PRACTICA Nº 03 ISOTERMAS DE ADORSIÓN. I. OBJETIVOS. El objetivo de la experiencia de adsorción, es trazar la isoterma para la adsorción Estudiar la adsorción de un soluto en disolución acuosa Él objetivo de este trabajo fue determinar experimentalmente las isotermas de adsorción de humedad), y modelarlas aplicando distintas ecuaciones propuestas en b literatura, además de determinar el calor isotérmico de adsorción y modelarlo en función del contenido de humedad del producto con la ecuación de BET Y GAB. La finalidad de aplicar esta ecuación es determinar el valor de la cobertura mono molecular de los alimentos y predecir la humedad más adecua da de los alimentos.
II. INTRODUCCION. La actividad de agua es un parámetro bastante usado como indicador para predecir la vidaútil de un alimento La isoterma de un producto relaciona gráficamente, a una temperatura equilibrio de un producto con la constante, el contenido en humedad de equilibrio actividad termodinámica termodinámica del agua del mismo, ya que en el equilibrio, este último parámetro es igual a la humedad relativa del aire que rodea al producto. Las isotermas son importantes para el análisis y diseño de varios procesos de transformación de alimentos, tales como secado, mezcla y envasado de los mismos. Además son importantes para predecir los cambios en la estabilidad de los alimentos y en la elección del material de empaque adecuado.Varias ecuaciones empíricas y semi empíricas se han propuesto para correlacionar e contenido de humedad de equilibrio con la actividad de agua de un alimento sin embargo laecuación de 6AB (6uggenheim-Andersonde Boer) es de amplio uso en alimentos y recomendada e: por el proyecto Europeo COST 90, que trata sobré sobré propiedades propiedades físicas alimentos. alimentos. Esta ecuación está basada en la teoría de de BET (Brunauer-Emme}-Teller), (Brunauer-Emme}-Teller), l< cual da una explicación física a |os parámetros involucrados en ella. ella. Otro factor importante, a la hora de elegir la ecuación a utilizar, es la simplicidad y el tiempo que puedenecesitar puedenecesitar el cálculo de la humedad de equilibrio. III . REVISION BI BIBLIOGRAFICAS La adsorción es un proceso mediante el cual se extrae materia de una fase y se concentra sobre la superficie de otra fase (generalmente sólida). Por ello se considera como el fenómeno superficial. La sustancia que se concentra en la superficie o se adsorbente se llama "adsorbato" y la fase adsorbente se llama "adsorbente". Por contra, la absorción es un proceso en el cual las moléculas o átomos de una fase interpretan casi uniformemente en los de otra fase constituyéndose una "solución" con esta segunda. ISOTERMAS DE SORCIÓN
Las isotermas de sorción expresan la cantidad de agua de un alimento en función de humedad relativa de la atmósfera que lo rodea. Gráfica 1. Si sometemos a deshidratación un alimento con un alto valor de actividad de agua, la curva tendrá la misma forma sigmoidea, al principio es fácil deshidratar, luego es difícil ara el final volver a ser fácil, deserción. En caso contrario al coger un alimento seco para hidratarlo metiéndolos en cámaras, sucesivamente con humedad relativa pasaría lo mismo de antes pero al revés.
En una isoterma de sorción para un rango de baja humedad de un alimento podeos distinguir 3 zonas. H 2O monocapa H 2O multicapa
H 2O libre
A: esta zona representa una cantidad de agua muy pequeña en el alimento. Está muy fuertemente unida a los solutos del alimento, a los grupos polares, aminos, ácidos. Es agua constitucional como si fuera integrante del alimento. Esto agua no puede intervenir en reacciones como disolvente, tampoco se congela y es difícil de eliminar en deshidratación. Se denomina agua monocapa. B: es el agua multicapa.-ya que forma capas de hidratación. Esta agua está menos retenida que el anterior pero solo es una parte deshidratable y podría iniciar solo en parte reacciones químicas como solvente. C: representa al agua libre.- porque no está unida fuertemente sino que se une por fuerzas de capilaridad. Está disponible como solvente y para el desarrollo de microorganismos es la que se congela y la que se elimina al deshidratar.
