1.-Definición de absorción
2.-Características de absorción
- Área superficial
- Distribución de diámetro de poro
- Volumen de poro
- Efecto de t en absorción
- Efecto de p en la absorción
- Velocidad de absorción
- Calor de absorción
3.-Tipos de absorción
- · Absorción por intercambio.
- · Absorción por fuerzas de Van der Waals.
- · Absorción química.
4.-Características de
desactivación de un catalizador
5.-La energía de activación
6.-Causas de
desactivación de un catalizador
- Envenenamiento
- Sinterización
- Ensuciamiento
- Sublimación
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Definición de absorción
El fenómeno de adsorción es el proceso por el
cual átomos o moléculas de una sustancia que se encuentra en determinada fase,
son retenidos en la superficie de otra sustancia, que se encuentra en otra
fase. Como resultado de este proceso, se forma una capa de líquido o gas
en la superficie de una sustancia sólida o líquida. Si consideramos una superficie de un material
en contacto con aire, los enlaces del material presentan discontinuidades, las
cuales tenderán espontáneamente a formar enlaces con la atmósfera que lo rodea,
siempre que el proceso sea energéticamente favorable. Dicho de otra manera, si
tenemos una superficie sólida con nanoporos, estos poros serán capaces de
retener gas de la atmósfera que lo rodea, gracias al fenómeno de adsorción. Los
nanoporos son los llamados centros activos del adsorbente, que tienen fuerzas
de enlace entre sus átomos que no están saturadas, de manera que admiten la
adsorción de átomos o moléculas del gas que lo rodea. El mecanismo exacto del proceso de adsorción
depende de qué sustancias estén involucradas.
La cantidad de material adsorbido depende de las tasas de adsorción y
desorción de la sustancia, y del punto en el cual se alcance el
equilibrio entre ambas. Cuanto mayor sea la adsorción y menor se la desorción,
hallaremos mayor cantidad de material adsorbido en equilibrio.
Características de
absorción
La A. es selectiva, A. es muy rápida, La extensión de la
A. depende de la temperatura, La extensión de la superficie depende de la
superficie del adsorbente, La extensión de la A. depende de la naturaleza
química del adsorbente, La extensión de la A. por unidad de peso de adsorbente
depende de la presión parcial del gas adsorbido. La A. es reversible.
·
Área superficial
Es el área útil para efectuar la reacción incluyendo el
área superficial de los poros.
·
Distribución de
diámetro de poro
Se refiere al porcentaje que representan los poros de
distintos diámetros respecto al volumen total.
·
Volumen de poro
Volumen interno total del solido por unidad de masa.
·
Efecto de t en
adsorción
El aumento de la temperatura hace decrecer el grado de A.
y viceversa.
·
Efecto de p en la adsorción
Para
presiones muy bajas pocas moléculas son adsorbidas y solamente una fracción de
la superficie solida es cubierta.
·
Velocidad de
adsorción
La A. física si se condensa no requiere energía de
activación y por lo tanto pueden ocurrir tan rápido como las moléculas que
golpean en la superficie.
·
Calor de adsorción
Es una indicación útil de la intensidad delas fuerzas que
unen las moléculas adsorbidas a la superficie del adsorbente y su magnitud a
menudo puede usarse para distinguir el la A. física Y quimisorciòn.
Tipos de adsorción
Podemos diferenciar tres tipos de adsorción, dependiendo
de qué tipos de fuerzas existan entre el soluto y el adsorbente. Estas fuerzas
pueden ser de tipo eléctrico, de fuerzas de Van der Waals o de tipo químico.
·
Adsorción por
intercambio.
En este proceso el
soluto y el adsorbente se atraen por fuerzas electrostáticas. Dicho de otra
manera, los iones del soluto se concentran en la superficie del solvente, que
se halla cargada eléctricamente con signo contrario a los iones del soluto. Si
tenemos dos adsorbamos iónicos iguales en varios factores, pero uno con mayor
carga que otro, el de mayor carga será el que se adsorbido. Para adsorbamos con
igual carga, el tamaño molecular es el que determina cuál será adsorbido.
·
Adsorción por fuerzas
de Van der Waals.
También llamada adsorción física o fisisorción. En este
tipo de adsorción, el adsórbalo no está fijo en la superficie del adsorbente,
sino que tiene movilidad en la interface. Ejemplo de este tipo de adsorción es
el de la mayoría de las sustancias orgánicas en agua con carbón activado. En
este tipo de adsorción el adsórbalo conserva su naturaleza química.
