Medición del calor de adsorción de hidrógeno sobre óxido de galio puro y soportado en sílice

S.E. COLLINS, M.A. BALTANÁS, A.L. BONIVARDI

Santa Fe, Argentina

Congreso; XXIV Congreso Argentino de Química; 2002

Asociación Química Argentina

La espectroscopía FTIR in-situ es una herramienta sumamente valorable para la caracterización y cuantificación de especies superficiales. Por ejemplo, es posible medir energías de adsorción en condiciones de equilibrio en función de la temperatura  [1]. Más aún cuando la quimisorción de un gas ocurre sólo al muy altas temperaturas donde aparecen problemas para realizarse las tradicionales isotermas de adsorción. En nuestro caso hemos encontrado un singular comportamiento al quimisorber H2 sobre óxido de galio puro, soportado en sílice con y sin Pd. El hidrógeno se adsorbe disociativamente en la superficie del óxido de galio sólo al superar los 500 K, aumentando su concentración superficial monotónicamente hasta llegar a un plateau a 700 K. Se realizaron isobaras de adsoción en equilibrio bajo flujo de H2 (P = 1 atm) sobre los materiales mencionados. Se identificó la señal IR correspondiente a la vibración Ga-H a 2020-1990 cm-1 y se corroboró su procedencia realizando las mismas experiencias bajo flujo de D2 (n Ga-D = 1450-1430m-1). Se realizaron experimentos con rampas de temperatura ascendente y descendente (varios ciclos) observandose un comportamiento reversible en la adsorción de H2. Lo mismo ocurrió al variar la presión de H2 (batch). El cubrimiento superficial de hidrógeno en función de la temperatura se ajustó con una ecuación de Langmuir suponiendo que el DHad y la DSad son independientes de la temperatura. Al ajustar los puntos experimetales se obtuvieron calores de adsorción (DHad) de hidrógeno endotérmicos en todos los materiales estudiados con valores alrededor de 35 Kcal/mol. Los valores calculados fueron los mismos para el óxido de galio puro y soportado (e indepedientes del contenido de Pd). Por otro lado, se utilizaron las frecuencias de vibración IR experiementales de Ga-H y GaO-H, se estimaron empíricamente las energías de dichos enlaces. Con estas energías y con datos de energías de enlaces de la bibliografía se estimaron los calores de adsorción para el H2 sobre óxido de galio analizando las energías involucradas en la ruptura y formación de enlaces. Se postularon dos mecanismosde para la quimisorción de hidrógeno: i) quimisorción homolítica y ii) quimisorción heterolítica. En ambos casos los calores estimados fueron endotérmico con valores de 20,5 Kcal/mol y 16 Kcal/mol respectivamente. Ambos mecanismos tienen energías similares por lo que no sería sencillo descriminarlos. Sin embargo los qad obtenidos con las isobaras de adsorción resultaron ser bastante mas altos pero más cercano al de quimisorción homolítica. En ambos casos los qad solo que fueron considerablemente menores a los calculados mediante las datos de IR.