Tipos de adsorción Cabe distinguir tres tipos de adsorción según que la atracción entre el soluto y el adsorbente sea de tipo eléctrico, de Van der Waals o de naturaleza química. La adsorción del primer tipo cae de lleno dentro del
intercambio iónico y a menudo se le llama adsorción por intercambio, que es un proceso mediante el cual los iones de una sustancia se concentran en una superficie como resultado de la atracción electrostática en los lugares cargados de la superficie. Para dos absorbatos iónicos posibles, a igualdad de otros. Iones de igual carga, el tamaño molecular (radio de solvatación) determina el orden c preferencia para la adsorción. Este tipo de adsorción se comenta con detalle más adelanta La adsorción que tiene lugar debido a las fuerzas de Van del Waals se llama generalmente adsorción física. En estos casos, la molécula adsorbida no está fija en un lugar específico c la superficie, sino más bien está libre de trasladarse dentro de b interfase. Es1 adsorción, en general, predomina a temperaturas bajas. La adsorción de la mayoría de le sustancias orgánicas en el agua con carbón activado se considera de naturaleza física. Si el adsórbate sufre una interacción química con i adsorbente, el fenómeno se llama adsorción química, adsorción activa o quimisorción. Lo energías de adsorción son elevadas, del orden de las de un enlace químico, debido a que t adsórbate forma unos enlaces fuertes localizados en los centros activos del adsorbente. Esta adsorción suele estar favorecida a una temperatura elevada. La mayor parte de los fenómenos de adsorción son combinaciones de las tres formas d adsorción y, de hecho, no es fácil distinguir entre adsorción física y química. Equilibrio d adsorción e isotermas de adsorción La adsorción de una especie química presente en I solución del suelo (adsorbato) por los constituyentes de la fase sólida del suelo (adsorbente) ocurre debido a la interacciones entre la superficie activa de las partícula sólidas y el adsorbato. La cantidad adsorbida de una determinada especie depende no so de la composición del suelo sino también de la especie química de la que se trata y de < concentración en la solución. Factores que influyen en las isotermas. Son dependientes de la temperatura. Sabremos el contenido en humedad del/alimento « función de la humedad relativa y la temperatura a la que lo almacenemos: A la humedad relativa cuanto mayor es la temperatura menor será el contenido/en agua. Y de contenidos en agua iguales, a mayor temperatura, mayor actividad de La composición del alimentos también influye (grasa, sales, etc.) también la estructura d alimento. La sal por ejemplo interacciona con el agua lo que modificara la actividad de agua. Factores que influyen en la adsorción e intercambio iónico La adsorción depende de las concentraciones respectivas del catión en el adsorbente y líquido. La fuerza iónica de la solución determina la intensidad de la adsorción, pues adsorción relativa es proporcionalmente más intensa en soluciones diluidas q concentrada. Cuando se incrementa la fuerza iónica de la solución en contacto con arcilla, la capa difusa se comprime y el potencial eléctrico decae más rápidamente con distancia a la superficie. Por consiguiente, la superficie potencial variará en función de concentración de electrolito y del tipo de carga de b superficie de las
partículas (constante o dependiente del pH). Para una superficie pH dependiente, un incremento en concentración de electrolito generará un descenso de potencial al producirse un aumenta de la distancia a b partícula. La temperatura influye en la medida que las reacciones adsorción son normalmente exotérmicas y por tanto, el grado de adsorción se presumiblemente mayor, al disminuir b temperatura, aunque es variaciones normales temperatura sólo tienen pequeños efectos sobre el proceso de adsorción. La fuerza enlace con que los iones son retenidos o adsorbidos en los lugares de cambio depende, asimismo, de otros factores, entre los cuales cabe citar los siguientes: - Valencia y tamaño del Ion - Densidad de carga, estructura y superficie específica del material de intercambio - Concentración relativa de los cationes presentes - Contenido de agua en el sistema (efecto dilución) Fundamento o principio de la determinación de la Aw. Ecuación de BET. IV. • • • • • •
V.
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MATERIALES EQUIPOS E INSTRUMENTOS. una estufa grande con control automático de temperatura una balanza analítica. Placas petri. Vaselina. Alimentos. Campanas con solución salina METODOLOGIA O PROCEDIMIENTO. Lo primero que se debe de hacer es triturar los alimentos, en caso de la harina se obviar este paso. Luego en tres flacas petri secas disponer una cantidad adecuada con la finalidad de secar las muestras. Se prepararon las 8 placas petri para la presente práctica. Para determinar la curva de isotermas, las muestras deben estar bien secas. Primero se llevaron a la estufa a una temperatura de 60 a 70 °C por 15 minutos. Unas ves secas el alimento se saca de la estufa y luego se las lleva al desecador acondicionado con gílica. Durante 15 a 20 minutos. Se lava las placas con agua destilada y luego se las seca en la estufa varias placas. El numero dentera de la cantidad de soluciones salinas. Para cada solución se utiliza tres placas, estas mismas irán dentro de una campana de vidrio por lapso de una semana Después se trabajo con la harina de maíz pesando 5 gr a cada placa petri.
Y por ultimo se llevo nuevamente a la estufa con la finalidad de secar el alimento, por un corto tiempo. Ya retirado de la estufa todas las placas petri se pesaron las placas y las muestras el cual seria nuestro peso inicial
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VI.
