quimisorcion y fisisorcion

7/26/2019 Quimisorcion y Fisisorcion

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La adsorcines unprocesopor el cual tomos,ioneso molculasson atrapados o

retenidos en la superficie de un material en contraposicin a laabsorcin, que es un

fenmeno de volumen. Es decir, es un proceso en el cual un contaminante soluble

(adsorbato) es eliminado del agua por contacto con una superficie slida (adsorbente). El

proceso inverso a la adsorcin se conoce como desorcin.

En qumica, la adsorcinde una sustancia es su acumulacin en una determinada

superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la formacin de una pelcula lquida o

gaseosa en la superficie de un cuerposlidoolquido.

Considrese una superficie limpia epuesta a una atmsfera gaseosa. En el interior del

material, todos los enlaces qumicos (!a seaninicos,covalenteso metlicos) de

lostomosconstitu!entes estn satisfec"os. En cambio, por definicin la superficie

representa una discontinuidad de esos enlaces. #ara esos enlaces incompletos, es

energticamente favorable el reaccionar con lo que se encuentre disponible, ! por ello se

produce de forma espontnea.

La naturale$a eacta del enlace depende de las particularidades de los especmenes

implicados, pero el material adsorbido es generalmente clasificado

como fisisorbidooquimisorbido

La cantidad de material que se acumula depende del equilibrio dinmicoque se alcan$a

entre la tasa a la cual el material se adsorbe a la superficie ! la tasa a la cual se evapora, !

que normalmente dependen de forma importante de la temperatura. Cuanto ma!or sea la

tasa de adsorcin ! menor la dedesorcin, ma!or ser la fraccin de la superficie

disponible que ser cubierta por material adsorbido en el equilibrio.

#ara estos procesos, resultan interesantes materiales con una gran superficie interna, (!

por lo tanto poco volumen) !a sea en polvo o granular, como el carbn activo, ! llevan

asociados otros fenmenos de transporte de material, como el macro transporte! micro

transportede los reactivos.

La adsorcin por carbn activado es una tecnologa bien desarrollada capa$ de eliminar

efica$mente un amplio rango de compuestos ticos. #roduciendo un efluente de mu! alta

calidad

ndice

%ocultar&

' ipos de adsorcin segn la atraccin entre soluto ! adsorbente

* ermodinmica de la adsorcin %'&

+ isisorcin
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- uimisorcin

/ 0plicaciones

1 2ase tambin

3 4eferencias

Tipos de adsorcin segn la atraccin entre soluto yadsorbente%editar&

0dsorcin por intercambio5 6curre cuando los iones de la sustancia se concentran

en una superficie como resultado de la atraccin electrosttica en los lugares cargados

de la superficie (p. e7. en las cercanas de un electrodo cargado).

0dsorcin fsica5 8e debe a las fuer$as de 2an der 9aals ! la molcula adsorbida

no est fi7a en un lugar especfico de la superficie, ! por ello est libre de trasladarse

en la interfase.

0dsorcin qumica5 6curre cuando el adsorbato forma enlaces fuertes en los

centros activos del adsorbente.

Termodinmica de la adsorcin1%editar&

La adsorcin es el proceso mediante el cual un slido poroso (a nivel microscpico) es

capa$ de retener partculas de un fluido en su superficie tras entrar en contacto con ste.

0rc"ivo50ctivated:carbon.7pg

;anoporos en una muestra de carbn activo vista almicroscopio electrnico.

El adsorbente dispone de nanoporos, lo que se conoce como centros activos, en los que

las fuer$as de enlace entre los tomos no estn saturadas. Estos centros activos admiten

que se instalenmolculasde naturale$a distinta a la su!a, procedentes de un gas encontacto con su superficie. La adsorcin es un proceso eotrmico ! se produce por tanto

de manera espontnea si el adsorbente no se encuentra saturado.

La aplicacin ms importante de la termodinmicade la adsorcin es la de calcular los

equilibrios de fase entre un slido adsorbente ! una me$cla gaseosa. En este desarrollo,

por simplicidad, slo tomaremos en consideracin gases puros (monocomponentes).

La base de todo este clculo son las isotermas de adsorcin, las cuales dan la cantidad de

gas adsorbido en los nanoporos como una funcin de la presineterna (del gas).

