INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA II nO 5 ITERFASE SOLIDO - LIQUIDO: ADSORCION
1. Obje Objeti tivo vos s
Experimentar con la adsorción de ácido acético sobre carbón activado.
. F!n"#$ento te%&i'o La cant cantid idad ad de mate materi rial al adso adsorb rbid ida a por por una una cant cantid idad ad determinada de adsorbente depende de la presión (o de la concentración) de la sustancia que esta siendo adsorbida. Mientra Mientras s mayor mayor sea la presión presión o la concen concentra tración ción, , mayor mayor será la cantidad cantidad adsorbida. Cuando se coloca un adsorbente en contacto con un as o un solución aumenta la cantidad adso adsorbi rbida da y dism dismin inuy uye e la conc concen entr trac ació ión n dela delas s molé molécu cula las s cercanas cercanas !asta que la velocidad de desadsorción desadsorción es iual a la de adsorción y, por lo tanto, se e s t a b l e ce un equilibrio. equilibrio. "i se aumente aumente la concentración concentración del as o de la solución, solución, aumenta la cantidad cantidad de sustancia adsorbida !asta que se establece de nuevo el equilibrio. La adsor adsorci ción ón se prod produce uce sobr sobre e una una supe super# r#ic icie ie de sóli sólido do debido alas #uer$as de atracción que e%ercen los átomos y las las molé molécu cula las s que que se encu encuen entr tran an en la supe super# r#ic icie ie del del sólido. Es importante distinuir el tipo de adsorción. &ipos de 'dsorción epe epend nde e de la inte intens nsid idad ad de la inte intera racc cció ión n entr entre e molé molécu cula las s en esta estado do as as o lqu lquid ido o y la supe super# r#ic icie ie sólido, pudiendo ser del tipo *sico o +umico.
las las del del
•
ero ero si solo solo existe existe una es una adsorción #sica.
•
"i la #uer$a de atracción es tan rande que ocasiona un se tratar tratara a entonc entonces es de una intercambio interc ambio de electr electrones ones adsorción qumica
atracción atracc ión
electrónica electr ónica
entonces
Las #uer$as que provocan la adsorción #sica son del mismo tipo que las que causan la condensación de un as y su paso a la #orma liq liquida, la a d s o r c i ón #sica dismin minuye rápidamente con la presión del as y con la concentración del soluto. or otro lado la adsorción qumica no disminuye tan tan rápi rápida dame ment nte, e, y no pued puede e ser ser adso adsorb rbid ido o más más de un estrato. &ambién, el calor desprendido durante la adsorción qumica es considerablemente mayor que el adsorbido durante la adsorción #sica, y se puede considerar que se #orma un verdadero compuesto sobre la super#icie.
1
Gráfica:
Interacción de las fuerzas atómicas en la superficie de un sólido
Superficie del sólido
Fase liquida
+
+
+
+
Centro Activo
+
+
+
+
+
Fuerza Resultante -. Materiales y reactivos
Matraces, unidades
ipetas
/ureta, 0 unidades de 12ml
Embudo, unidades
"oporte universal
apel #iltro Θ 3eactivos Carbón activado, ácido acético 2.4M, 5a67 2.8M, #enol#talna
(. )&o'e"i$iento •
esa esar r un ram ramo o de carb carbón ón acti activa vado do en cada cada uno uno de los los matraces. • 'rear la solución de ácido acético indicado en el cuadro. • 'itar todos los matraces durante una !ora. • espués de pasar el tiempo indicado se #iltran todas las soluciones. • "e toma un volumen del #iltrado como se indica en el cuadro y se titula con 5a67 2.8M. 5. Dise*o e+,e&i$ent#
2
. D#tos / &es!t#"os "e corriió la concentración del ácido acético, valorándolo con el !idróxido preparado. 9a : 1ml 9b : 0
Ma : ; Mb : 2.82=14M
(9.M)base : (9.M)ácido Ma : 2.8-4M
espués de la adsorción se calcula la concentración para el ácido acético en el equilibrio. E%emplo para el matra$ 8>
9a : 1ml 9b : 0ml
Ma : ; Mb : 2.82=14M Ma : 2.1=M
Lueo se procede a llenar la tabla
3
&abla>
Matra$
ml 7'c 2.8-4M
ml 706
9olumen total
Concentración
n#
@ ni A n#
8
12
A
12
2.1=
2.20<4<
2.2200
0
01
01
0 .8
2.0<1=
2.2840=
8.21 x 82 A-
-
81
82
- 1.2
2.8=8B
=.1<4< x 82A-
A
4
4.221 x 82 A-
82
0 B.1
2.2<2
4.-2-4 x 82A-
0.=B x 82 A4
2.2 4=2 B
0.41-1 x 82 A-
42
8 .<
2.242
0.-22- x 82A-
8.1- x 82 A4
2.2 041 4
8.00B x 82 A-
42
<. 4
2. 20-
8.8120 x 82A-
B.< x 82 A1
# mol 7'c
ni
9olumen tomado
?asto 5a67, 2.8M (ml)
Concentración Equilibrio
2.8-4
2 .2- 2B
1
0. 2
12
2.-2B
2.2 81- 4
1
-1
12
2.8 <42 0
0.B2- x 82A-
B.1
40.1
12
2.2 =02 8
1
4. 20
4.2
12
0.2
4<.2
12
(M)
# mol 7'c
4
0. A'tivi"#"es
Θ
?ra#icar C@ 9s. C, determinar
D y 5.
