Isoterma de Gibbs

La isoterma d'adsorció de Gibbs per a sistemes multicomponentes és una equació o representació gràfica que descriu cóm varia la cantitat d'un solut adsorbido en la superfície d'un adsorbent en funció de la seua concentració en el mig (generalment un líquit) a temperatura constant. És utilisada per a relacionar els canvis en la concentració d'un component en contacte en una superfície en canvis en la tensió superficial, lo que resulta en un canvi corresponent en l'energia superficial. Per a un sistema binario, l'equació d'adsorció de Gibbs en térmens d'excés de superfície és:

$-\mathrm{d}\gamma ={\Gamma }_1\mathrm{d}{\mu }_1+{\Gamma }_2\mathrm{d}{\mu }_2,$

on

$\gamma$ és la tensió superficial,

${\Gamma }_i$ és la concentració superficial excessiva del component i,

${\mu }_i$ és el potencial químic del component i.

Adsorció

Diferents influències en la interfase poden provocar canvis en la composició de la capa propenca a la superfície. Les substàncies poden acumular-se prop de la superfície o, pel contrari, desplaçar-se cap a la massa. El moviment de les molècules caracterisa el fenomen d'adsorció. L'adsorció influïx en els canvis en la tensió superficial i l'estabilitat dels coloides. Les capes d'adsorció en la superfície d'un mig de dispersió líquit poden afectar les interaccions de les partícules disperses en el mig i, en conseqüència, estes capes poden eixercitar un paper crucial en l'estabilitat coloidal. L'adsorció de molècules de fase líquida en un interfaç ocorre quan esta fase líquida està en contacte en atres fases inmiscibles que poden ser gas, líquit o sòlit.

Explicació conceptual de l'equació

La tensió superficial descriu lo difícil que és estendre l'àrea d'una superfície (estirant-la o distorsionant-la). Si la tensió superficial és alta, es requerix una gran energia lliure per a aumentar l'àrea de superfície, per lo que la superfície tendirà a contraure's i mantindre's unida com una làmina de goma.

Hi ha varis factors que afecten la tensió superficial, un dels quals és que la composició de la superfície pot ser diferent a la del volum. Per eixemple, si es mescla aigua en una chicoteta cantitat de surfactantes (per eixemple, sabó de mans), la major part de l'aigua pot estar composta per un 99% de molècules d'aigua i un 1% de molècules de sabó, pero la superfície superior de l'aigua pot estar composta per un 50% de molècules d'aigua i un 50% de molècules de sabó. En este cas el sabó té un "excés de superfície" gran i positiu. En atres eixemples, l'excés de superfície pot ser negatiu: per eixemple, si es mescla aigua en una sal inorgànica com el clorur de sodi, la superfície de l'aigua és en promig menys salada i més pura que el promig del volum total.

Considerem novament l'eixemple de l'aigua en una miqueta de sabó. Ya que la superfície de l'aigua deu tindre una major concentració de sabó que la massa, sempre que aumenta la superfície de l'aigua és necessari eliminar molècules de sabó de la massa i agregar-les a la nova superfície. Si s'aumenta una miqueta la concentració de sabó, les molècules de sabó estan més disponibles (tenen major potencial químic), per lo que és més fàcil extraure-les de la massa per a crear la nova superfície. Com és més fàcil crear una nova superfície, la tensió superficial es reduïx. El principi general és:

Quan l'excés superficial d'un component és positiu, aumentar el potencial químic d'eixe component reduïx la tensió superficial.

Considerem ara l'eixemple de l'aigua en sal. La superfície de l'aigua és menys salada que la massa, per lo que sempre que aumenta la superfície de l'aigua és necessari eliminar les molècules de sal de la nova superfície i espentar-les cap a la massa. Si s'aumenta una miqueta la concentració de sal (elevant aixina el potencial químic de la sal), es fa més difícil expulsar les molècules de sal. Com ara és més difícil crear la nova superfície, la tensió superficial és major. El principi general és:

Quan l'excés superficial d'un component és negatiu, aumentar el potencial químic d'eixe component aumenta la tensió superficial.

L'equació de la isoterma de Gibbs proporciona la relació quantitativa exacta per a estes tendències.