Absorción y Adsorción FÍS.

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Física

La retención de uno o varios componentes de una mezcla, líquida o gaseosa, sobre otra sustancia, sólida o líquida, puede realizarse en la superficie de separación entre fases (v. ESTADOS DE LA MATERIA o en el volumen total de la fase que retiene por medios físicos o por reacción química.

En la absorción, el transporte de la materia que constituye el absorbato se realiza desde la mezcla fluida a toda la masa de un absorbente en el que queda disuelta absorción física o con el que reacciona para dar un producto distinto absorción química o absorción con reacción química. En la adsorción, en cambio, el adsorbato se fija a la superficie del adsorbente por fuerzas físicas o por reacción química para formar un compuesto distinto sobre la superficie del adsorbente. Por el contrario, con los términos desabsorción y desorción se conocen los fenómenos por los que se separan los componentes retenidos por absorción o adsorción, respectivamente, para recuperarlos independientemente o para regenerar el sorbente.

Absorción. Se realiza en sistemas líquidolíquido y líquidogas; en ellos, la transferencia de materia se produce a través de una interfase que puede desplazarse en el espacio y en la que el líquido ligado a ella permanece prácticamente insensible al comportamiento hidrodinámico de la fase gas o al de la masa turbulenta del líquido.

Para explicar el mecanismo de transporte se han propuesto varias teorías. La de película supone que existen a ambos lados de la interfase sendas películas de fluido que se deslizan en régimen laminar, mientras que en el resto del fluido la mezcla es completa; la velocidad del fenómeno está controlada por la difusión molecular a través de las películas. La teoría de la difusividad turbulenta considera que en la transferencia de materia en régimen estacionario colaboran simultáneamente la difusividad molecular y la turbulenta. Higbie propuso la teoría de la penetración, en la que se supone que la absorción tiene lugar durante una serie de breves contactos entre los fluidos; antes de alcanzar la homogeneidad de la disolución, el soluto se difunde una corta distancia en el absorbente. La teoría de la penetración con renovación superficial de Danckwerts se diferencia de la de Higbie en que la renovación de la superficie en contacto con la interfase se reáliza en régimen no estacionario, lo que supone la creación continua de nuevas interfases. La teoría dualista películapenetración de Toor y Marchello considera que la renovación de la película laminar se realiza a velocidad suficientemente rápida como para evitar que se establezca un gradiente de concentración estacionario. Por último, King ha propuesto un modelo de transporte en régimen no estacionario en el que se aúnan las teorías de Toor y Marchello y la de difusividad turbulenta.

El contacto entre fases para la absorción se consigue mediante el empleo de columnas de pisos perforados o con campanas de borboteo que funcionan en régimen intermitente o en régimen continuo trabajando con columnas rellenas con anillos Raschig, sillas de Berl, rejas de madera, etc. De menor importancia, y por ello de más reducido empleo, son otros artificios tales como las cámaras de pulverización, burbujeadores de gas y contactores centrífugos, en los que la dispersión entre fases se consigue con ingenios mecánicos. Esta operación está incluida en un elevado número de procedimientos químicos. El rendimiento en la separación de componentes está regido por la capacidad disolvente del absorbente; éste, a su vez, se selecciona considerando las características del absorbato, su coste, facilidad de recuperación, propiedades físicas, relación absorbente/absorbato y forma de contacto.

Adsorción. Se realiza en la mayoría de los casos con sistemas sólidolíquido y sólidogas. La transferencia de materia se produce a través de una interfase fija en el espacio, mientras que el movimiento relativo sólidofluido origina un gradiente de velocidad en el fluido inmediato a la interfase.

Laplace admite que la adsorción se verifica porque las moléculas de adsorbato están sometidas a una atracción por parte del adsorbente, que tiene su origen en la asimetría de fuerzas creada alrededor de cada molécula situada en la interfase del sólido y en la falta de homogeneidad energética de la superficie. Polanyi afirma, a su vez, que cada punto activo del adsorbente debe poseer un potencial energético capaz de desarrollar el trabajo necesario para que el absorbato pase desde la presión a que se encuentra hasta la necesaria para su condensación. En cuanto a la intensidad de las fuerzas, Zeiss y otros consideran que la de las fuerzas de adsorción es tan reducida que no permite captar capas de adsorbato de espesor superior al diámetro de una molécula cuando se trabaja a presiones bajas y Langmuir ha deducido la ecuación de las isotermas de adsorción considerando que las fuerzas de adsorción son de igual naturaleza en cualquier punto y están localizadas en los lugares activos de la superficie del adsorbente; sin embargo, Brunauer, Emmet y Teller admiten la posible formación de capas multimoleculares por adherencia.

La magnitud fundamental para los cálculos de adsorción es la concentración superficial de adsorbato por unidad de superficie de adsorbente, que se define como la diferencia entre las concentraciones de adsorbato en la fase que se adsorbe en la zona próxima al adsorbentey en el seno del adsorbente; depende de la presión, de la temperatura y de la naturaleza de los componentes del sistema.

Los adsorbentes industriales son sólidos porosos de elevada superficie específica y actividad química a los que se exige, además, resistencia física a la compresión, a la deformación, a los cambios de temperatura, etc. y resistencia química frente a los adsorbatos y a los agentes regenerantes en las condiciones de operación. Entre otros, se pueden mencionar los carbones animales o vegetales, las tierras adsorbentes, tales como las de Batán (Almería), bentonitas, montmorillonitas, etc., y los geles inorgánicos de sílice y alúmina.

La adsorción ha encontrado muchas aplicaciones en los campos científico y técnico. En este fenómeno se basa la cromatografía (v.), con la que se realiza la separación selectiva de dos o más especies químicas; la hipersorción, que aprovecha el equilibrio de adsorcióndesorción para la separación de componentes en régimen continuo, de forma semejante a como se realiza la destilación fraccionada. Debe destacarse también el interés creciente del empleo de las resinas cambiadoras de ion, utilizadas en múltiples procesos.

F. LÓPEZ MATEOS.

BIBL.: A. VIAN y J. OCÓN, Elementos de Ingeniería Química, Madrid 1957; M. DíAZ, M. DEL VAL, J. M. ORZA y A. RoiG, Química Física, Madrid 1957; J. COSTA, Trasferencia de materia en líquidos, ed. Facultad de Ciencias, Madrid 1966 (Tesis doctoral).