ISO ISOTERMA DE LANGMUIR LA NGMUIR
320
y = -86,136x + 303,85
300
2
R = 0,886 280 x / 260 C
240 220 200 0
0 ,1
0,2
0 ,3 C
0,4
0,5
0,6
0. A'tivi"#"es
Θ
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D y 5.
ISO ISOTERMA DE LANGMUIR LA NGMUIR
320
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300
2
R = 0,886 280 x / 260 C
240 220 200 0
0 ,1
0,2
0 ,3
0,4
0,5
0,6
C
Θ
85 : A<.8-
5 : A2.288 mol
8D5 : -2-.<1
D : A2.0<-1 lmolA8
5ombrar alunos adsorbentes industriales. 'dsorbentes industriales
Carbón activado "lica A el "l ice 'lmina ( y 'l6) /en tonita /au xita 'rc illas "lice A 'lminas Manesia &ierras diatomea
'sbestos Carburo de silicio Dieselur 'lmina 'lundum Corundum i e d ra p ó m e $
"on "on diver diversa sas s las las #unci #uncion ones es que que cumpl cumple e un adso adsorb rbent ente e o soporte van desde ser una sustancia totalmente totalmente inerte para
5
la reacción y ayudar a incrementar el área super#icial de contacto, !asta desempeFar el papel de coAcatali$ador.
Θ
Gso del carbón bón preciosos.
a c t i v a do
en
ara ara la adso adsorc rció ión n de meta metale les s emplea es el carbón veetal.
Θ
3esolve 3esolver r 8<.82.
los
proble problemas mas
de
la
adsorción
de
prec precios iosos os el carbó carbón n
Castel Castellan> lan> 8<.,
8<.<, 8<.<,
metales
que se
8<.= y
8<. 8<. La densida densidad d del ácido esteárico esteárico, , C8B7-1C667, C667, es 2.<1 2.<1 0 cm . La molécula ocupa un área de 02.1 ' en una pelcula super#icial empaquetada al máximo. Calcular la lonitud de la molécula.
Solución L = V/A
o
V
=
1 cm 3 0.85 g
×
284 g 1 mol
×
1 mol 6.023×10 23 molec
×
A3
o
(10 −8 cm) 3
=
554.74 A3
o
L
=
V A
554.74 A
=
o
20.5 A
3
o =
27.06 A
2
8<.< La adsorción de cloruro de etilo en una muestra de carbón de madera a 2oC y di#erentes presiones es
p, cm7
0
1
82
02
-2
m,
-.2
-.<
4.-
4.B
4.<
Empleando la isoterma de Lanmuir, determinar la #racción de super#icie cubierta para cada presión. "i el área de la molécula de cloruro de etilo es de 82 '0, HCuál es el área del carbón de madera;
6
Solución Isoterma de Langmuir a)
θ
=
,p
1
1 + ,p
m
1 =
*
1 +
*,p
p, cmHg
2
5
10
20
0
m, g
!0
!"
#!
#!$
#!"
1/p
0!5
0!2
0!1
0!05
0!0
1/m
0!
0!2%2
0!22%
0!212"
0!20"
0!%0#2
0!$52#
0!""#2
0!&"5
0!&5"2
'r(ico
ISOTERMA DE LANGMUIR 0,4 0,35 0,3 0,25
/ 0,2 1
y = 0,266x + 0,2031
0,15
R2 = 0,9915
0,1 0,05 0 0
0 ,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
1/p
1/* = 0!201
+ = #!&25 g
1/+ = 0!2%%0
= 0!$% mmHg -1
7
*)
= A A /A.
