Pregrado
  1. Química general  1.1. Introducción a la Química  1.2. Estructura atómica  1.2.1. Partículas subatómicas  1.2.2. Modelo Atómico  1.2.3. Números cuánticos  1.2.4. Configuración Electrónica  1.2.5. Tendencias periódicas  1.2.6. Isotopes and their applications  1.3. Enlace químico  1.3.1. Enlace iónico  1.3.2. Enlaces covalentes  1.3.3. Enlace Metálico  1.3.4. Hibridación  1.3.5. Geometría molecular y teoría VSEPR  1.3.6. Polaridad del enlace y momento dipolar  1.4. Estequiometría  1.4.1. Concepto de mol  1.4.2. Fórmula empírica y molecular  1.4.3. Reactante limitante y reactante en exceso  1.4.4. Porcentaje de Rendimiento y Pureza  1.4.5. Cálculo de dilución  1.5. Estados de la materia  1.5.1. Leyes de los Gases  1.5.2. Materia y Fuerzas Intermoleculares  1.5.3. Estructuras Sólidas y Cristalinas  1.5.4. Diagrama de fases  1.5.5. Plasma y fluido supercrítico  1.6. Reacciones químicas  1.6.1. Tipos de Reacciones Químicas  1.6.2. Balanceo de ecuaciones químicas  1.6.3. Reacciones termoquímicas  1.6.4. Perfiles de energía de reacción  1.7. Soluciones y mezclas  1.7.1. Unidades de concentración  1.7.2. Propiedades del síndrome  1.7.3. Solubilidad y Reglas de Solubilidad  1.7.4. La ley de Henry y la ley de Raoult  1.7.5. Coeficiente de partición  1.8. Equilibrio químico  1.8.1. La ley de acción de masas  1.8.2. El principio de Le Chatelier  1.8.3. Cociente de reacción  1.8.4. Para usar esta calculadora en línea para la constante de equilibrio, ingrese la constante de equilibrio (Eq.) y presione el botón de calcular. Aquí es cómo se puede explicar el cálculo de la constante de equilibrio con los valores de entrada dados -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Equilibrio ácido-base  1.9. Ácidos y bases  1.9.1. Definiciones de Arrhenius, Brønsted–Lowry y Lewis  1.9.2. pH y pOH  1.9.3. Titulación ácido-base  1.9.4. Solución Buffer  1.9.5. Indicador ácido-base  1.9.6. Polyprotic Acids and Bases  1.10. Electroquímica  1.10.1. reacciones redox  1.10.2. Celdas Galvánicas y Electrolíticas  1.10.3. Ecuación de Nernst  1.10.4. Electrólisis  1.10.5. Leyes de Faraday de la electrólisis  1.11. Termodinámica  1.11.1. Leyes de la Termodinámica  1.11.2. Entalpía, entropía y energía libre de Gibbs  1.11.3. Espontaneidad de las reacciones  1.11.4. Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)  1.12. Cinética  1.12.1. La ley de velocidad y el orden de reacción  1.12.2. Energía de Activación y Catalizador  1.12.3. Teoría de colisiones  1.12.4. Mecanismo de reacción  1.12.5. Teoría del estado de transición
  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Ligandos y compuestos de coordinación  3.1.2. Teoría del campo cristalino  3.1.3. Teoría de Orbitales Moleculares en Compuestos de Coordinación  3.1.4. Distorsión de Jahn–Taylor  3.2. Química del grupo principal  3.2.1. Metales alcalinos y alcalinotérreos  3.2.2. Halógenos y Gases Nobles  3.2.3. Los metales de transición y sus complejos  3.2.4. Lantánidos y Actínidos  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Redes cristalinas y celdas unitarias  3.3.2. Defectos en sólidos  3.3.3. Propiedades eléctricas y magnéticas  3.3.4. Superconductividad  3.4. Química bioinorgánica  3.4.1. Iones metálicos en biología  3.4.2. Reacciones enzimáticas con metales  3.4.3. Intoxicación por metales y desintoxicación  3.4.4. Metaloproteínas y Metaloenzimas
  4. Química física  4.1. Química Cuántica  4.1.1. Dualidad onda-partícula  4.1.2. Ecuación de Schrödinger  4.1.3. Números Cuánticos y Orbitales  4.1.4. Espectroscopía atómica y molecular  4.2. Mecánica estadística  4.2.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  4.2.2. Funciones de partición  4.2.3. Estadísticas de Bose-Einstein y Fermi-Dirac  4.3. Termodinámica química  4.3.1. Energía Libre de Gibbs  4.3.2. Transición de fase  4.3.3. Eficiencia termodinámica  4.4. Química de superficies  4.4.1. Absorción y Catálisis  4.4.2. Coloides y Emulsiones
  5. Química Analítica  5.1. Métodos clásicos  5.1.1. Análisis Gravimétrico  5.1.2. titrímetro  5.2. Métodos instrumentales  5.2.1. Cromatografía  5.2.2. Espectroscopía  5.2.3. Métodos electroanalíticos  5.2.4. Difracción de rayos X
  6. Química Industrial  6.1. Petroquímica  6.2. Principios de ingeniería química  6.3. Química Verde  6.4. Farmacéuticos y Síntesis de Medicamentos
  7. Bioquímica  7.1. Carbohidratos  7.2. Proteínas y enzimas  7.3. Lípidos y membranas  7.4. Ácidos nucleicos  7.5. Metabolismo y Bioenergética  7.6. Cinética enzimática y mecanismo

