Isoterma de adsorción

Experimentación en química. Atracción. Disoluciones acuosas. Fuerzas de Van der Waals. Cálculos de moles

  • Enviado por: Jenith Arion Vargas
  • Idioma: castellano
  • País: Venezuela Venezuela
  • 18 páginas

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ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

MATERIALES Y REACTIVOS

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

CALCULOS PREVIOS

METODO EXPERIMENTAL

DATOS EXPERIMENTALES

RESULTADOS

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

INTRODUCCIÓN

La adsorción es un proceso por el cual los átomos en la superficie de un sólido, atraen y retienen moléculas de otros compuestos. Estas fuerzas de atracción son conocidas como “Fuerzas de Van Der Waals”.

Los experimentos sobre adsorción, que con mas frecuencia se realizan, consisten en la medida de la relación entre la cantidad de gas o liquido adsorbido, sobre una determinada cantidad de adsorbente. Estas medidas se realizaran a una temperatura constante y los resultados se representan gráficamente en las llamadas Isotermas de Adsorción. Lo que se mide experimentalmente es el volumen del liquido o gas adsorbido por una cantidad de adsorbente, o la variación del peso que experimenta el adsorbente cuando ha estado en contacto con el adsorvato.

La practica #5 denominada “Isotermas de Adsorción” tiene como objetivos (1) Estudiar la adsorción sobre el carbón vegetal (activado), de un soluto en disolución acuosa; (2) determinar la relación existente de ácido acético adsorbido por carbón activado y la concentración de equilibrio del ácido acético en la fase acuosa y (3) determinar el área superficial del carbón vegetal (activado) aplicando las isotermas de Freundlich, Langmuir y B.E.T.

Para cumplir con los objetivos previamente expuestos se realizara la parte experimental “Determinación de la Isoterma de Adsorción”, de la cual se obtendrán los datos y valores correspondientes para la realización de las graficas de c/x vs. c, logv vs. logc y 1/v vs. 1/c.

OBJETIVOS

  • Estudiar la adsorción sobre carbón vegetal (activado) de un soluto en disolución acuosa. La adsorción en la fase liquida es el resultado de dos fenómenos uno es la adsorción física y la otra la química. La ecuación de Freundlich es útil para predecir el comportamiento del carbón activado en la mayoría de las aplicaciones en la fase liquida, por ello, su gran importancia; cabe aclarar que la isoterma será solo aplicable a las condiciones bajo las cuales se realizo la adsorción.

  • Determinar la relación existente de ácido acético adsorbido por carbón activado y la concentración de equilibrio del ácido en la fase acuosa.

  • Determinar el área superficial del carbón vegetal (activado) aplicando las Isotermas de Freundlich, langmuir y B.E.T.. Ya que si se desea obtener un esquema definido de lo que acontece en la superficie de un adsorbente, estimas de alguna manera el valor de la extensión de su superficie. Dado que la mayor parte de los sólidos que se utilizan en los estudios de adsorción son porosos, no será posible medir directamente esta área y por ello se recurre a la Isoterma B.E.T.

  • MATERIALES Y REACTIVOS

    “DETERMINACIÓN de la isoterma de adsorcion”

    Materiales

    Reactivos

    3 Buretas

    9 Erlenmeyers de 250 ml

    6 Embudos

    6 Tapones de vidrio

    Agitador de vidrio

    Termómetro

    Espátula

    Vasos precipitados

    Papel filtro

    Pipetas aforadas de 5 y 10 ml

    Agua Destilada

    Ácido Acético Glacial, Ch3COOH

    Carbón Activado pulverizado

    Hidróxido de Sodio, NaOH 0.4 M

    Fenoltaleina

    DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

    Balanza analítica:

    La balanza ha sido un instrumento utilizado tradicionalmente por los cultivadores de la química a lo largo del tiempo. Algunos autores suelen considerar la obra de Antoine Lavoisier como el punto de partida del empleo sistemático de las balanzas en química, gracias al uso del principio de conservación de la masa. En cualquier caso, podemos afirmar que el establecimiento de las leyes químicas cuantitativas a finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX supuso un mayor protagonismo de la balanza dentro de la química. El desarrollo de los métodos gravimétricos de análisis durante el siglo XIX obligó a la búsqueda de balanzas más cómodas y precisas para el trabajo cotidiano de los químicos.

