ADSORCIÓN DEL ÁCIDO ACÉTICO SOBRE EL CARBÓN ACTIVADO Paredes Tocas, J.P. (20152684D), Ubillas Alcalde, C.A. (20151335F), Maldonado Sanchez, W.A. (20154580A), Llamocca Manco, J.J. (20151469B) Escuela de Ingeniería Petroquímica, FIP-UNI. Físico Química II, Sección A Fecha de realización: 31/10/2017
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[email protected] [email protected];;
[email protected];
[email protected]; llamocca06@gm
[email protected] ail.com
Resumen: En el presente informe de laboratorio se presentan las corridas experimentales experimentales en las que se evalúa la adsorción de ácido acético sobre el carbón activado. Los datos obtenidos en las corridas se intentaron acoplar a los modelos de Freundlich.
Abstract: In the present laboratory report the experimental runs are presented in which the adsorption of acetic acid on the two activated carbons prepared previously is evaluated. The data obtained in the runs were tried to fit the Freundlich models.
1.
INTRODUCCIÓN:
La adsorción es un proceso mediante el cual se extrae materia de una fase y se concentra sobre la superficie de otra fase (generalmente (generalmente sólida). Por ello se considera como un fenómeno subsuperficial. La sustancia que se concentra en la superficie o se adsorbe se llama "adsorbato" y la fase adsorbente se llama llama "adsorbente”. Por contra, la absorción es un proceso en el cual las moléculas o átomos de una fase interpenetran casi uniformemente en los de otra fase constituyéndose una "solución “con esta segunda. El proceso de cambio iónico supone un intercambio de una sustancia o ión por otra sobre la superficie del sólido. El término adsorción incluye la adsorción y la absorción conjuntamente, siendo una expresión general para un proceso en el cual un componente componente se mueve desde una fase para acumularse en otra, principalmente en los casos en que la segunda fase es sólida. La principal distinción entre sorción (adsorción y absorción) y cambio iónico es que las ecuaciones que describen la sorción consideran solamente una especie química, de manera que la distribución del soluto entre la disolución y el sólido responde a una relación simple, lineal o no. Las ecuaciones para el cambio iónico tienen en cuenta todos los iones que compiten por los lugares lugares de intercambio. intercambio. En general, la adsorción desde una disolución a un sólido ocurre como consecuencia del carácter liofóbico (no afinidad) del soluto respecto al disolvente particular, o debido a una afinidad
elevada del soluto por el sólido o por una acción combinada de estas dos fuerzas. El grado de solubilidad de una sustancia disuelta es el factor más importante para determinar la intensidad de la primera de las fuerzas impulsoras. Cuanto mayor atracción tiene una sustancia por el disolvente menos posibilidad tiene de trasladarse a la interfase para ser adsorbida. La adsorción adsorción y el cambio iónico son procesos de gran interés en hidrogeoquímica ya que regulan de manera notable el transporte de contaminantes químicos en acuíferos y suelos. Para el caso de adsorción en disolución, se tienen 2 principales clases de isotermas: La isoterma de Langmuir tiende a un límite de adsorción, que podemos interpretar en términos de recubrimiento completo de la superficie superfici e por una cantidad máxima de adsorbato (límite de monocapa). monocapa). Este tipo de isoterma i soterma es típico de superficies homogéneas. La isoterma de Langmuir tiene la forma:
= + Donde θ es la fracción de la superficie sólida cubierta por las moléculas adsorbidas y k es una constante a temperatura constante.
= Donde N es el número de moles adsorbidas por gramo de sólido para un soluto en equilibrio de concentración C y Nm es el
número de moles por gramo que son necesarios para formar una monocapa. Ordenando la ecuación obtenemos:
= + 1 De esta manera, podemos reajustar la ecuación de Langmuir a una ecuación lineal, al graficar C vs C/N Para el caso de superficies heterogéneas, la isoterma de adsorción nopresenta un límite claro de adsorción en m onocapa. Se trata de laisoterma de Freundlich. En particular, la adsorción de moléculas pequeñas sobrecarbón activado es un fenómeno intermedio entre una isoterma de Langmuir y Freundlich.
F ig. N °2: I soterma de Langmuir
2.
OBJETIVOS:
La ecuación general de la isoterma de Freundlich es:
= ×
Donde k y b son constantes empíricas. Esta ecuación, para poder obtener una ecuación lineal, podemos utilizarla de forma logarítmica:
( ) = + ×
Verificar la adsorción de las moléculas de un soluto en una disolución líquida (ácido acético) sobre la superficie de un sólido (carbón activado). Buscar la ecuación teórica de adsorción mediante el cálculo de los parámetros k y n de la ecuación de Freundlich para el sistema mencionado. Este documento ilustra el ajuste de una función no lineal a datos experimentales, incluyendo la realización de una serie de cálculos previos. Asimismo, realizar la representación gráfica de una función no lineal (ajustada). Encontrar los parámetros de la ecuación de Freundlich experimentalmente.
