Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda Área Tecnología, Programa de Ingeniería Química DETERMINACION DE LA ISOTERMA DE ADSORCION DE UN SOLIDO
Raúl Mangles C.I 20.511.973; Leidimar Ollarves C.I 21.113.208 Barazarte José C.I 23.052.737; Deivis Reyes C.I 20.570.856
Resumen: Dentro de los muchos fenómenos de superficie estudiados se encuentra la adsorción, un proceso que básicamente se define, como un proceso de unión de una molécula procedente de otra fase sobre la superficie de un sólido. Para efectos de la práctica se realiza un ensayo de adsorción entre el ácido acético (adsórbato) y Carbón activado (adsorbente), este ensayo consistió en evaluar la adsorción del carbón activado frente al ácido acético a diferentes concentraciones para observar el comportamiento de sus propiedades de adsorción mediante el método grafico conocido como isoterma de adsorción el cual permitió conocer la naturaleza del sistema de adsorción. Introducción La adsorción es un proceso ampliamente utilizado forma parte de los fenómenos de superficie este fenómeno en particular consiste en la acumulación preferencial de una substancia en una fase liquida o gaseosa sobre una superficie de un sólido. La dinámica de este proceso involucra la separación de una fase fluida acumulando la sustancia en la superficie de un adsorbente sólido, obteniendo así los fines más comunes como lo son purificar y separar sustancias. La eficiencia de la adsorción dependerá la capacidad del adsorbente para retener las sustancia esto está directamente relacionado con el diámetro de los poros del adsorbente y el tamaño de su superficie de adsorción. La realización de un ensayo de adsorción o determinación experimental de la adsorción consiste en evaluar la adsorción de un adsorbente frente a un adsorbato, las diferentes variables de presión, concentración, y volumen del adsorbente constituyen un isoterma de Sorción que se define más claramente como la relación matemática entre la masa de soluto adsorbido y la concentración del soluto en la solución una vez que haya alcanzado el equilibrio. Las isotermas de adsorción se usan con frecuencia como modelos experimentales, que no hacen afirmaciones sobre los mecanismos subyacentes y las variables medidas. DATOS EXPERIMENTALES
Concentración de las diferentes soluciones de Ácido Acético Preparadas. Tabla Nro. 1 [ CH₃COOH] Matraz iniciales (Mol/L) 1 0,097 2 0,052 3 0,023 4 0,0122
Volumen de CH3COOH utilizado para preparar cada solución.
Tabla Nro. 2 Matraz Nº Volumen de CH3COOH (mL) 1 6.9 2 3.49 3 1.75 4 0,87
Tabla Nº 03: Pesos de los Erlenmeyers y el Carbón Activado colocado en cada Matraz Tabla Nº 03. Matraz Peso Peso Matraz(g) Carbón A(g) 1 69,934 0,5052 2 72,79 0,5165 3 70,3 0,5083 4 70,83 0,5096
Matraz
RESULTADOS EXPERIMENTALES: Tabla Nº 04: Titulación Inicialcomprobación de la concentración inicial Matra z
C NaOH (Mol/l)
VNaOH (ml)
C CH₃COOH(Mol/l)
V CH₃COO H (ml)
1 2 3 4
0,05 0,05 0,05 0,05
4,9 4,6 10,5 19,4
0,097 0,052 0,023 0,0122
20 10 10 10
Tabla Nº 05 Volúmenes de Hidróxido de Sodio gastados en la Titulación. Matraz Nº 1 2 3 4
Volumen de NaOH (mL) 16,85 8,7 4,1 2,8
Tabla Nº 06 Concentración de Ácido Acético (mol/L) en equilibrio con el Carbón Activado en comparación con la concentración inicial.
Matraz C iniciales 1 2 3 4
0,097 0,052 0,023 0,0122
C equilibrio 0,08425 0,0435 0,0205 0,012
Tabla Nº 07 Moles iniciales del ácido acético con respecto a los moles en el equilibrio del ácido acético y los moles adsorbidos en el proceso.
