catalizador e isoterma de langmuir y bet

7/30/2019 Catalizador e Isoterma de Langmuir y BET

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CMO SE PREPARA UN CATA LIZADOR?

Un catalizador propiamente dicho es una sustancia que est presente en una reaccin

qumica en contacto fsico con los reactivos, y acelera, induce o propicia dicha reaccinsin actuar en la misma, no alteran el balance energtico final de la reaccin qumica, sino

que slo permiten que se alcance el equilibrio con mayor o menor velocidad. Muchos de

los catalizadores actan alterando superficies permitiendo encontrarse y unirse o

separarse a dos o ms reactivos qumicos

Los catalizadores pueden ser de dos tipos:Homogneos: cuando los catalizadores estn en la misma fase que los reactivos. Actancambiando el mecanismo de reaccin, es decir, se combinan con alguno de los reactivospara formar un intermedio inestable que se combina con ms reactivo dando lugar a laformacin de los productos, al mismo tiempo que se regenera el catalizador.

Heterogneos o de contacto: cuando los catalizadores estn en distinta fase que losreactivos. Son materiales capaces de absorber molculas de reactivo en sus superficies,consiguiendo mayor concentracin y superficie de contacto entre reactivos, o debilitandosus enlaces disminuyendo la energa de activacin. Los productos abandonan elcatalizador cuando se forman, y este queda libre para seguir actuando. Los catalizadoresheterogneos ms usados son metales u xidos de metales finamente divididos, comopor ejemplo el hierro, el platino, el nquel, el trixido de aluminio o el pentaxido devanadio.

Un catalizador slido (soportado) suele estar conformado por 3 componentes:

-Soporte

Su funcin es facilitar la dispersin y estabilidad de la fase cataltica activa. Debe teneruna elevada rea superficial, una adecuada distribucin de tamaos de poro y una buenaestabilidad trmica La almina (Al2O3) es el soporte comercial ms empleado

-Promotor

Modifican las propiedades del soporte o de la fase activa. Facilitan la preparacin de lasfases catalticas dispersas y permiten mantener el estado altamente disperso en lascondiciones de reaccin (BaO, MgO) Incrementan la estabilidad trmica (La2O3, CeO2)

No son imprescindibles en la formulacin del catalizador

-Fase activa

Su funcin es catalizar una determinada reaccin qumica. Las fases activas pueden sermetales, xidos metlicos, sulfuros metlicos o carburos metlicos

Criterios generales de la preparacin de catalizadores slidos


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La tcnica de elaboracin de estos materiales depende fundamentalmente de la forma ytamao de poros que se deseen lograr

Los catalizadores slidos pueden prepararse en polvos, grnulos, cilindros, anillos yesferas. A veces se mezclan el portador o tambin conocido como soporte, material derea superficial elevada que facilita la dispersin del componente activo, y el catalizador

en estado polvo y despus se le da a la mezcla la forma adecuada; en otros casos, sedispone el material activo sobre la superficie del portador, al que previamente se le hadado la forma conveniente. No obstante, la deposicin sobre el soporte puede efectuarsepor varios mtodos

1. Impregnacin por inmersin del portador en una disolucin de una sal delcatalizador, seguida del secado y conversin en la forma activa. Este mtodosencillo tiene el inconveniente de que durante el secado la sal emigra hacia lasuperficie externa, dejando descubierta parte de la superficie interna. ejemplo:catalizadores de Ni-Cu soportados en arcillas, empleados en la hidrogenacin deaceites de girasol

2. Precipitacin, realizada tambin por inmersin del portador, empleando un agentequmico para depositar el catalizador por precipitacin sobre la superficie.

3. Co-precipitacin del portador y del catalizador a partir de una disolucin, seguidadel conformado y secado.

4. Mezcla en hmedo de los componentes para formar un lodo, seguido deconformacin y secado.

5. Pulverizacin o rociado de la superficie externa cuando el slido no es poroso.

6. Otras tcnicas son: electro-deposicin, adsorcin del lquido o vapor y deposicinsobre la superficie del portador por descomposicin qumica.

CUA LES SON LOS MECANISMOS DE ACT IVACION?

Activacin de catalizadores

Consiste en la obtencin de la fase activa

Si la fase activa es un xido metlico:

Secado: eliminacin de agua

Calcinacin en aire a alta temperatura: obtencin del xido metlico

Si la fase activa es un metal:

Secado: eliminacin de agua


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Calcinacin en aire a alta temperatura: obtencin del xido metlico

Reduccin en hidrgeno a alta temperatura: obtencin del metal (reducido).