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Absorción y Catálisis


Introducción

La absorción y la catálisis son dos conceptos fundamentales en la química de superficies, una rama de la química física. Comprender estos temas es importante para entender cómo las interacciones superficiales pueden afectar varios procesos químicos. La absorción es la acumulación de moléculas o átomos en una superficie, mientras que la catálisis involucra una sustancia que acelera una reacción química sin consumirse.

Este artículo discutirá estos temas en detalle y proporcionará una comprensión integral de cómo funcionan y su importancia en varias aplicaciones.

¿Qué es la adsorción?

La adsorción es el proceso por el cual las moléculas (llamadas adsorbatos) se adhieren a la superficie de un sólido o líquido (llamado adsorbente). Este proceso es diferente de la absorción, donde una sustancia es completamente absorbida por otra sustancia. La adsorción involucra solo la superficie.

Tipos de absorción

Absorción física

También conocida como fisioadsorción, la adsorción física ocurre debido a fuerzas de Van der Waals débiles. Este tipo de adsorción es reversible y no es específica para el adsorbente o el tipo de adsorbato. Las moléculas adsorbidas pueden eliminarse fácilmente al bajar la presión o aumentar la temperatura.

Un ejemplo de adsorción física es la adsorción de gases en carbón activado. Este proceso se usa en máscaras de gas para eliminar impurezas del aire.

Absorción química

También conocida como quimioadsorción, la quimioadsorción involucra la formación de enlaces químicos fuertes entre el adsorbente y el adsorbato. A diferencia de la fisioadsorción, la quimioadsorción es usualmente irreversible y altamente específica para las propiedades químicas de las sustancias que interactúan.

Un ejemplo de quimioadsorción es la adsorción de hidrógeno gaseoso en metal de paladio, donde las moléculas de hidrógeno se disocian y forman enlaces metal-hidrógeno.

Isoterma de absorción

Una isoterma de adsorción es una curva que describe la relación entre la cantidad de adsorbato y su presión (en el caso de los gases) o concentración (en el caso de los líquidos) en el adsorbente a una temperatura constante. Las isotermas comunes incluyen las isotermas de Langmuir y Freundlich.

Isoterma de Langmuir

q = (Qm * K * P) / (1 + K * P)

donde q es la cantidad adsorbida por unidad de masa del adsorbente, Qm es la capacidad máxima de adsorción, K es una constante relacionada con la afinidad de los sitios de enlace, y P es la presión.

