2.2: ¿Cómo se unen las moléculas a las superficies?
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Existen dos modos principales de adsorción de moléculas en superficies: Adsorción Física (fisisorción) y Adsorción Química (quimisorción). La base de la distinción es la naturaleza de la unión entre la molécula y la superficie con:
- Adsorción Física: la única unión es por fuerzas débiles de tipo Van der Waals. No hay una redistribución significativa de la densidad electrónica ni en la molécula ni en la superficie del sustrato.
- Quimisorción: se forma un enlace químico, que implica un reordenamiento sustancial de la densidad electrónica, entre el adsorbato y el sustrato. La naturaleza de este enlace puede estar en cualquier lugar entre los extremos de carácter iónico prácticamente completo o covalente completo.
| Quimisorción | Fisisorción | |
|---|---|---|
| Especificidad del material (variación entre sustratos de diferente composición química) |
Variación sustancial entre materiales | Ligera dependencia de la composición del sustrato |
| Especificidad cristalográfica (variación entre diferentes planos superficiales del mismo cristal) |
Marcada variación entre planos de cristal | Prácticamente independiente de la geometría atómica superficial |
| Rango de temperatura (sobre el cual ocurre la adsorción) |
Prácticamente ilimitado (pero una molécula dada puede adsorber eficazmente solo en un rango pequeño) |
Cerca o por debajo del punto de condensación del gas (por ejemplo, Xe < 100 K, CO 2 < 200 K) |
| Entalpía de adsorción | Amplio rango (relacionado con la fuerza de unión química) - típicamente 40 - 800 kJ mol -1 | Relacionado con factores como la masa molecular y la polaridad - típicamente 5-40 kJ mol -1 (similar al calor de licuefacción) |
| Naturaleza de la adsorción | A menudo disociativo Puede ser irreversible |
Reversible no disociativo |
| Absorción de saturación | Limitado a una monocapa | Captación de múltiples capas posible |
| Cinética de Adsorción | Muy variable - a menudo un proceso activado | Rápido - ya que es un proceso no activado |
El método más definitivo para establecer la formación de un enlace químico entre la molécula adsorbente y el sustrato (es decir, quimisorción) es utilizar una técnica espectroscópica apropiada, por ejemplo
- IR (Sección 5.4) para observar la frecuencia vibratoria del enlace sustrato/adsorbato
- SAI (Sección 5.3) para monitorear los cambios de intensidad y energía en los orbitales de valencia del adsorbato y sustrato