La termodinmicaslo puede aplicarse a las isotermas de adsorcin en el equilibrio. Estosignifica que se debe poder llegar a cualquier punto de la curva elevando o disminu!endo
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la presin< en otras palabras, las curvas de adsorcin ! desorcin tienen que coincidir. Esto

ocurre slo si no eiste"istresis. La "istresis no se da en poros menores de * nm, sin

embargo, se observa en poros lo suficientemente grandes como para que en su interior se

condense gas para formar lquido.

La isoterma de adsorcin para un gas puro es la relacin entre la cantidad adsorbida

especfica n(molesde gas por =ilogramo de slido) ! P, la presin eterior de la fase

gaseosa. La ma!or parte de isotermas se pueden a7ustar mediante una ecuacin del virial

modificada5

donde Kes la constante de >enr! (el valor de la isoterma de adsorcin dn?dPcuando la

presin tiende a cero), mla capacidad de saturacin del medio slido (mol =g:') ! Cison

los coeficientes del virial. ;ormalmente tres coeficientes bastan para a7ustar la curva a los

datos eperimentales.

@sotermas de adsorcin del C*>-en ;aA. Ecuacin (') frente a datos eperimentales.

;tese que las isotermas "an de obtenerse a partir de la interpolacin de datoseperimentales, aunque eisten tambin modelos moleculares, al margen de la

termodinmica, de los que se pueden obtener tericamente las propiedades del sistema.

La interpolacin de las isotermas de adsorcin respecto de la temperatura se basa en la

ecuacin

donde es la entalpa de adsorcin diferencial, negativa porque la adsorcin es un

proceso eotrmico, como !a "emos comentado. El valor absoluto de se denomina

Bcalor isostricoB.
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;ormalmente la entalpa diferencial se calcula a partir de la ecuacin (*) "aciendo uso de

dos o ms isotermas de adsorcin. El gran potencial desempea un papel fundamental en

la termodinmica de la adsorcin. 8e define como

donde Fes la energa libre de >elm"olt$. Las variables independientes son temperatura,

volumen ! potencial qumico. #ara adsorcin en un gas puro, el gran potencial se obtiene a

partir de la integracin de una isoterma5

se epresa en D =g:'de adsorbente slido. El significado fsico del gran potencial es la

variacin de energa libre asociada a la inmersin isotrmica del adsorbente virgen en el

volumen del gas.

La entalpa de inmersin Hes la integral de la entalpa diferencial5

0l igual que , tiene unidades de D =g:'.

Fna ve$ obtenidas la energa de inmersin () ! la entalpa de inmersin (H), la entropa

de inmersin es5

0 partir de estas ecuaciones se puede "acer todo el anlisis termodinmico en un sistema

formado por un adsorbente ! un gas. ;o debemos de7ar de tener en cuenta que la

determinacin de la ecuacin ('), de donde "emos derivado todas las dems, se "ace a

partir de mediciones eperimentales.

Fisisorcin%editar&

La fisisorcines la forma ms simple de adsorcin, ! es debida a dbiles fuer$asatractivas, generalmente fuer$as de 2an der 9aals(vase fuer$as dispersivas). Gado que

estas fuer$as son omnipresentes, resulta que rpidamente cualquier superficie limpia

epuesta al ambiente acumula una capa de material fisisorbido.

Quimisorcin%editar&

La quimisorcinocurre cuando un enlace qumico se forma, definido en este caso como

un intercambio de electrones. El grado de intercambio ! lo simtrico que sea dependen de

los materiales involucrados. 0 menudo "a! un paralelismo con las situaciones encontradas

en qumica de coordinacin. La quimisorcin es particularmente importante en lacatlisis
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"eterognea, la forma ms comn en la industria, donde un catali$adorslido interacciona

con un flu7o gaseoso, el reactivo o los reactivos, en lo que se denomina reaccin enlec"o

fluido.La adsorcin del reactivo por la superficie del catali$ador crea un enlace qumico,

alterando la densidad electrnica alrededor de la molcula reactivo ! permitiendo

reacciones que normalmente no se produciran en otras circunstancias. La corrosin es un

e7emplo de ello.

Aplicaciones%editar&

Fna de las aplicaciones ms conocidas de la adsorcin en el mundo industrial, es la

etraccin de"umedaddel aire comprimido.

8e consigue "aciendo pasar el aire comprimido a travs de un lec"o dealminaactiva u

otros materiales con efecto de adsorcin a la molcula de agua.

La saturacin del lec"o se consigue sometiendo a presin el gas o aire, as la molcula de

agua es adsorbida por la molcula del lec"o, "asta su saturacin.