Isoterma de Freundlich

q = Kf * C^(1/n)

donde q es la cantidad adsorbida, Kf y n son constantes, y C es la concentración de la sustancia adsorbida.

Factores que afectan la absorción

  • Área superficial: Más área superficial proporciona más sitios de absorción.
  • Presión: Una mayor presión generalmente incrementa la extensión de la absorción.
  • Temperatura: La adsorción física disminuye con el aumento de temperatura, mientras que la quimioadsorción puede inicialmente aumentar con el aumento de temperatura.
  • Naturaleza del adsorbente y la sustancia adsorbida: Las propiedades superficiales y la naturaleza química afectan la capacidad de adsorción.

¿Qué es la Catálisis?

La catálisis es un proceso en el cual una sustancia, llamada catalizador, acelera una reacción química sin consumirse. Los catalizadores funcionan proporcionando una ruta alternativa para la reacción con una energía de activación más baja, facilitando la transformación de reactivos en productos.

Tipos de catálisis

Catálisis homogénea

En la catálisis homogénea, el catalizador está en la misma fase que los reactivos, a menudo en una solución. Esto permite que el catalizador interactúe estrechamente con los reactivos, promoviendo la reacción.

Un ejemplo de esto es el uso de ácido sulfúrico en la esterificación del ácido acético y el etanol, formando acetato de etilo. El ácido proporciona protones que aceleran la reacción.

Catálisis heterogénea

En la catálisis heterogénea, el catalizador está en un estado separado de los reactivos, que usualmente están en estado sólido. La reacción se lleva a cabo en la superficie del catalizador. Este tipo de catalizador es ampliamente usado en procesos industriales.

Un ejemplo de esto es el proceso de Haber, en el cual los gases de nitrógeno e hidrógeno reaccionan sobre un catalizador de hierro para formar amoníaco.

El papel de los catalizadores en las reacciones químicas

Los catalizadores trabajan disminuyendo la energía de activación, lo que incrementa la velocidad de reacción. Hacen esto proporcionando sitios activos que ayudan a romper y formar enlaces químicos.

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|          + Activación   |
|          Energía (Ea)    |
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Ilustración del perfil energético con y sin catalizador.

Aplicaciones industriales de la catálisis

La catálisis es una parte integral de muchos procesos industriales, tales como:

  • Industria petroquímica: Craqueo catalítico para la producción de gasolina y diésel.
  • Aplicaciones ambientales: Convertidores catalíticos en automóviles para reducir las emisiones.
  • Industria farmacéutica: enzimas catalizadoras en la síntesis de fármacos.

Visualización de absorción y catálisis

Para comprender mejor la adsorción y la catálisis, considere los siguientes diagramas simples que representan estos procesos a nivel molecular.

Diagrama de absorción

adsorbente Adsorción

La figura anterior muestra la partícula de adsorbato adherida a la superficie del adsorbente.

Diagrama de catalizador

Superficie Catalítica Reactivos Producto

La figura anterior muestra la etapa intermedia de una reacción catalítica, donde los reactivos se convierten en productos en la superficie del catalizador.

Conclusión

La adsorción y la catálisis son conceptos importantes en la química de superficies que tienen implicaciones significativas en una variedad de procesos científicos e industriales. Al comprender cómo interactúan las moléculas en las superficies y cómo funcionan los catalizadores, los científicos e ingenieros pueden desarrollar procesos más eficientes y sostenibles, desde la fabricación hasta la gestión ambiental.

La adsorción se centra en la adhesión de partículas a una superficie, con aplicaciones que abarcan tecnologías de filtración y purificación, mientras que la catálisis se centra en acelerar las reacciones, lo cual es importante para muchas aplicaciones industriales como el sector petroquímico.

Ambos procesos están interconectados, ya que los catalizadores a menudo trabajan a través de la adsorción superficial. Por lo tanto, avanzar en el conocimiento en estas áreas contribuye a innovaciones en tecnología e industria.


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