FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO DE DISEÑO CURRICULAR INFORME DE LABORATORIO Asignatura:
Fisicoquímica de Interfases
Nota:
Número de práctica:
3
Fecha de realización:
31/10/2017
Integrantes / Grupo N°:
Arias Mishel, Campuzano Luis, Mullo David, Parra Jessica.
Fecha de entrega:
9/11/2017
1. Titulo ISOTERMAS DE ABSORCIÓN 2. Objetivos
Determinar la capacidad de adsorción del carbón activado mediante la valoración del ácido cítrico con NaOH Realizar la gráfica de la isoterma de adsorción correspondiente entre el número de moles de soluto adsorbido y la concentración del mismo. Determinar las constantes de la capacidad e intensidad de adsorción (k y n).
3. Fundamento teórico 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. Se han observado en general cinco tipos de isotermas en la adsorción de gases en sólidos. En los casos de la quimiadsorción sólo se presentan isotermas del tipo 1, mientras que en la física tienen lugar los cinco casos. Figura 1. Tipos de Isotermas de adsorción. (Maron & Prutton, 2002) En las isotermas del tipo 1, la cantidad de gas adsorbido para una cantidad dada de adsorbente se incrementa con relativa rapidez con la presión y después más lentamente, conforme la superficie comienza a cubrirse con moléculas de gas. Para representar la variación de la cantidad de adsorción por unidad de área o de masa con la presión.
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Freundlich propuso la ecuación:
= / donde es el peso o volumen de gas adsorbido por unidad de área o de masa de adsorbente, P es la presión de equilibrio, k y n son constantes empíricas que dependen de la naturaleza del sólido y gas y de la temperatura. (Maron & Prutton, 2002)
4. Figura 1. (a) Isoterma de adsorción de O2 sobre carbón activado a 90 K. (b) Isoterma de adsorción de N 2 sobre gel de sílice a 77K. (Levine, 2004) La isoterma de Freundlich no es válida cuando la presión es elevada, pero suele ser más precisa que la isoterma de Langmuir para presiones intermedias. (Levine, 2004) ADSORCION SOLIDOS
DE
SOLUTOS
POR
Las superficies sólidas pueden adsorber también sustancias disueltas. Así, cuando una solución de ácido acético en agua se agita con carbón activado, disminuye la concentración de ácido en dicha solución. Análogamente se puede emplear el carbón activado para extraer el amoníaco de las soluciones de hidróxido amónico, fenolftaleína de las soluciones ácidas o básicas, etc. Por regla general el carbón activado es mucho más efectivo en adsorber no electrólitos que electrólitos desde una
solución, y el grado de adsorción depende del peso molecular del adsorbato. Por el contrario, los sólidos inorgánicos tienden a adsorber electrólitos con mayor facilidad que los no electrólitos. Esta tendencia de los adsorbentes para atraer ciertas sustancias de preferencia a otras, conduce en ocasiones al fenómeno de adsorción negativa, es decir, la concentración de un soluto se incrementa en realidad después de un tratamiento con el agente adsorbente. La adsorción a partir de las soluciones sigue en general los lineamientos establecidos antes para los gases y se halla sujeta a los mismos factores. La adsorción de solutos, como los gases, involucra el establecimiento de un equilibrio entre la cantidad adsorbida en la superficie y la concentración de sustancia en solución. La variación del grado de adsorción con la concentración de soluto se encuentra establecido por la ecuación de Freundlich, que en este caso parece trabajar mejor que en el de los gases.
= / donde es la masa de sustancia adsorbida por unidad de la masa adsorbente, C es la concentración de soluto en el equilibrio, mientras que k y n son constantes empíricas (Maron & Prutton, 2002).
