Adsorción de gases

En Micromeritics, proporcionamos instrumentos de precisión diseñados para realizar análisis exactos de adsorción de gases, esenciales para aplicaciones en ciencia de materiales, catálisis y otros campos avanzados. Esta página ofrece información sobre los principios de la adsorción de gases, las tecnologías innovadoras que empleamos y cómo nuestros instrumentos pueden mejorar su investigación y sus aplicaciones industriales.

¿Qué es la adsorción de gases?

La adsorción de gases es el proceso por el cual las moléculas de gas se adhieren a la superficie de un material. Comprender los tipos de adsorción de gases es vital para las aplicaciones científicas y de ingeniería. La adsorción física (fisisorción) y la adsorción química (quimisorción) son dos mecanismos fundamentales a través de los cuales los gases interactúan con las superficies de los materiales.

La fisisorción consiste en la unión débil de moléculas de gas, principalmente a través de fuerzas de Van der Waals, que son reversibles y se producen a distintas temperaturas.

Esta técnica se utiliza en diversas aplicaciones para determinar la superficie BET y la porosidad.

La quimisorción implica la formación de enlaces químicos más fuertes entre las moléculas de gas y los átomos o moléculas superficiales del material.

Este proceso suele dar lugar a una adsorción irreversible y desempeña un papel crucial en la caracterización de catalizadores, la modificación de superficies y la comprensión de la cinética de las reacciones.

¿Por qué la fisisorción?

Los instrumentos micromeriticos están finamente calibrados para medir la presión y la temperatura que se utilizan para determinar el volumen de gas adsorbido en la muestra. Los datos se recogen en forma de isotermas, normalmente desde baja presión (~0,00001 torr) hasta presión de saturación (~760 torr). El intervalo de presión se determina en función de la información deseada.

Los datos obtenidos en los experimentos de fisisorción se utilizan para determinar la superficie específica (BET), la porosidad y la capacidad de adsorción del material.

Aplicaciones:

Superficie BET

La cantidad de gas adsorbido en la superficie de los materiales puede utilizarse para calcular el área superficial. El área superficial es una medida de la superficie expuesta de una muestra sólida a escala molecular.
La teoría BET (Brunauer, Emmet y Teller) es el modelo más popular utilizado para determinar el área superficial específica.

Normalmente, el análisis BET se realiza utilizando gas nitrógeno (N2) como adsorbato debido a su gran afinidad por las superficies sólidas. El gas se introduce a bajas presiones y las moléculas comienzan a adsorberse en la superficie; a medida que aumenta la presión del gas se forma la monocapa, seguida de la adsorción multicapa (tenemos una imagen que muestra este proceso). La cantidad adsorbida se determina para calcular el área superficial mediante la ecuación BET. Para materiales de baja área superficial, el criptón se utiliza habitualmente como adsorbato alternativo. Debido a su menor presión de vapor (2,5 mmHg) en comparación con el N2 (760 mmHg) a 77,35 K, los análisis de Kr implican un mayor cambio de presión durante el paso de adsorción a la misma presión relativa, lo que resulta en una mayor precisión.

La superficie BET de un material se calcula a partir de la capacidad monocapa, que es el volumen de la primera capa simple de moléculas o átomos de gas adsorbidos en la superficie.
La ecuación BET se linealiza para calcular convenientemente la capacidad monocapa a partir de la pendiente y la intersección y del gráfico de transformación BET, que debe alcanzar un coeficiente de correlación suficientemente alto para que el cálculo BET sea válido, que suele ser de 0,999.

