¿Por qué es la adsorción exotérmica?
La explicación que se da en mi libro de texto es:
Básicamente dice que la adsorción es exotérmica debido a $\Delta G$ tiene que ser negativo. ¿No hay alguna otra razón?
Respuesta
¿Demasiados anuncios?
Argumento (1): Bueno, de hecho no veo nada malo con el argumento presentado por el libro de texto. Si la adsorción se lleva a cabo de forma espontánea, a continuación, se puede concluir que el cambio en la energía libre de Gibbs del proceso es ciertamente negativo. Desde entonces, el cambio de entropía asociada con el proceso es necesariamente negativo(si asumimos que la entropía del adsorbente es necesariamente mayor en el gaseoso o en estado líquido que en estado adsorbido), necesitamos una lo suficientemente grande valor negativo para el cambio en la entalpía para asegurar la espontaneidad.
Argumento (2): Ahora, la adsorción como un fenómeno que se asocia con la "energía de superficie" (no, a diferencia de tensión superficial). La superficie del adsorbente molécula atrae y "une" adsorbatos, ya sea por débiles fuerzas de van der waals (fisisorción) o más fuertes que las interacciones químicas (quimisorpción)--en cualquiera de los casos, la superficie de la energía del sistema es mínimo, debido a la formación de estas nuevas atracciones. Por lo tanto, uno podría decir adsorción ser exotérmica en la naturaleza.
La diferencia clave en la fisisorción y quimisorpción es que las estructuras electrónicas de los átomos/moléculas del adsorbente y el adsorbato siguen siendo en gran parte sin inmutarse en el primer caso (i.e no hay reacción química se lleva a cabo por así decirlo).
De todos modos, esta parece ser la tantas veces citada razones. Ambos argumentos son generalmente de sonido y son verdaderas en virtud de la mayoría, pero no todas las condiciones. Estos argumentos son a menudo introducidos en la mayoría de los cursos de nivel introductorio, pero tienen algunos agujeros.
Comida para pensar, lo que si es un positivo cambio de entropía se produce? O, interacciones químicas que tienen lugar durante quimisorpción son endotérmicas en la naturaleza? Así es la adsorción siempre exotérmica, sin excepciones? Bueno, la respuesta corta: No.
La siguiente discusión está inspirado (en gran medida) por la siguiente publicación: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed038p138?journalCode=jceda8
Si sólo miramos la fisisorción exclusivamente, ya que este es esencialmente un proceso de condensación análoga a la licuefacción en el absorbente. Esto es así debido a que el número de grados de libertad de las especies adsorbidas es menor que el número que poseía antes de la adsorción, y debido a que la entropía de la absorbente no se modifica, ya que no hay interacción química. Así que la argumentación (1) puede ser aplicada.
La misma necesidad no es cierto para la quimisorpción, ya que una reacción química es el hecho que tiene lugar. En el argumento (2), el supuesto era que cualquiera que sea la reacción química que tiene lugar en la superficie es exotérmica, sin embargo esto no tiene que ser el caso. Si una reacción endotérmica se lleva a cabo, a continuación, el proceso a seguir siendo espontáneo la entropía cambio no debe ser sólo positivo, sino $\Delta ST$ debe exceder, numéricamente, $\Delta H$, de modo que la red de energía libre de Gibbs cambio como un todo es negativo
Recordar: $\Delta G= \Delta H-T\Delta S $
Esto puede, de hecho, se dio cuenta. Para la enseñanza a los efectos de considerar el siguiente hipotético sistema: Una molécula, $A_2$, es dissociatively quimisorbido en la superficie de un sólido, M; considerar la fuerza de la M-Un bono equivalente a la mitad de la fianza. Esto nos daría un neto cambio de entalpía de cero. Si la adsorción de los átomos, Una, que han de tener dos dimensiones de la movilidad, entonces se sigue que una entropía positiva cambio, sería el resultado, correspondientes a una ganancia neta de un grado de libertad, y el correspondiente cambio de energía libre es una) negativo y numéricamente igual a $T\Delta S $.
Del mismo modo, uno puede prever un sistema donde el positivo neto en la entropía en cambio es causada no por el aumento de la movilidad de las moléculas de adsorbato; la entropía del adsorbato muy bien puede disminuir, pero asociado a un gran positivo cambio de entropía del adsorbente (consecuencia de la reacción química que tiene lugar en la superficie) puede hacer por ella (posible, de nuevo). De nuevo, uno puede esperar endotérmica de adsorción en un escenario de este tipo.
Voy a citar la conclusión de la ponencia:
Resumiendo, se puede decir que en todas las adsorciones la entropía cambios debido a la superficie de los cambios estructurales en el adsorbente debe ser considerado junto con el la entropía de los cambios del adsorbato. En la adsorción física, la contribución de la primera de estas dos la entropía cambios en la entropía total del cambio es siempre probabilidades de ser insignificante en comparación con la contribución de la segunda (a pesar de que investigaciones adicionales solo pueden establecer esta forma inequívoca). En quimisorpción, sin embargo, t,aquí hay amplia evidencia ya disponible para mostrar que t,él cambio de entropía debido a la superficie estructural los cambios en el adsorbente, contribuye de manera significativa a la entropía total de adsorción. Siempre lo positivo la entropía cambiar debido a cambios en la superficie adsorbente supera numéricamente la entropía negativa a cambiar debido a la pérdida de la libertad del adsorbato, el importe neto de entropía de la adsorción es positivo. Si no se reconocen esto ha llevó a grave error al utilizar la ecuación (1) para llegar en el signo del calor de quimisorpción. Este, en esencia, es la razón por la endotérmica quimisorpción ha sido descuento hasta hace muy poco, a pesar de su existencia debe ser considerado como normal la existencia de solución endotérmica.
Puedes buscar ejemplos específicos; el papel que he citado hace referencia a algunas demasiado. He aquí uno: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360056408601546
Éste proporciona una detallada energía potencial diagramas que ilustran endotérmica chemisorptions.