·
Adsorción química.
Sucede cuando hay interacción química entre adsórbalo y
adsorbente. También llamada quimisorción. La fuerza de la interacción entre
adsórbalo y adsorbente es fuerte, casi como un enlace químico. En este tipo de
adsorción el adsórbalo sufre una transformación, más o menos intensa, de su
naturaleza química.
La mayoría de los fenómenos de adsorción son combinaciones
de estos tres tipos de adsorción, y muchas veces resulta difícil distinguir la
fisisorción de la quimisorción.
Una de las más importantes aplicaciones del fenómeno de
adsorción a nivel industrial, es de la extracción de humedad del aire
comprimido. En este proceso se hace pasar el aire comprimido por un lecho de
alúmina u otro material activo, que retiene las moléculas de agua por absorción.
Características de
desactivación de un catalizador
La característica general de la
catálisis es que la reacción catalítica tiene un menor cambio de energía libre de la etapa limitante hasta el estado de transición que la reacción no catalizada
correspondiente, resultando en una mayor velocidad de reacción a la misma
temperatura. Sin embargo, el origen mecánico de la catálisis es complejo.
Los catalizadores pueden afectar
favorablemente al entorno de reacción, por ejemplo, los catalizadores ácidos para las reacciones de los compuestos carbonílicos forman compuestos intermedios
específicos que no se producen naturalmente, tales como los ésteres de Osmio en la dihidroxilación de alquenos catalizadas por el tetróxido de osmio, o hacer la ruptura de los reactivos
a formas reactivas, como el hidrógeno atómico en la hidrogenación catalítica.
Cinéticamente, las reacciones catalíticas se
comportan como las reacciones químicas típicas, es decir, la velocidad de
reacción depende de la frecuencia de contacto de los reactivos en la etapa
determinante de velocidad (ver ecuación de
Arrhenius).
Normalmente, el catalizador participa en esta etapa lenta, y las velocidades
están limitadas por la cantidad de catalizador. En catálisis
heterogénea, la
difusión de los reactivos a la superficie de contacto y la difusión de los
productos desde dicha superficie puede ser la etapa determinante de la
velocidad. Eventos similares relacionados con la unión del sustrato y la disociación del producto se
aplican en la catálisis homogénea.
Aunque los catalizadores no son
consumidos por la propia reacción, pueden resultar inhibidos, desactivados o
destruidos por procesos secundarios. En la catálisis heterogénea, procesos
secundarios típicos incluyen el coqueo, donde el catalizador se cubre por
productos secundarios poliméricos.
Además, los catalizadores heterogéneos pueden disolverse en la solución en un
sistema sólido-líquido o evaporarse en un sistema sólido-gas.
La energía de activación
La energía de activación 
es un término que introdujo Arrhenius en 1889 y se define
matemáticamente como:
es un término que introdujo Arrhenius en 1889 y se define
matemáticamente como:
.
Es decir, la derivada del logaritmo
con base e de la constante de reacción respecto a la temperatura, multiplicada
por la constante de los gases y por la temperatura al cuadrado. Pudiendo ser la
energía de activación un número positivo o negativo.
La energía de activación en química y biología es la energía mínima que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado
proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía
mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción
entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer
una cantidad de energía mínima. A medida que las moléculas se aproximan, sus
nubes de electrones se repelen. Esto requiere energía (energía de activación) y
proviene de la energía térmica del sistema, es decir la suma de la
energía traslacional, vibracional, etcétera de cada molécula.
Si la energía es suficiente, se vence la repulsión y las moléculas se aproximan
lo suficiente para que se produzca una reordenación de los enlaces de las
moléculas. La ecuación de Arrhenius proporciona la base cuantitativa de la
relación entre la energía de activación y la velocidad a la que se produce la
reacción. El estudio de las velocidades de reacción se denomina cinética química.
en química y biología es la energía mínima que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado
proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía
mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción
entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer
una cantidad de energía mínima. A medida que las moléculas se aproximan, sus
nubes de electrones se repelen. Esto requiere energía (energía de activación) y
proviene de la energía térmica del sistema, es decir la suma de la
energía traslacional, vibracional, etcétera de cada molécula.