La regeneracin del lec"o, se consigue soltando al eterior este aire comprimido !

"aciendo pasar una corriente de aire presecado a travs del lec"o.

Lo "abitual es encontrar secadores de adsorcin en forma de dos columnas ! mientras

una adsorbe, la otra es regenerada por el mismo aire seco de la columna anterior. Este

sistema se conoce como Bpressure sHing adsorbtionB o #80. Conocido tambin como

cambio de presin por vaivn.

6tras aplicaciones en las que se emplea ste proceso de adsorcin como separacin son5

purificacin de agua, tratamiento de aguas residuales, quitar olores, sabores o colores no

deseados por e7emplo en aceites, 7arabes de a$car, en la des"umidificacin de gasolinas,

o en el secado de aire.

La otra aplicacin ms etendida es la obtencin de nitrgeno, "aciendo pasar un caudal

de aire comprimido por el lec"o adsorbente, compuesto por carbn molcular,

especialmente manufacturado para ese propsito.

Fsa el mismo sistema !a mencionado de Bpressure sHingB, de los secadores de adsorcin.

Fna cmara llena de carbn es sometida a presin con aire comprimido, la molcula de

6igeno, es retenida por el nanoporo del carbn, mientras que la molcula de ;itrgeno,

de ms tamao, no consigue entrar en el nanoporo del adsorbente. 8e consegui as,

disponer de gran cantidad de nitrogeno despus del lec"o adsorbente ! el oigeno, queda

retenido. En la segunda parte del ciclo, con la despresuri$acin, el oigeno se libera del

nanoporo ! se evacua a la atmsfera.

Los generadores de nitrogeno, usan este sistema ! sus aplicaciones se "an generali$adoen la industria, en usos como la inerti$acin de depsitos, de envases deproductos
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alimenticiosofarmacuticos! en laboratorios, donde se usa el nitrgeno como gas

portador o inerti$acin de cmaras.

uimisorcin en superficies slidas. Caractersticas generales.

Elprocesode autoensambla7e en superficies slidas con la formacin de monocapas (self-assembled-

monolayers) se define como el ordenamiento molecular, en dos o tres dimensiones, que ocurre a travs

deprocesosespontneos de quimisorcin. Este fenmeno se origina en la interfase que eiste entre una

superficie slida (p.e. una barra metlica) ! una sustancia activa en disolucin, que trae consigo la

formacin de bloques estructurales supramoleculares',* (figura ').

Figura 1-#roceso de quimisorcin sobre una superficie slida, con formacin de monocapas (self-assembled-monolayers).

La reaccin qumicageneral que representa la quimisorcin de un alcanotiol en una superficie deoroes

considerada como una reaccin de oidacin:adicin delgrupotiol seguido de una posterior eliminacin

reductiva del"idrgeno, como semuestraen la ecuacin siguiente5*

4:8:> I 0u J 4:8:0u I K>*

Estas monocapas muestran, en general, un ptimo grado deorgani$acin,compactacin ! estabilidad

como resultado de los fuertes enlaces 0u:8.+:/ 0 pesar de esto, se "a encontrado que en las monocapas

pueden eistir ciertos defectos de autoorgani$acin, especialmente cuando la cadena carbonada es mu!corta (figura *).+
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0dems de los compuestos tiolados, se "a demostrado que otros tipos de compuestos sulfurados

presentan la propiedadde autoensamblarse en superficies metlicas. Entre ellos estn los tiocarbamatos1

! las tioureas.3, Como soportes slidos se "an estudiado otras superficies metlicas tales como plata,M

platino,'Ncobre,'' !"ierro.'*

La posibilidad de caracteri$ar laestructuraqumica, as como los defectos de las monocapas electrdicas

mediantemtodoselectroqumicos ! espectroscpicos, "a sido un elemento de vital importancia para

eldesarrollode sensoresde reconocimiento molecular basados en procesos de quimisorcin. En

particular, loseperimentosde desorcin reductiva ! las mediciones de impedancia permiten estudiar el

grado de revestimiento de la monocapa ! su permeabilidad. La caracteri$acin electroqumicadel

recubrimiento electrdico se puede complementar con diferentestcnicasespectroscpicas como, por

e7emplo, la espectroscopia 4aman superficial, la elipsometra o las mediciones de ngulo de contacto.'*

Figura 2-Giagramaesquemtico de una monocapa sobre electrodo de oro ! algunos de los defectos mscomunes.