Al linealizar la ecuación tenemos:
1 = +
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5. Figura 3. Aplicación de la ecuación de Freundlich a la adsorción del ácido acético por carbón activado a 25°C. (Maron & Prutton, 2002) 6. Procedimiento
Para determinar la capacidad de adsorción se pesó carbón activado en una balanza analítica de ±0,0001 g, la misma que se colocó en un vaso de precipitación de 100 mL con una solución de ácido cítrico 0,9679 M y se mezclaron en una plancha magnética. Luego se utilizó papel filtro y un embudo para filtrar y valorar el filtrado con hidróxido de sodio 1 M; se utilizó como indicador la fenolftaleína. Para determinar la concentración de las soluciones antes mencionadas se utilizó una micro bureta de 1 mL, soporte universal y una pinza de buretas. Para valorar el ácido cítrico se utilizó el NaOH ya valorado previamente y como indicador la fenolftaleína.
7. Resultados REGISTRO DE DATOS Tabla N° 1 Datos Experimentales C ácido cítrico INICIAL (M) 0,75 0,5 0,25 0,1 0,05
m carbón
V NaOH consumido después de adsorción
Volumen alícuota
C después de adsorción FINAL
(g) 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
(ml) 1,85 1,4 0,66 0,27 0,16
(L) 0,001 0,001 0,001 0,001 0,002
(M) 0,582 0,441 0,21 0,083 0,022
Elaborado por: Campuzano y otros.
Calculo de la masa de ácido cítrico adsorbido
= ( − ) ∗ ∗ = 0.75 − 0.582 ∗ 0.001 ∗ 192.124 = 0.0322
Calculo de la fracción de masa adsorbida por unidad de masa adsorbente
= 0.0322 = = 0.02151 1.5
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Tabla N° 2 Resultados masa ácido cítrico (g)
q
ln q
lnc
0,03227683
0,02151789 0,00755688 0,00512331 0,00217741 0,00717263
-3,83887069 -4,885297225 -5,273955215 -6,129621325 -4,937482978
-0,541284831 -0,818710404 -1,560647748 -2,488914671 -3,816712826
0,01133532 0,00768496 0,00326611 0,01075894
Elaborado por: Campuzano y otros.
Regresión lineal ln q vs ln C ISOTERMA DE ADSORCION 0 -4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0 -1
-2 y = 0.3024x - 4.4551 R² = 0.2403 ) q ( n l
-3
-4
-5
-6
ln (C)
Elaborado por: Campuzano y otros.
Ecuación lineal ajustada Donde:
8. Discusión de resultados
ln = 0.3024 − 4.4551 1 = 0.3024 = 3.3068 ln = −4.4551 = 0.01161
-7
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Obtuvo como resultado las constantes de Freundlich: k=0,01161 y n=3,3068 lo cual indica que las áreas específicas del carbón activado están influenciadas por la cantidad de ácido utilizado en la adsorción, presentado el valor más alto de área específica, para cada concentración hubo una diferente fisisorción al realizar la valoración con NaOH. En la gráfica para la determinación de la constante k y n se puede observar que una isoterma de adsorción (también llamada isoterma de sorción) describe el equilibrio de la adsorción de un material en una superficie (de modo más general sobre una superficie límite) a temperatura constante. Representa la cantidad de material unido a la superficie (el sorbato) como una función del material presente en la fase gas o en la disolución, en el laboratorio en sorbato fue el carbón activado. 9. Conclusiones Se determinó la capacidad de adsorción del carbón activado mediante la valoración con NaOH y Ácido Cítrico (Reacción AcidoBase), obteniéndose como resultado las constantes de Freundlich: k=0,01161 y n=3,3068 Se obtuvo una adsorción de aproximadamente la cuarta parte para la concentración 0,1M del ácido después de seguir el procedimiento al pie de la letra, a diferencia de la concentración menor se adsorbe menos cantidad.
10. Bibliografía Levine, I. (2004). Fisicoquimica, Volumen 1. Madrid: Mc Graw Hill. Maron, S., & Prutton, C. (2002). FUNDAMENTOS DE FISICOQUÍMICA. Mexico: LIMUSA Noriega Editores.
