Adsorción con múltiple ocupación de sitios: Teoría y Simulación de Monte Carlo

RAMIREZ PASTOR A. J.

Buenos Aires

Otro; Premio “Ernesto E. Galloni” 2001; 2001

Academia Nac. de Cs. Exactas, Físicas y Naturales

En el presente trabajo analizamos la adsorción localizada de moléculas poliatómicas interactuantes sobre sustratos homogéneos y heterogéneos, en una y dos dimensiones. Diferentes observables termodinámicos como la isoterma de adsorción y la entropía configuracional de la fase adsorbida son obtenidas mediante simulación de Monte Carlo y comparados con modelos teóricos desarrollados en el marco del formalismo de gas de red. En el caso unidimensional, presentamos la termodinámica estadística exacta para un sistema constituido por k-meros interactuantes (en forma atractiva y repulsiva) adsorbidos sobre una cadena lineal de sitios adsortivos. Los resultados obtenidos en 1-D son extendidos a dos dimensiones (y diferentes conectividades) mediante una aproximación de campo medio, y comparados con simulaciones de Monte Carlo. Particular interés es dedicado al caso repulsivo, donde novedosas estructuras (no reportadas en la literatura) aparecen en el adsorbato en el régimen crítico. La influencia de las citadas estructuras sobre las principales cantidades termodinámicas es ampliamente discutida. Con respecto al problema de heterogeneidad superficial, presentamos un nuevo modelo teórico para estudiar adsorción con múltiple ocupación de sitios sobre superficies heterogéneas. El mismo se basa en la introducción de la expresión rigurosa para la energía libre de Helmholtz de un gas de red poliatómico y unidimensional, en el modelo presentado por Nitta et al. (J. Chem. Eng. Japan 1984, 17, 45). Las predicciones teóricas se comparan con datos experimentales correspondientes a  CO, N2 y O2 adsorbidos sobre zeolitas 5A y 10X y con resultados de Monte Carlo, para las isotermas de adsorción de 2-meros, 4-meros y 6-meros adsorbidos sobre superficies heterogéneas con dos tipos de sitios. A partir del análisis de los resultados del estudio, se concluyó que el modelo presentado en esta contribución representa una mejora significativa respecto al modelo original de Nitta.