3. MÉTODOS Y MATERIALES: 3.1) Método: a) Lavar y secar 4 Erlenmeyer de 400 F ig. N° 1: I soterma de F reundlich
b) c)
d)
ml. Colocar 1.0 g de carbón activado en cada Erlenmeyer. Agregar 150 ml. de solución de ácido acético de diferentes concentraciones: 0.70, 0.35, 0.175 y 0.0875 M. Extraer 10 ml. de cada uno y colocarlas en matraces de 125 ml.
e) f) g) h)
Para ser titulado con hidróxido de sodio 0.2 M en presencia de fenolftaleína. Tapar cada matraz y agitar periódicamente por 30 min. Dejarlos en reposo 15 min para luego proceder a filtrar cada muestra. Desechar los primeros 10 ml de cada solución filtrada, para evitar errores. Extraer muestras de 10 ml de cada solución y luego titular con el NaOH 0.2 M en presencia de fenolftaleína.
3.2) Materiales: Generales Probeta de 100ml Fiola de 250ml Embudos Papel de Filtro
Reactivos NaOH Ácido Acético (0.7M) Carbón Activado Fenolftaleina (1%)
Fig.N°2: Carbón Activado
Pipeta de 10ml Bureta de 50ml Pinzas Erlenmeyers Tapones Soporte Universal
Fig.N°3: Acido Acetico 0.7M
Fig.N°1: Fenolftaleina (1%)
Fig.N°4: 10 Tubos de Ensayo
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN:
Log (Co) vs. Log(x/m)
Volumen de NaOH Matraz N° 01 02 03 04
Masa de carbón (g) 1 1 1 1
Inicio (ml)
Final (ml)
50 50 50 50
43.5 20.5 9.5 4.5
0 -1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0 -0.5
-1
-1.5
y = 2.1007x - 0.1815 R² = 0.9781
-2
Tabla.N°1: Volumenes de NaOH utilizados en la titulación.
-2.5
-3
Concentracion HAc (M) Matraz N° 01 02 03 04
Masa carbón Inicial (g) 1 0.7 1 0.35 1 0.175 1 0.0875
Masa de Final HAc absobido 0.43 0.405 0.33 0.0528 0.15 0.0145 0.05 0.00486
Tabla.N°2: Calculo de masa absorbida de HAc. x
x/m
0.405
0.405
Co 0.7
0.052 0.052 8 8
0.35
0.014 0.014 5 5
0.17 5
0.004 0.004 86 86
0.08 75
log(x/m)
log(co)
-
-
0.39254
0.15490
498
196
-
-
1.27736
0.45593
608
196
-
-
1.83863
0.75696
2
195
-
-
2.31336
1.05799
373
195
Gráfico.N°1: Log (Co) vs. Log(x/m) Comparando la ecuación de recta obtenida:
( ) = + × = 0.1815 + 2.1007 × Tenemos:
= 0.1815 = 10−. = . Y para:
5. CONCLUSIONES:
Tabla.N°3: Cálculo de log(x/m) y log(co).
Con los datos obtenidos tabulamos para hallar las constantes k y b en la ecuación:
( ) = + × Con los datos de la tabla N° 3.
= .
Se verificó la adsorción de las moléculas del ácido acético en la superficie del carbono activado. Se aplicó la ecuación de Freundlich para el sistema mencionado. Se realizó la representación gráfica de una función no lineal haciendo uso de la función logaritmo para simplificar los cálculos. Se encontraron las constantes de la ecuación de Freundlich experimentalmente.
6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
LEVINE. I, Físico Química, cuarta edición, volumen 1, editorial Mc GrawHill, 1996. HOEMAKER, D.P., GARLAND C.W. y J.W. NIBLER. Experiments in PhysicalChemistry. Sexta edición. New York: Addison-Wesley, 1996. LAIDLER, Keith James. Físicoquímica. México, D.F.: Compañía Editorial Continental,1997. Procesos de adsorción: http://www.agua.uji.es/pdf/leccionH Q17.pdf.Búsqueda realizada el día 01 de noviembre de 2010. Químicas de superficie: Adsorción. http://www.unioviedo.es/QFAnalitic a/trans/ExpquimDimas/PRACT_12_ Adsorcion.pdf
