los lugares cargados de la superficie (p. ej. en las cercanías de un electrodo cargado).
  • Adsorción física o fisisorción: Se debe a las fuerzas de Van der Waals, y la molécula adsorbida no está fija en un lugar específico de la superficie; por ello es libre de trasladarse en la interfase.
  • Adsorción química o quimiosorción: Ocurre cuando el adsorbato forma enlaces fuertes en los centros activos del adsorbente.

Fisisorción

La fisisorción es la forma más simple de adsorción, y se debe a débiles fuerzas atractivas, generalmente fuerzas de Van der Waals (véase fuerzas dispersivas). Dado que estas fuerzas son omnipresentes, resulta que cualquier superficie limpia expuesta al ambiente rápidamente acumula una capa de material fisisorbido.

Quimisorción

La quimisorción ocurre cuando se forma un enlace químico, definido en este caso como un intercambio de electrones. El grado de intercambio y lo simétrico que sea dependen de los materiales involucrados. A menudo hay un paralelismo con las situaciones encontradas en química de coordinación. La quimisorción es particularmente importante en la catálisis heterogénea -la forma más común en la industria-, donde un catalizador sólido interacciona con un flujo gaseoso, el reactivo o los reactivos, en lo que se denomina reacción en lecho fluido. La adsorción del reactivo en la superficie del catalizador crea un enlace químico, alterando la densidad electrónica alrededor de la molécula reactivo y permitiendo reacciones que normalmente no se producirían en otras circunstancias. No hay que confundir quimisorción con ataque superficial; la corrosión no es una quimisorción pero sí un ataque superficial.

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