    Esta tiene una precisión que supera a muchas balanzas mecánicas y además permite el libre acceso al platillo. Es necesario evitar las corrientes de aire para poder apreciar las pequeñas diferencias de masa, por ello una balanza analítica consta siempre de un estuche agrupado con puertas que permiten la remoción de objetos.

    CALCULOS PREVIOS

    Obtención de solución de Hidróxido de sodio 0.4 M:

    [NaOH] = n NaOH / Vsln

    donde Vsln = 1 L, despejando nNaOH

    nNaOH = [NaOH] * Vsln = 0.4 mol/ L * 1 L = 0.4 mol

    entonces,

    mNaOH = nNaOH * PMNaOH = 0.4 mol * 39.996 gr/ mol = 15.9984 ~ 16 gr

    Esto significa que para obtener una solución de hidróxido de sodio al 4 % es necesario diluir 16 gr del mismo en un litro de agua destilada.

    METODO EXPERIMENTAL

    Experimento: “Determinación de la Isoterma de Adsorción”

    DATOS EXPERIMENTALES

    Parte Experimental: “Determinación de la Isoterma de Adsorción”

    Erlenmeyers

    Gramos de carbón

    ml NaOH

    1

    2.00

    142.25

    2

    1.99

    95.2

    3

    1.99

    93.25

    4

    2.00

    82.1

    5

    1.99

    59

    6

    2.01

    12.5

    RESULTADOS

    Erlenmeyers

    [sln](mol/l)

    moles iniciales

    moles finales

    [Ch3COOH]M

    1

    17.4

    1.740

    0.057

    22.760

    2

    13.92

    1.392

    0.038

    15.232

    3

    10.44

    1.044

    0.037

    7.460

    4

    6.96

    0.696

    0.033

    6.568

    5

    3.48

    0.348

    0.024

    2.360

    6

    1.74

    0.174

    0.005

    0.500

    Para las graficas #1 y #2, se utilizaron los siguientes valores:

    c/x

    1/ v

    1/ c

    log v

    log c

    0.841

    0.007

    0.044

    2.153

    1.357

    0.680

    0.010

    0.066

    1.979

    1.183

    0.506

    0.011

    0.134

    1.969

    0.873

    0.332

    0.012

    0.152

    1.914

    0.817

    0.163

    0.017

    0.424

    1.771

    0.373

    0.084

    0.080

    2

    1.097

    -0.301

    DISCUSIÓN DE RESULTADOS

    La relación entre la cantidad de sustancia adsorbida por un adsorbente y la presión o concentración de equilibrio a una temperatura constante se denomina isoterma de adsorción.

    Al graficar log v vs. log c, dio como resultado una línea recta cuya pendiente positiva es igual a 1/n que es una constante. Esta isoterma es útil para predecir el comportamiento del carbón activado en la mayoría de las aplicaciones en fase liquido, evidenciando que a medida que aumenta la concentración del ácido acético en la solución aumenta la cantidad o el volumen de la base titulante, retardando la llegada al equilibrio.

    En esa misma hoja se puede observar la recta 1/ v vs. 1/ c, esta isoterma es un modelo sencillo del comportamiento del fenómeno de adsorción. Su magnitud depende de la temperatura. Esta línea recta obtenida confirma la ecuación de Langmuir e indica la superioridad de su validez frente a la isoterma de Freundlich.

    La grafica que relaciona la cantidad de ácido adsorbido por gramo de carbón vs. la concentración del ácido, explica de forma mas completa el proceso que conduce a la formación de multicapas, ya que las isotermas correspondiente que tienen forma s no dan lugar en la representación de Langmuir a una línea recta, y por consiguiente la teoría expuesta del mismo no es aplicable en estos casos.

    Esta isoterma B.E.T. sugiere por su conducta que la adsorción no solo una capa sino de varias. Cuando la isoterma es del tipo II, tiene un comportamiento como el que se observa en a grafica #1, y el punto B corresponde al volumen adsorbido necesario para dar una capa monomolecular del liquido en la superficie. De allí, que el área del sólido para u peso definido de carbón activado de 1,99g sea de 0.0412 m2 (área del carbón).