CÁLCULOS.
Nº de la placa 1 2 3 4 5 6 7 8
Peso de la placa 43.8334 41.9908 43.0417 44.1902 43.5495 43.9588 42.7363 42.5218
Nº de la muestra 1 2 3 4 5 6 7 8
Pi de la muestra 2.0137 2.043 2.0650 2.0636 2.1029 2.0114 2.0963 2.0321
Se procedió a colocar en los recipientes las placas y las muestras, sellándolos con vaselina para tener una mejor concentración de la presión. Nº de placa 1–2 3–4 5–6 7 8
Solución salina Acido sulfúrico Acetato de sodio Cloruro de magnesio Cloruro de sodio Agua destilada
Recipiente Campana Taper Taper Taper Taper
Después de transcurrir los 15 días se procedieron a extraer las placas de los recipientes mencionados obteniendo los siguientes pesos finales. Nº de la placa 1
P. placa + P muestra 45.71
P f de la muestra 1.8766
2 3 4 5 6 7 8
43.87 45.5808 46.8473 45.6516 46.0723 45.0000 45.3439
1.8792 2.5391 2.6571 2.1021 2.1035 2.2637 2.8221
VII. RESULTADO Y DISCUSIONES. También falta de práctica de los líneas de absorción o cuadros para hallar la actividad de agua de diferentes muestras sea de los productos con mas actividad de Agua o con productos que tiene menos actividad de agua para hacer todo los operaciones falta < dominación del tema. La cantidad de humedad que tiene los productos siempre va a ser diferente por que algún productos tienen mas cantidad de agua y otros menos hasta en sus otros componentes. 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 haya 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. VIII.
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CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIONES.
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
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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 IX.
CUETIONARIO.
1.- ¿que es capa mono molecular? 2.- ¿que es isoterma? Una isoterma es una curva que describe las relaciones Presión -Volumen a temperatura constante en el caso de los gases. En general es isoterma o isotérmico mejor dicho todo aquello que sucede a temperaturaconstante (iso=igual, termo=temperatura) Como el estado de la materia se puede describir con tres variables y las mas y y esa comunes son P,V y T, si se fija T queda una relación entre P V relación se puede graficar en eplano (dos variables) con lo que se obtiene una curva que se llama "isoterma".
3.- ¿Cómo se halla la actividad de Aw en los alimentos? Capa de una molécula de espesor, por ejemplo estrato de ácidos grasos o de alcoholespesados, extendida sobre la superficie del agua para reducir la evaporación. Es agua que está fuertemente ligada en el alimento. Esta agua forma/una capa monomolecular sobre solutos del alimento por lo que se le suele llamar agua/monocapa. agua E: prácticamente imposible de extraer si no se destroza el alimento, no/es congelable sniquiera a temperaturas de -40° reactivo, ni como C y no está disponible para las reacciones químicas ni como disolvente. Representa en los alimentos en torno al 0,5%. Suele ser, por ejemplo, el agua que forma puentes de hidrógeno con proteínas o con los grupos hidroxilode los glúcidos. 4.- ¿Qué es humedad relativa? La humedad relativa es la humedad que contiene una masa de aire, en relación con l< máxima humedad absoluta que podría admitir sin producirse mismas condiciones de temperatura y presión condensación, conservando la atmosférica. Esta es la forma más habitúe d e expresar la humedad ambiental. Se expresa en tanto por ciento HR =
Pv Pvs
100
×
Pv = Vapor de agua presente en el aire Pvs = Vapor de agua que tendría el aire saturado. 5.- ¿Qué es y como se determina la humedad en base húmeda? Es la cantidad de agua que contiene el sólido referido al sólido húmedo (sólido seco + agua). =
( mw
+ ms
)
Kg. de agu a/Kg. sólido seco (×100 = %)
6.- ¿Qué es y como se determina la humedad relativa en base seca? Es la cantidad de agua referida al sólido seco: Ws
m =
(ms )
Kg. de agua/Kg. sólido seco (x 1OO = %) Donde hay que tener en cuenta que este porcentaje puede ser mayor del 100% en el a de que el producto contenga más agua que parte sólida. Resulta muy sencillo relacionar contenido con el otro: mw. = la cantidad de agua ms = la masa de producto seco W = humedad Ws = humedad en bases seca
.X. BIBLIOGRAFIAS. Marón S. Prutton "Fundamentos de Fisicoquímica" lera. Edición. Ed. Limusa, México, 1968, pág: 822 - 833. Bremner, J. 1965. Inorganic forms of nitrogen. pp. 1179-1237. In: C. Cadisch, &. E. Handayanto, C. Malama, F. Seyni y K.E. Gil 1998.
