Universidad Autónoma de Coahuila Facultad de Ciencias Químicas
Laboratorio de Termodinámica Práctica 1: ‘’ADSORCIÓN DE ÁCIDO ACÉTICO SOBRE CARBÓN ACTIVADO’’
Profesor: EQUIPO #4 JUANITA ARACELI CERDA CORTINAS ANA PALOMA DE JESUS GONZALES GARCIA LYNDON HUMBERTO DURON SANCHEZ LUIS REY PERALTA SANCHEZ ANDREA MARLENE MIRELES RAMOS FRANCISCO BOTELLO VAZQUEZ EDGAR ULISES MENDEZ CAMPOS RODRIGO ROSALES PICON 2 de septiembre del 2013
OBJETIVO:
El propósito de este experimento es el estudio de la adsorción, por carbón activado, de un soluto (ácido acético) desde una solución acuosa.
TEORIA:
Muchos sólidos tienen la propiedad de adsorber grandes cantidades de gases y solutos. La adsorción es un fenómeno de superficie y el material adsorbido es fijado en la superficie del sólido en una capa monomolecular. El poder de adsorción es una función del área superficial; de aquí que los mejores adsorbentes son aquellos que existen en un alto estado de subdivisión. Entre los adsorbentes más útiles están la sílica-gel y el carbón activado. Pueden hacerse ciertas observaciones generales acerca de la adsorción. La acción es específica con respecto tanto al adsorbente como al soluto. Algunos adsorbentes tienen un gran poder adsorbente para ciertos solutos y poco poder adsorbente, o ninguno, para otros solutos. En general, la cantidad de soluto adsorbido por unidad de masa de adsorbente es una función de la concentración del soluto, hasta el punto de saturación del adsorbente. La cantidad de adsorción para una masa dada de adsorbente y una concentración fija de soluto decrece con el incremento de temperatura. La adsorción es reversible en muchos casos. Si el adsorbente en equilibrio con una concentración dada de soluto es removido y colocado en una solución de concentración mas baja, algo del soluto adsorbido pasará al solvente hasta que el equilibrio se restablece nuevamente. No puede observarse reversibilidad si una reacción química acompaña a la adsorción Un estudio de datos de adsorción de numerosos sistemas ha mostrado que la siguiente ecuación empírica, conocida como la isoterma de adsorción de Freundlich, es ampliamente aplicable: X W
b
kC
donde X es el número de gramos de soluto adsorbido por W gramos de adsorbente en equilibrio con un soluto de concentración C. Las constantes k y b son características del adsorbente y el soluto a una temperatura T dada..
Tomando el logaritmo a ambos lados de la ecuación, se obtiene la expresión:
log
X W
log k b log C
y al trazar una gráfica de log X/W contra log C debemos de obtener una línea recta.
EQUIPO Y REACTIVOS:
Carbón activado (6 gr); 6 matraces Erlenmayer de 250 ml.; buretas y vasos de titulación; soporte y pinzas para bureta; pipetas volumétricas de 5, 10, 25 y 50 ml.; ácido acético 0.5N; hidróxido de sodio 0.1N; indicador de fenolftaleína. PROCEDIMIENTO:
El experimento debe llevarse a cabo en un sitio a temperatura constante. Use porciones de 100 ml de ácido acético. Se obtiene una serie de concentraciones variando de la original de 0.5N hasta 0.0156N por diluciones sucesivas del ácido acético 0.5N. Use muestras de 1 gr de carbón. Asegúrese que el carbón en todos los vasos sea pesado con precisión. Dos horas deben ser suficientes para alcanzar el equilibrio, dando agitación a los frascos frecuentemente. Después de que el equilibrio se ha establecido, se remueven porciones por pipeteo. Se titulan estas con la solución estándar de hidróxido de sodio. La cantidad recomendada de solución para la titulación varía con la concentración de soluto. Para el ácido 0.5N, las porciones de 5 ml. son ideales; para el ácido 0.25N, porciones de 10 ml.; para el ácido 0.125N, porciones de 25 ml.; y para las últimas tres soluciones, porciones de 50 ml. Si es necesario, filtre las soluciones para remover el sólido suspendido. Deben hacerse titulaciones de chequeo en todas las soluciones.
RESULTADOS:
Volumen del acido= 100ml Concentración base=. 1 W=1 Concentraccion
Moles
Gramos
Vol.NaOH
Vol.acido
Acido
Mol
Gramos
Gramos
Inicial de acido
iniciales
iniciales
Gastado
Titulado
final
Final
finales
Ads.