    Por lo tanto para que el ácido acético halla sido adsorbido por el carbón activado sus moléculas debieron de penetrar los poros del mismo, en consecuencia, los poros del carbón deben de tener un diámetro mayor que las moléculas de impurezas, y en este caso se da.

    CONCLUSIONES

    • Se verifico la exactitud y linealidad de la Isoterma de langmuir y de Freundlich, como factor importante en los estudios de adsorción.

    • A medida que aumenta la concentración del ácido acético (adsorbato) aumenta la relación entre la cantidad adsorbida por gramo de carbono.

    • El carbón activado pulverizado proporciona datos de adsorción de manera eficiente y en un corto tiempo, debido a la velocidad por llegar al equilibrio.

    • La isoterma B.E.T. es indispensable para medir el área del carbón vegetal, ya que los estudios de adsorción son muy irregulares y porosos y por ello no es posible obtener ese valor directamente.

    RECOMENDACIONES

    • Aunque el tamaño de las partículas del carbón no influyen directamente en la adsorción, tal como lo reporta la bibliografía, resulta provechoso el empleo de carbón pulverizado para disminuir el tiempo de contacto necesario para que ocurra la adsorción de manera apreciable.

    • Se puede realizar esta experiencia practica con carbón granular durante el mismo tiempo de agitación para estableces comparaciones con los resultados obtenidos con el carbón pulverizado.

    • Cuando se emplea carbón activado pulverizado en los procesos de adsorción es recomendable el empleo de filtros especiales para obtener una filtración más eficiente.

    • Debido a las dificultades para determinar experimentalmente los calores d adsorción, se pueden determinar por medio de ecuaciones de Vant' Of. Y a partir de la determinación de las presiones necesarias para la adsorción a dos temperaturas diferentes.

    • También se puede estudiar las películas superficiales empleando un equipo que se conoce como balanza superficial.

    BIBLIOGRAFIA

    DANIELS A. “Físico-química”.

    BARROW. ”Química física”.

    MARROW. “Fisicoquímica”.

    CALCULOS TIPICOS

    Concentración (c) en moles /L de ácido acético que esta en equilibrio con el carbón vegetal:

    En el punto de equivalencia:

    nCH3COOH= n NaOH = [NaOH] * VNaOH

    Para [NaOH]=0.4 M y volumen gastado de la base igual a 0.14225L

    nCH3COOH = 0.4 mol/ L * 0.14225 L = 0.0569 mol

    La concentración de ácido acético en el Erlenmeyers #1 será:

    [CH3COOH]=

    Cálculos de los moles iniciales:

    M=mol/ L, si se despeja los moles quedaría, mol= M * L

    Calculo del numero de moles de ácido acético adsorbido por gramo de adsorbente:

    Para el Erlenmeyers #1:

    Cálculos de los valores para la grafica de 1/ v vs. 1/ c:

    Sí VNaOH= 142.25ml

    si c= 22.76 moles/ L

    Cálculos de los valores para la grafica de log V vs. log c:

    Sí V= 142.25 ml

    Log(142.25)= 2.15305

    Si c= 22.76

    Log(22.76)= 1.357

    Titular cada alícuota con NaOH al 40 %.

    Fin

    Anotar la temperatura ambiente

    Filtrar cada solución en un Erlenmeyers seco

    Tomar una alícuota de 2.5 ml del erlenmeyers #1 y #2, de 5ml para #3 y #4 y de 10 ml para el #5 y #6

    Anotar la temperatura en la mezcla se torne transparente debido al cambio de sistema heterogéneo en homogéneo

    Agitar los 6 matraces por una hora.

    Adicionar a l erlenmeyers #1: 100ml CH3COOH, #2: 80ml CH3COOH, y 20 ml de H2O, #3: 60ml CH3COOH, y 40 ml de H2O, #4: 40ml CH3COOH, y 60 ml de H2O, #5: 20ml CH3COOH, y 80 ml de H2O, #6: 10ml CH3COOH, y 90 ml de H2O

    Colocar dentro de cada erlenmeyers 2.00 g de carbón vegetal pulverizado

    Pesar nuevamente los erlenmeyers con el carbón

    Preparar las buretas, una con ácido acético glacial, CH3COOH la otra con agua destilada

    Inicio

    Pesar cada erlenmeyers con su respectivo tapón

    Enumerar y etiquetar 6 erlenmeyers