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Danza molecular: ¿Cómo ocurre la adsorción silenciosamente en la naturaleza?
La adsorción es el proceso mediante el cual los átomos, iones o moléculas de una sustancia en un gas, líquido o sólido disuelto se adhieren a una superficie. Este proceso forma una película delgada llamada adsorbato en la superficie del adsorbente. La adsorción es diferente de la absorción, en la que un líquido (absorbente) se disuelve o penetra en un líquido o sólido (absorbente). La adsorción es un fenómeno superficial y se distingue claramente de la absorción.
El funcionamiento de muchos sistemas naturales y artificiales depende de los efectos sutiles de los fenómenos de adsorción, incluida la adsorción de contaminantes del aire y la purificación del agua.
El proceso de adsorción se puede dividir en adsorción física (fisisorción) y adsorción química (quimisorción). La adsorción física es causada principalmente por fuerzas de van der Waals débiles, mientras que la adsorción química implica un fuerte enlace covalente. Este proceso también puede ocurrir debido a la atracción electrostática. La naturaleza de la adsorción puede afectar la estructura del adsorbato; por ejemplo, la adsorción física de un polímero de una solución puede dar como resultado una estructura aplastada en la superficie. Este proceso no sólo existe en la naturaleza, sino que también se utiliza ampliamente en la industria, como catalizadores híbridos, carbón activado, enfriadores de adsorción y purificación de agua.
En la industria farmacéutica, la adsorción también se utiliza para prolongar la exposición del sistema nervioso a fármacos específicos, lo cual es una aplicación menos conocida.
Isoterma de adsorción
La adsorción de gases y solutos se describe generalmente mediante isotermas, es decir, la relación entre la cantidad de adsorbato en el adsorbente y su presión (para gases) o concentración (para solutos líquidos) a temperatura constante. Hasta ahora se han desarrollado quince modelos de isotermas diferentes, uno de los primeros de los cuales fue propuesto por Freundlich en 1906.
Modelo de Freundlich
La isoterma de Freundlich se basa en una fórmula empírica que involucra la masa del adsorbente, la masa del adsorbato y su presión, que describe sucintamente los cambios en el proceso de adsorción. Aunque esta fórmula no puede describir con total precisión la isoterma en determinadas condiciones, marca un importante paso adelante en la investigación sobre adsorción.
Modelo LangmoreEn 1918, Langmuir había desarrollado un modelo de isoterma semiempírico basado en la termodinámica estadística, que tenía una amplia gama de aplicaciones. El supuesto clave de este modelo es que todos los sitios de adsorción son equivalentes y que un sitio sólo puede albergar una molécula. Aunque estas suposiciones no son necesariamente ciertas en la realidad, el modelo Langmuir sigue siendo la opción preferida para la mayoría de los modelos de adsorción.
El mecanismo de adsorción de Langmuir muestra que las moléculas de gas pueden formar un equilibrio con sitios de adsorción y adsorberse y desorberse a constantes de velocidad específicas.
Modelo BET
Con el tiempo, los científicos han descubierto que las moléculas adsorbidas a menudo no están en una sola capa, sino que pueden formar múltiples capas. En 1938, Bruner, Emmett y Taylor introdujeron la teoría BET para explicar este fenómeno. Esta teoría modifica el mecanismo de Langmuir, puede analizar el proceso de adsorción multicapa y proporcionar un modelo matemático más preciso.
Propiedades termodinámicas de la adsorción
La constante de adsorción es una constante de equilibrio y por lo tanto sigue la ecuación de van't Hoff. Esta ecuación muestra la relación entre el calor de adsorción (ΔH) y la constante de equilibrio de adsorción (K), revelando así las características termodinámicas del proceso de adsorción. De esta manera, los científicos pudieron comprender más profundamente los mecanismos de adsorción y sus efectos en el sistema.
A medida que profundizamos en el fenómeno de la adsorción, comenzamos a darnos cuenta de su importancia en una amplia gama de procesos naturales y artificiales.
La adsorción juega un papel indispensable en los ecosistemas, los procesos industriales y la vida cotidiana. Cuando pensamos en las aplicaciones tecnológicas de este fenómeno y su impacto en el medio ambiente, no podemos evitar preguntarnos: ¿Cómo puede la adsorción crear más posibilidades para nosotros entre el desarrollo de nuevas tecnologías y el mantenimiento del equilibrio ecológico?