Es evidente que la naturale$ade las molculas adsorbidas le puede conferir al soporte determinadas

propiedades que pueden ser tiles para construir determinados dispositivos. Los e7emplos ms sencillos

los tenemos en las monocapas decidos:mercaptocarbolicos o de :mercaptoaminas, que pueden

ser utili$adas como soportes inicos o para reconocer iones de carga opuesta. #or su parte, las

monocapas de alcanotioles de cadena larga se pueden emplear para inducir determinadas orientaciones

enprotenasinmovili$adas que posean dominios "idrofbicos.'

Definicin de fisisorcin: 20/10/2010

La fisisorcin o adsorcin fsica es la forma ms simple de adsorcin,! es

debida a dbiles fuer$as atractivas, generalmente fuer$as de 2an der 9aals.

La fisisorcin es el fenmeno por el cual un compuesto qumico (agente

adsorbente) se ad"iere a una superficie, ! en el que la especie adsorbida conserva

su naturale$a qumica.
http://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBREhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBREhttp://www.monografias.com/trabajos/metalprehis/metalprehis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/metalprehis/metalprehis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/metalprehis/metalprehis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/humed/humed.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/cuasi/cuasi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/cuasi/cuasi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/elec/elec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/elec/elec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/juti/juti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/juti/juti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/juti/juti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/naturaleza/naturaleza.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/aciba/aciba.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/aciba/aciba.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/aciba/aciba.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/compo/compo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/compo/compo.shtmlhttp://www.definiciones-de.com/Definicion/de/adsorcion.phphttp://www.definiciones-de.com/Definicion/de/adsorcion.phphttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBREhttp://www.monografias.com/trabajos/metalprehis/metalprehis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/humed/humed.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/cuasi/cuasi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/elec/elec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/juti/juti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/naturaleza/naturaleza.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/aciba/aciba.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/compo/compo.shtmlhttp://www.definiciones-de.com/Definicion/de/adsorcion.php


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Giferencia entre la fisisorcin ! la quimisorcin

La diferencia fundamental entre ambas es que en el caso de la fisisorcin la

especie adsorbida (fisisorbida) conserva su naturale$a qumica< mientras que

durante la quimisorcin la especie adsorbida (quimisorbida) sufre una

transformacin ms o menos intensa para dar lugar a una especie distinta.

Gado que estas fuer$as son omnipresentes, resulta que rpidamente cualquier

superficie limpia epuesta al ambiente acumula una capa de material fisisorbido.

Algunas consideraciones previas El fenmeno de quimisorcin dio lugar al

desarrollo de una amplia g pq ama de materiales fabricados por el hombre, queson los catalizadores. Los catalizadores de caracterizan por tener una alta rea

es p p py p ecfica. La su perficie es pecfica y la estructura porosa son crticos

en su comportamiento. !ueden consistir en metal finamente dividido

dispersado sobre la su perficie de un "ido refractario, no reactivo, como slica o

al#mina. $tros catalizadores metlicos tienen una estructura abierta, tipo

esqueleto. $tros son zeolitas, que consisten en Al, %i, $, con otros elementos.

!armetros crticos & rea del metal activo' la dispersin metlica, es decir qu(

proporcin del metal activo est realmente e"puesta' la acidez superficial y la

fuerza de los sitios activos. )

Adsorcin qumica%e utilizan gases reactivos como *+, -$), -$, +),*)$, $), %$) para que reaccionen con la superficie activa.%e realiza una

serie de inyecciones de una cantidad conocida del gas reactivo en la corriente de

gas inerte que pasa a trav(s del lecho del catalizador. -orriente abao del

reactor est el /etector que determina la cantidad de gas reactivo removido de

cada inyeccin.La 0 a la que se realiza el anlisis es aquella a la que slo

ocurre quimisorcin.%e sabe que se lleg a la saturacin de la superficie

cuando el /etector indica que la cantidad total de inyecciones subsiguientes

pasan a trav(s de la muestra sin ninguna p(rdida.La suma de las cantidades

inyectadas menos la cantidad de gas que pas sin adsorberse ser la cantidad

adsorbida. 1 Adsorcin qumica 2cont.3El gas inyectado slo se adsorbe

sobre la superficie activa y no sobre el soporte. As el n#mero de mol(culas

requeri As, el n#mero de mol(culas requeridas para cubrir la superficie activa

nos da el dato de rea superficial activa.Aplicando el factor de

estequiometra para la reaccin gas4metal nos da el n#mero de tomos accesibles

de metal activo.5tilizando la cantidad de metal activo por gramo de

catalizador nos permite determinar el porcentae de dispersin de metal activo.

