Ecuación de Langmuir

La ecuación de Langmuir, o ecuación de adsorción de Langmuir, es aquella igualdad que relaciona la adsorción que presentan determinadas moléculas cuando se encuentran en una superficie en estado sólido, con las concentraciones, o presiones de gas del medio que se sitúa sobre la superficie sólida anteriormente mencionada, todo ello a un temperatura constante.

La ecuación de langmuir es conocida también bajo el nombre de isoterma de Langmuir. Esta fue establecida por Irving Langmuir, un físico-químico estadounidense, al cual fue otorgado el Premio Nobel de Química, en el año 1932, por sus valiosos descubrimientos e investigaciones en el campo de la química de superficies.

A las isotermas de adsorción, también se las conoce como isotermas de porción, y son aquellas que representan un equilibrio de dicha propiedad, la adsorción, en un material, cuando la temperatura del proceso es constante, representándose la cantidad de material que se ha conseguido unir a la superficie, también conocido como sorbato.

Este tipo de isotermas se utilizan con cierta frecuencia en modelos de tipo experimental, consiguiéndose a partir de las medidas realizas por procesos de análisis de regresión.

Debemos recordar el significado de los términos que relaciona la ecuación de Langmuir, es decir, la adsorción y la presión gas. El término adsorción, hace referencia al proceso mediante el cual, distintas moléculas, o incluso átomos e iones, se encuentran retenidos en la superficie de un determinado material. No debe de confundirse con el término, absorción, el cual hace referencia a un fenómeno que trata el volumen, y no es el caso. Así, en el campo de la química, se utiliza el término adsorción, cuando queremos hacer referencia al acumulo de ciertas sustancias en una superficie que se encuentra entre dos fases distintas, lo que provoca la formación de una fina película, que puede encontrarse en estado liquido o en estado gaseoso, sobre una superficie sólida o líquida en algunos casos.

En el caso del término, presión gas, este hace referencia a la presión parcial que posee un gas medido en atmósferas. Si tuviésemos una mezcla, la presión gas o presión parcial, sería aquella que presentaría dicho gas si, sin cambiar la temperatura de la mezcla, eliminásemos el resto de los componentes de esta. Así pues, la presión parcial que tiene un gas, cuando se encuentra en una mezcla, es la medida de la actividad termodinámica que presentan las moléculas que constituyen el gas en cuestión, la cual a su vez, es proporcional a la concentración y a la temperatura que tiene dicho gas.

Existen un total de dos isotermas consideradas de adsorción, estas son la isoterma de adsorción de Langmuir, y la isoterma de adsorción de Freundlich.

En el año 1916, Irving Langmuir, relaciona los términos que dan lugar a la ecuación que lleva su nombre. La igualdad es la siguiente:

θ = α. P / 1 + α. P, de donde θ, hace referencia a la fracción o espacio de superficie de cobertura en el proceso. P, es la presión del gas, o en otros casos, la concentración de este, y α, es una constante.

La constante de adsorción α (alfa), es también llamada constante de adsorción de Langmuir, la cual incremente a la vez que incrementa la energía de ligadura en la adsorción, siempre que la temperatura sea menor.