Porosidad

La adsorción de gas permite caracterizar la porosidad de un material, lo que revela su estructura y propiedades. A medida que aumenta la presión del gas, los poros del material comienzan a llenarse. Este proceso comienza con los poros más pequeños y avanza hacia los más grandes hasta que todos están saturados. En general, la adsorción de gas es aplicable a poros cuyo diámetro oscila entre ~0,35 nm y ~400 nm. Una vez que los detalles de la curva de isoterma se expresan con precisión como una serie de presión frente a cantidad adsorbida, pueden aplicarse diversos métodos (teorías o modelos) para determinar la distribución del tamaño de los poros.
Clasificación Talla Modelos de cálculo típicos
Microporo <2 nm Teoría funcional de la densidad (DFT) Método M-P Parcelas Dubinin (D-R, D-A) Horvath Kawazoe (H-K) t-plot (área total de microporos)
Mesoporo 2-5 nm Barrett, Joyner y Halenda (BJH) Teoría funcional de la densidad (DFT) Dollimore-Heal (DH)
Macroporo > 50 nm Barrett, Joyner y Halenda (BJH) Teoría funcional de la densidad (DFT) Dollimore-Heal (DH)
*Consideraciones especiales >400 nm Para poros de más de 400 nm, se emplean otras técnicas como la porosimetría de intrusión de mercurio (enlace a la página). Esta técnica ofrece información sobre poros más grandes, normalmente a partir de 3 nm hasta 1100 µm.

Nuestras soluciones

Instrumentos

3Flex

  • Sistema avanzado de adsorción de gases
  • Análisis microporoso de alto rendimiento
  • Análisis de vapor
  • Quimisorción estática y reacciones dinámicas a temperatura programada disponibles

ASAP 2020 Plus

  • Analizador de superficie y porosidad de alta resolución
  • Instrumento de preparación y análisis independiente en un solo armario
  • Ideal para aplicaciones de investigación, desarrollo y control de calidad

TriStar II Plus

  • Análisis automatizado de superficies BET de alto rendimiento
  • Las mediciones paralelas de tres muestras maximizan la productividad
  • Los transductores de puerto de muestra independientes, un sistema de vacío específico y una servoválvula controlada por ordenador proporcionan el menor tiempo de medición disponible para el análisis de varias muestras.
  • Configuración de criptón disponible para materiales de baja superficie

Géminis

  • Diseño único de medición diferencial
  • Medición más rápida de la superficie individual
  • Alta precisión para superficies bajas utilizando gas N2

ASAP 2460 Y 2425

Servicios

Ofrecemos una amplia gama de servicios de caracterización, ya se trate del análisis de una sola muestra, del desarrollo o validación de un método complejo, de la evaluación de nuevos productos o de abordar proyectos de fabricación a gran escala.

Opciones disponibles

  • Superficie multipunto con gas nitrógeno (ISO 9277)
  • Superficie multipunto con gas criptón (ISO 9277)
  • Superficie multipunto y STSA utilizando gas nitrógeno (ASTM D6556)
  • Superficie multipunto con Argón
  • Superficie multipunto mediante Co2
  • Isoterma de adsorción de nitrógeno de 40 puntos (20 A a 3000 A)
  • Isoterma de adsorción de nitrógeno de 40 ptos y de desorción de 40 ptos (20 A a 3000 A)
  • Análisis de microporos de alta resolución más isoterma de mesoporos (4 A a 3000 A)
  • Isotermas especiales de CO2 a O °C
  • Isotermas de adsorción en condiciones definidas por el usuario (gases especiales)
  • Isotermas de alta presión con hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, metano u otros gases

PREGUNTAS FRECUENTES

  • ¿Qué otros métodos existen para caracterizar la porosidad de un material?

    Intrusión de mercurio
    Flujo capilar
  • ¿Cuál es la diferencia entre fisisorción y quimisorción?

    La fisisorción y la quimisorción son los principales tipos de adsorción de gases.
    Las diferencias se destacan en el cuadro siguiente:

    Fisisorción (adsorción física) Quimisorción (adsorción química)
    No selectivo Selectivo
    Interacciones débiles (van der Waals) Interacciones fuertes (enlaces químicos)
    Menos energía Mayor energía
    ReversibleIrreversible y reversible

Recursos pertinentes

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