Si la energía es suficiente, se vence la repulsión y las moléculas se aproximan
lo suficiente para que se produzca una reordenación de los enlaces de las
moléculas. La ecuación de Arrhenius proporciona la base cuantitativa de la
relación entre la energía de activación y la velocidad a la que se produce la
reacción. El estudio de las velocidades de reacción se denomina cinética química.
Un ejemplo particular es el que se da
en la combustión de una sustancia. Por sí solos el combustible y el comburente
no producen fuego, es necesario un primer aporte de energía para iniciar la
combustión auto sostenida. Una pequeña cantidad de calor aportada puede bastar
para que se desencadene una combustión, haciendo la energía calórica aportada
el papel de energía de activación y por eso a veces a la energía de activación
se la llama entalpía de
activación.
Según el origen de este primer aporte
de energía se clasifica como:
·
químico: La energía química exotérmica
desprende calor, que puede ser empleado como fuente de ignición.
·
eléctrico: El paso de una corriente eléctrica
o un chispazo produce calor.
·
nuclear: La fusión y la fisión nuclear
producen calor.
·
mecánico: Por compresión o fricción, la
fuerza mecánica de dos cuerpos puede producir calor.
Las siguientes representaciones
gráficas manifiestan diferencias acerca de cómo la presencia de un catalizador
(ejemplo una enzima en un proceso biológico) disminuye la energía de activación
debido a su complementariedad y por tanto provoca una disminución en el tiempo
requerido para que se forme el producto, o sea, aumenta la velocidad.
Causas de desactivación
de un catalizador
La actividad catalítica es la
propiedad de aumentar la velocidad de reacción respecto a la dada sin
catalizador a las mismas condiciones. La selectividad es la medida de cuanto el
catalizador acelera una reacción específica para favorecer la formación de
sustancias deseadas. Y la estabilidad se refiere a la capacidad del catalizador
de mantener sus propiedades como lo son la actividad y la selectividad durante
su uso.
Generalmente
los catalizadores no mantienen su actividad catalítica constantemente durante
periodos indefinidos, por el contrario su actividad catalítica disminuye con el
tiempo, fenómeno denominado como desactivación. Para entrar a hablar de la
desactivación catalítica se cita la siguiente Muchos de los procesos
catalíticos importantes se llevan a cabo en reactores de lecho fijo catalítico,
donde el catalizador experimenta una desactivación.
Existen
diferentes causas para que un catalizador experimente la desactivación. Elnashaie,
menciona los siguientes tipos de desactivación; Sinterización, envenenamiento, ensuciamiento,
sublimación, retardación y envejecimiento. John B. Butt menciona el
envenenamiento, la desactivación por formación de coque y la Sinterización.
Carberry habla de tres causas de desactivación, envenenamiento, ensuciamiento y
Sinterización o transformación de fase. Menciona tres motivos por los que se
pueda presentar la desactivación, como lo es el envenenamiento, el
envejecimiento y la contaminación o coquificación. Y Luis Carballo clasifica las causas de desactivación en tres
grupos, causas físicas, impurezas en la alimentación del reactor y productos de
reacción que se depositan sobre la superficie del catalizador, mencionando
también cuatro mecanismos de desactivación (según Bartholomew, 1984) como el
envenenamiento, ensuciamiento, degradación térmica y pérdida de material
catalítico por la formación de escape de vapores.
·
Envenenamiento:
Es una quimisorción fuerte de reactivos, productos o impurezas encontradas en
la alimentación del reactor que ocupan sitios activos disponibles para la
catálisis. La quimisorción de agentes venenosos puede ser reversible o
irreversible. Cuando es por impurezas en la corriente de alimentación se deben
eliminar inmediatamente. Cuando un veneno es un reactivo no hay mayor problema
pero si es un producto se podrían manejar conversiones bajas y altos reciclos
con el fin de remover los productos en cada ciclo.
·
Sinterización:
Ocurre usualmente cuando se opera a altas temperaturas en el reactor, debido a
que las partículas de la fase activa se aglomeran reduciéndose el área activa.
Estos procesos de Sinterización suelen ser acelerados cuando existe la
presencia de vapor de agua. Calvin Menciona tres tipos de crecimiento de
cristalitos por los que se da la Sinterización: migración del cristalito,
migración atómica y a muy altas temperaturas transporte de vapor.
·
Ensuciamiento:
Se da por la formación de depósitos de carbono o de otro material sobre la
superficie bloqueando los sitios activos
·
Sublimación:
Cuando los agentes catalíticos dispersos en el soporte subliman a causa de los
puntos calientes a lo largo del catalizador
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