A. =
A A /
A A = (rea cu*ierta cu*ierta del del car*ón de madera madera A. = (rea total total del car*ón de madera
A A
m A + o
=
A.
=
. A A/
; A
A A
m A + o A A/
=
θ
; A θ
m A = *!
A.
=
+ o * A A/ ; A
6.023 × 10 23
=
×
4.96 ×10 × (10 8 ) 2 −
64 .05
8<.= Considerando la deducción sobre la base de una reacción super#icie, demostrar que si un en #orma en #orma atómica en la 80 80 80 80 θ : D p (8 I D p )
=
4.64 × 10 7 cm 2
de la isoterma de Lanmuir qumica entre un as y una as diatómico es adsorbido super#icie, entonces>
Solución l proceso de adsorción se descri*e por medio de una ecuación umica, as tendremos ue A2 3g)
4
2
=
2A
2 6 A
=
6 2 p
6 A = racción molar de sitios ocupados en la supericie! 6 = racción molar de sitios li*res en la supericie! p = presión del gas !
θ
7omo
=
6 A
,
9espe:ando
, θ
8
=
31
-
)
=
6
θ 2 (1 −θ ) 2 p
se demuestra
θ
=
1/ 2 p1/ 2 (1 + 1/ 2 p1/ 2 )
8
8<.82 Gna emulsión de tolueno en aua se prepara vertiendo una solución alco!ólica de tolueno en aua. El alco!ol se di#unde en el aua y de%a el tolueno en otas divididas #inamente. "i en 82 de aua se vierte 82 de una solución que contiene 81J de etanol y <1J de tolueno en su peso, se #orma una emulsión espontáneamente. La tensión inter#acial entre las otitas suspendidas del tolueno y la me$cla del alco!ol A aua es de - dinascmK el diámetro promedio de las otitas es de 82A4cm y la densidad del tolueno es de 2.
Solución l aumento de energa li*re asociada con la ormación de cada gota es de acuerdo con la ecuación
∆' / S =γ !A
/
∆'S
=
36 dinas 1 cm
= γ ! #π r r 2
× 4π (0.5 × 10
−4
) 2 cm2
=
1.131 × 10−13 > / gota
l
V
=
m
10 × 0.85 g
=
ρ
0.87 g / cm
3
3
9.77 cm de tolueno
=
l numero de gotas ser(
+ '
=
V t
=
V g
9.77 cm 3 4 / 3π (0.5 ×10
4
−
2
) cm
2
=
1.866 ×1013 gotas
V t t =
ntonces ∆'S
=
/
∆'S + '
=
1.131 × 10 −13 > / gota
∆'mecla
+ = 6i =
×
1.866 × 1013 gotas
=
2.1104 >
= +?. ∑ 6i l n 6i
numero total de moles racción molar de cada componente
9
n H @ 2
6 H
2@
∆'me=cla
=
=
10 g −1
18 g mol 0.5556
=
=
0.5556
=
netanol
0.5882
10 × 0.15 g 46 g mol −1
0.0326
6etanol
0.9446
=
=
=
=
0.0554
0.5882
0.5882moles × 8.31434 > mol −1 , −1 × 298.15 , × [ 0.9446l n 0.9446
∆'me=cla
=
0.0326
0.0554l n 0.0554
+
− 312.2059 >
ntonces se conclu8e ue el cam*io de energa li*re de la mecla es aprecia*lemente ma8or a comparación de la energa li*re asociada a la ormación de las gotitas!
. Con'!siones
"e pued puede e obse observ rvar ar que que se abso absorb rbe e la mayo mayor r cant cantid idad ad de mate materi rial al en el prim primer er matr matra$ a$, , el cual cual tien tiene e la mayo mayor r concentración de ácido acético, entonces se concluye que !a mayor concentración, mayor será la cantidad absorbida.
"e a%us a%usto to los los dato datos s obte obteni nido dos s expe experi rime ment ntal alme ment nte e en el labo labora rato tori rio o con con la isot isoter erma ma de Lan Lanmu muir ir, , obte obteni nien endo do los valores de 5 y D para este caso, por lo tanto la expresión de la isoterma es.
7 6
1 =
3.2911 × 10
−3
−
7 0.0116
2. Bibio3#
*isicoqumica AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA 'utor> aniels y 'berty a> <0 A <<
*isicoqumica AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA 'utor> ?. . Castellan a> 410 A 411
10
]