C total 0,01275 0,0085 0,0025 0,0002
1
nCH₃COOH Iniciales 0,1223
nCH₃COOH Equilibrio 0,00421
nCH₃COOH Adsorbidos 0,11809
2
0,061075
0,002175
0,0589
3
0,03625
0,001025
0,035225
4
0,0152
0,0006
0,0146
Tabla Nº 08 Moles de Ácido Acético adsorbido por gramo de Carbón Activado. Matraz x (nCH₃COOH/ g C.A) 1 0,23374901 2 0,11403679 3 0,06929963 4 0,02864992 Tabla Nº 09 Datos para graficas de isoterma. 1/C
1/x
log(x)
log ( C )
78,43137255
4,27809298
-0,631250219
-1,89448982
117,6470588
8,76910017
-0,942955031
-2,07058107
400
14,43009226
-1,159269108
-2,60205999
5000
34,90410959
-1,542876564
-3,69897
Grafico nro. 1 1/x vs 1/c
Grafica nro. 2 log (x) vs log( c) 0 -2
-1.5
-1
-0.5
-0.5
0
-1 log (x)
-1.5 -2 -2.5 -3 -3.5 log (c)
-4
Análisis 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. En el experimento “Determinación de las isotermas de adsorción” para el ácido acético en el carbón activado, se observó que la cantidad de ácido acético adsorbido disminuía según disminuía la concentración de este en le disolución ácido acético – agua, esto debido a que a mayor concentración de adsorbato mayor será la cantidad de este adsorbida por el absorbente (principio de Le´Chatelier), sin embargo, la velocidad de adsorción del carbón activado aumentaba según se diluía el ácido acético esto debido a que al diluirse el adsorbato este disminuye su tensión superficial facilitando así la adsorción. Teóricamente se conoce que el ácido acético es un ácido débil y de disociación en agua y por referencia de los tipos adsorciones se conoce la fisisorcion y la quimisorcion ambas definidas por sus parámetros observándose la física como la presencia de van der Waals como interacción molecular, en cambio la quimisorcion siendo más específica se
observa la presencia de un enlace químico covalente; con esta premisa y basándose que en la disociación del ácido acético quedan pares de electrones libres y sabiendo que con esta condición se da mejor la quimisorcion por la fácil formación de enlaces teniendo en cuenta que una adsorción donde exista la formación de enlace químico depende de la Valencia y tamaño del ión, 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). Al complementar la teoría con los datos obtenidos de adsorción a diferentes concentraciones podemos comparar con el isoterma en cuestión que reúna las características para identificar este ensayo, dicho de esta manera se confirmó que quien reunía todas estas características era el isoterma de langmuir. Conclusión
El carbono activado es mucho más efectivo para adsorber no electrolitos de una solución que electrolito, debido a su naturaleza no polar por lo que es un adsorbente excelente para las soluciones de Agua y Ácido Acético. La cantidad de ácido acético adsorbida aumenta según aumenta la concentración de este en la disolución (Le´ Chatelier). La adsorción es un fenómeno que ocurre en la superficie, mientras mayor área superficial disponible tenga un sólido, mejor adsorbente podrá ser.
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 práctica 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.
Moles adsorbidos = moles iniciales - moles en equilibrio
0,1223 - 4,21E-03 = 0,11809 moles X= moles adsorbidos de ácido acético por gramo de carbón activado.
X=
= 0,23374901
Repetir la serie de cálculos para el resto de las muestras.
APÉNDICE
Concentración de Ácido Acético (mol/L) en equilibrio con el Carbón Activado.
Área superficial especifica A= N*No*
Matraz nro. 1
Mol CH₃COOH= [NaOH]* NaOH Mol CH₃COOH=
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Mol CH₃COOH=
LEVINE, Ira N. 2002. “Físico –química”. Quinta Edición. Volumen II. Editorial MC Graw Hill
Mol CH₃COOH=
Interamericana.
Mol CH₃COOH = 4,21E-3 [CH₃COOH]= Se repiten los cálculos para el resto de las muestras.
Numero de moles de Ácido Acético Adsorbido por gramo de adsorbente. ,
mol = Matraz nro. 1
Mol = Mol =
, = 0,1223 mol