ISOTERMAS DE ADSORCIN

Una isoterma de adsorcin (tambin llamada isoterma de sorcin) describe el equilibrio dela adsorcin de un material en una superficie (de modo ms general sobre una superficielmite) a temperatura constante.Estos se pueden determinar experimentalmente, a distintas presiones se obtienen datosde cantidad de gas adsorbido frente a la presin en equilibrio a una temperatura dada.Estos datos de cantidad de gas adsorbido frente a la presin de gas que queda enequilibrio tomado a una misma temperatura constituyen la Isoterma de adsorcin. En lasisotermas de adsorcin de slido se representa la presin de gas en equilibrio (P) en el

eje X, mientras que en el eje Y se representa la cantidad adsorbida.Con muy pocas excepciones las isotermas experimentales pueden clasificarse en cincotipos de acuerdo con S. Brunauer:

Tipo I:denominado isoterma de Langmuir, corresponde a una adsorcin en monocapaTipo II:es indicativo de una adsorcin fsica en multicapa.Tipo III:corresponde tambin a una adsorcin fsica en multicapas pero donde laconstante de equilibrio de formacin de la primera capa es igual que para las siguientes.Tipos IV y V:corresponde a adsorcin en multicapas sobre materiales porosos.

ISOTERMA DE L ANGMUIR
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En 1918 Irving Langmuir dedujo la isoterma Tipo I, esta ecuacin de adsorcin relacionala adsorcin de molculas en una superficie slida con la presin degas o concentracin de un medio que se encuentre encima de la superficie slida a unatemperatura constante;empleando un modelo simplificado de la superficie de un slido.

- La superficie proporciona un cierto nmero de posiciones para la adsorcin y todas sonequivalentes.- slo se adsorbe una molcula sobre cada posicin- su adsorcin es independiente de la ocupacin de las posiciones vecinas (las molculasadsorbidas no interaccionan entre si).El proceso dinmico de adsorcin se puede plantear como:

ka: contante de velocidad para la adsorcinkd: constante de velocidad para la desorcin.Para expresar el grado de extensin de la adsorcin se introduce la fraccin derecubrimiento . Teniendo en cuenta que sobre cada posicin slo puede adsorberse unamolcula:

Donde N es el nmero total de posiciones de adsorcin en la superficie.En un instante t se cumple:-nmero de posiciones de adsorcin ocupadas=N-nmero de posiciones de adsorcin libres = N-N=N(1-)

Si consideramos una cintica de primer orden respecto a cada miembro, se obtiene que lavelocidad de adsorcin es proporcional al nmero de colisiones entre las molculas de lafase gaseosa y las posiciones de adsorcin vacas, ya que slo se forma una monocapa:

La velocidad de desorcin ser proporcional al nmero de molculas adsorbidas

Las dos velocidades se igualan al llegar al equilibrio, de donde se obtiene:

Si despejamos la fraccin de recubrimiento:

Definiendo la constante de equilibrio como K=ka/kd se obtiene la isoterma de
http://es.wikipedia.org/wiki/Adsorci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_parcialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_parcialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_parcialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_parcialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Adsorci%C3%B3n


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Langmuir:

Ejemplo:TITULACION DEL CIDO ACTICO

Isoterma de Langmuir


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ISOTERMA BET (BRUNAUER, EMMET Y TELLER)

La isoterma de Langmuir ignora la posibilidad de formacin de capas de fisisorcin sobrela inicial, motivo por el que se llega a una saturacin de la superficie a presiones altas. Sise admite la posibilidad de formacin de multicapas, el crecimiento sera indefinido hastaproducirse la condensacin del gas. El mtodo BET se utiliza ampliamente, sin embargopresenta serias limitaciones cuando se aplica para zeolitas, solo se aplica a adsorcin deltipo I y qumicas.La isoterma mas usada para analizar la adsorcin en multicapas se debe a S. Brunauer,P. Emmett y E. Teller (1938) denominada isoterma BET.Para su deduccin se parte de tres supuestos:i) todos los centros de adsorcin de la superficie son equivalentesii) la capacidad de adsorcin de un centro no depende del grado de ocupacin de loscentros vecinos.iii) Sobre cada centro pueden adsorberse varias capas de molculas, siendo el calor deadsorcin para todas ellas equivalentes excepto para la primera.El objetivo es calcular la relacin entre el nmero total de molculas adsorbidas (n) y elnmero total de centros de adsorcin (no). A diferencia de la isoterma de Langmuir, ahorael nmero de molculas adsorbidas no coincide con el de posiciones ocupadas, ya quepuede haber posiciones con ms de una molcula.

Se sabe que la ecuacin de Langmuir

La teora de BET extiende esta relacin postulando entre posiciones con j-1 y j molculasadsorbidas, siendo la constante de equilibrio K* para todo valor de j>1.Volumen de gas adsorbido (V), monocapa (Vmon), por lo que la isoterma BETnormalmente se expresa de la forma:


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Siendo P* la presin de vapor del lquido puro.

Ejemplo:Isotermas de adsorcin de N2 a 77 K


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catalizador e isoterma de langmuir y bet

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