5tilizando esta informacin ms la densidad del metal, se calcula el tama6o

del cristalito. 7 Adsorcin fsicaLa adsorcin fsica se realiza a 0 de

ebullicin del gas que se adsorbe ' tpicamente *) con un ba6o de *) 2l3

adsorbe.' tpicamente *) con un ba6o de *) 2l38ao estas condiciones una

mezcla e 9: de *) en ; con +e da la condicin de presin parcial msfavorable para el estudio de la formacin de una monocapa del *) adsorbido.


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%e calcula ese valor de monocapa. El rea de cada mol(cula de gas es conocida.

%e calcula la superficie de la muestra a partir de la cantidad de mol(culas

adsorbidas en la monocapa.

Quimisorcin

La quimisorcin es una especie de adsorcin que implica una reaccin qumica

entre la superficie ! el adsorbato. Enlaces qumicos nuevos se generan en la

superficie del adsorbente. 0lgunos e7emplos son los fenmenos macroscpicos

que pueden ser mu! obvio, como efectos de la corrosin, ! ms sutiles

relacionados con la catlisis "eterognea. La fuerte interaccin entre el adsorbato

! la superficie del sustrato crea nuevos tipos de bonos electrnicos.

En contraste con quimisorcin es fisisorcin, lo que de7a las especies qumicas del

adsorbato ! superficie intacta. 8e acepta convencionalmente que el umbral

energtico que separa la energa de enlace de BfisisorcinB de la de BquimisorcinB

es de aproimadamente N,/ e2 por especies adsorbidas.

Gebido a la especificidad, la naturale$a de quimisorcin puede diferir en gran

medida, dependiendo de la identidad qumica ! la estructura de la superficie.

Ftili$a

Fn e7emplo importante de quimisorcin es en la catlisis "eterognea que consiste

en molculas que reaccionan uno con el otro a travs de la formacin de productos


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intermedios quimisorbidas. Gespus de la especie quimisorbidas combinan el

producto se desorbe de la superficie.

Oonocapas autoensambladas

Oonocapas autoensambladas estn formados por c"emisorbing reactivos

reactivos con las superficies de metal. Fn e7emplo famoso implica tioles que

absorben sobre la superficie de oro. Este proceso forma fuertes la$os 0u:84 !

comunicados de >*. Los grupos 84 densamente empaquetadas proteger la

superficie.

La quimisorcin de gas:superficie

Cintica de adsorcin

Como un e7emplo de la adsorcin, quimisorcin sigue el proceso de adsorcin. La

primera etapa es para la partcula adsorbato entre en contacto con la superficie. La

partcula necesita ser atrapada sobre la superficie por no poseer suficiente energa

para de7ar as el potencial de gas de la superficie. 8i c"oca elsticamente con la

superficie, entonces volvera al gas a granel. 8i se pierde el impulso suficiente a

travs de una colisin inelstica, entonces se BpegaB sobre la superficie, formando

un estado precursor unido a la superficie por las fuer$as dbiles, similares a

fisisorcin. Las partculas se difunde en la superficie "asta que encuentra as un

potencial de quimisorcin profunda. Entonces reacciona con la superficie o

simplemente desorbe despus de suficiente energa ! tiempo.

La reaccin con la superficie depende de las especies qumicas implicadas.0plicando la ecuacin de Pibbs energa libre de las reacciones5

Peneral de la termodinmica establece que para las reacciones espontneas a

temperatura ! presin constantes, el cambio en la energa libre debe ser negativo.

Gado que una partcula libre est restringido a una superficie, ! a menos que el

tomo de superficie es altamente mvil, la entropa se ba7a. Esto significa que el

trmino entalpa debe ser negativo, lo que implica una reaccin eotrmica.


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La igura ' es un grfico de las curvas de energa de fisisorcin ! quimisorcin de

tungsteno ! ogeno. isisorcin se da como un potencial de Lennard:Dones !

quimisorcin se da como un potencial de Oorse. Eiste un punto de cruce entre la

fisisorcin ! quimisorcin, es decir, un punto de transferencia. #uede ocurrir por

encima o por deba7o de la lnea de energa cero, lo que representa un requisito de

energa de activacin o la falta de. Oa!ora de los gases simples en superficies

metlicas limpias carecen del requisito de energa de activacin.

quimisorcion y fisisorcion

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