Adsorción y Termodinámica de Superficies
Las superficies almacenan un exceso de energía libre como tensión superficial, y las moléculas se acumulan en las interfases mediante adsorción, descrita por isotermas que relacionan la cobertura de la superficie con la presión o la concentración.
Definition
La adsorción es la acumulación de moléculas en una interfase, y la termodinámica de superficies es la descripción termodinámica de las interfases a través de la tensión superficial, la energía libre superficial y las relaciones que rigen las superficies curvas y adsorbentes.
Scope
Este tema abarca la termodinámica de las interfases y el fenómeno de la adsorción: tensión superficial y energía libre superficial, las ecuaciones de Young-Laplace y Kelvin para interfases curvas, y la isoterma de adsorción de Gibbs que relaciona el exceso superficial con los cambios en la tensión superficial. Desarrolla las isotermas de adsorción, incluyendo el modelo de Langmuir para la adsorción en monocapa y la extensión BET a multicapas, la distinción entre fisisorción y quimisorción, y la medición del área superficial. El papel catalítico de la adsorción se vincula con la cinética, y los fenómenos coloidales y de autoensamblaje se tratan en temas relacionados.
Core questions
- ¿Cómo surge la tensión superficial como el costo de energía libre de crear una interfase?
- ¿Cómo relaciona la isoterma de adsorción de Gibbs el exceso superficial con la tensión superficial?
- ¿Cómo describen las isotermas de Langmuir y BET la adsorción en monocapa y multicapa?
- ¿Qué distingue la fisisorción de la quimisorción?
Key concepts
- Tensión superficial y energía libre superficial
- Ecuaciones de Young-Laplace y Kelvin
- Isoterma de adsorción de Gibbs
- Isotermas de Langmuir y BET
- Fisisorción versus quimisorción
Key theories
- Isoterma de adsorción de Langmuir
- Modelar una superficie como una matriz fija de sitios equivalentes y no interactuantes produce una cobertura que aumenta con la presión o concentración y se satura en una monocapa completa, el modelo de referencia para la adsorción.
- Isoterma de adsorción de Gibbs
- La cantidad de un soluto que se acumula en una interfase se relaciona termodinámicamente con la forma en que el soluto disminuye la tensión superficial, lo que explica por qué los agentes tensioactivos se concentran fuertemente en las interfases.
Clinical relevance
La adsorción y la termodinámica de superficies rigen la catálisis heterogénea, el almacenamiento y la separación de gases por materiales porosos, la acción de detergentes y surfactantes, la separación cromatográfica, la medición del área superficial de catalizadores y productos farmacéuticos, y la humectación y capilaridad en suelos y tejidos biológicos.
History
Gibbs fundó la termodinámica de superficies en la década de 1870; el estudio de Langmuir sobre monocapas y adsorción en la década de 1910, reconocido con el Premio Nobel de 1932, y la teoría de multicapas de Brunauer-Emmett-Teller de 1938 establecieron el análisis cuantitativo de la adsorción y el área superficial.
Key figures
- Irving Langmuir
- J. Willard Gibbs
- Stephen Brunauer
Related topics
Seminal works
- langmuir1916
- adamson1997
Frequently asked questions
- ¿Cuál es la diferencia entre fisisorción y quimisorción?
- La fisisorción implica una atracción débil de van der Waals, es fácilmente reversible y puede acumular múltiples capas, mientras que la quimisorción forma enlaces químicos reales con la superficie, es mucho más fuerte, generalmente limitada a una monocapa y es fundamental para la catálisis.
- ¿Por qué la tensión superficial hace que las pequeñas gotas sean esféricas?
- La tensión superficial es el costo energético del área de la interfase, por lo que un sistema minimiza su energía libre al minimizar el área superficial; para un volumen dado, la esfera tiene la menor área superficial, razón por la cual las gotas libres adoptan esa forma.