(ml)
(ml)
acido
.5
.05
3
19
5
.38
.038
2.28
.72
.25
.025
1.5
20
10
.2
.02
1.2
.3
.125
.0125
.75
19.8
25
.0792
.00792
.4752
.2748
.0625
.00625
.375
18.5
50
.037
.0037
.222
.153
.0312
.00312
.1875
10
50
.02
.002
.12
.0675
.0156
.00156
.0936
4.5
50
.009
.0009
.054
.0396
OBSERVACIONES :
En el experimento "Determinación de las isotermas de adsorción" para el ácido acético en el carbón activado, se observo 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, 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. 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.
REPORTE:
1) Defina el fenómeno de adsorción y explique la diferencia con el fenómeno de absorción.
La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapadas o retenidas en la superficie de un material en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen. Es decir es un proceso en el cual un contaminante soluble (adsorbato) es eliminado del agua por contacto con una superficie sólida (adsorbente). El proceso inverso a la adsorción se conoce como desorción. La adsorción es un proceso exotérmico y se produce por tanto de manera espontánea si el adsorbente no se encuentra saturado. La aplicación más importante de la termodinámica de la adsorción es la de calcular los equilibrios de fase entre un sólido adsorbente y una mezcla gaseosa. En este desarrollo, por simplicidad, sólo tomaremos en consideración gases puros (monocomponentes). 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 un fenómeno subsuperficial. La sustancia que se concentra en la superficie o se adsorbe 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 interpenetran casi uniformemente en los de otra fase constituyéndose una "solución" con esta segunda
¿Cuál es la diferencia entre adsorción y absorción? Cuando una sustancia se adhiere a una superficie se habla de adsorción, es este caso, la sustancia se adhiere a la superficie interna del carbón activo. Cuando la sustancia es absorvida en un medio diferente esto es llamado absorción. Cuando un gas es atraído dentro de una solución se habla de absorción
.
2) A partir de la concentración y el volumen de cada solución original y la concentración de cada solución después del equilibrio, calcule el número de gramos de ácido acético adsorbido por el carbón en cada recipiente. Esto nos da suficientes datos para probar la isoterma de adsorción de Freundlich.
Gramos adsorbidos = gramos iniciales – gramos finales CONCENTRACION
Gramos iniciales
Gramos finales
Gramos adsorbidos
.5
3
2.28
.72
.25
1.5
1.2
.3
.125
.75
.4752
.2748
.0625
.375
.222
.153
.0312
.1875
.12
.0675
.0156
.0936
.054
.0396
3) Arregle los valores de C, X, W, X/W, log X/W, y log C en forma tabular.
X= gramos adsorbidos W= gramos de adsorbente C= concentración del soluto
CONCENTRACION
X
C
X/W
Log(C)
Log(X/W)
.5
.72
.38
.72
-.4202164
-.1426675
.25
.3
.2
.3
-.69897
-.52287875
.125
.2748
.0792
.2748
-1.101274
-.56098327
.0625
.153
.037
.153
-1.43179828
-.81530857
.0312
.0675
.02
.0675
-1.69897
-1.17069623
.0156
.0396
.009
.0396
-2.04575749
-1.40230481
4) Grafique X/W contra C y log X/W contra log C. Trace la curva que mas se ajuste para los puntos de la primera gráfica y la recta que mas se ajuste para la segunda gráfica. *PARA GRAFICAR SE UTILIZO EL PROGRAMA MATLAB A) grafica X/W contra C C
X/W
.38
.72
.2
.3
.0792
.2748
.037
.153
.02
.0675
.009
.0396
x=[.38;.2;.0792;.037;.02;.009]; y=[.72;.3;.2748;.153;.0675;.0396]; plot(x,y,'red*-')
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
B) grafica log(X/W) contra log(C) Log(C)
Log(X/W)
-.4202164
-.1426675
-.69897
-.52287875
-1.101274
-.56098327
-1.43179828
-.81530857
-1.69897
-1.17069623
-2.04575749
-1.40230481
x=[-.4202164;-.69897;-1.101274;-1.43179828;1.69897;-2.04575749]; y=[-.1426675;-.52287875;-.56098327;-.81530857;1.17069623;-1.40230481]; plot(x,y,'blue*-')
0
-0.5
-1
-1.5 -2.2
-2
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
5) De la segunda gráfica calcule los valores de k y b. X W
log
X W
b
kC
log k b log C
*UTILIZANDO UNA REGRESION LINEAL EN POLYMATH
*AL CALCULAR EL ANTILOGARITMO DE LA VARIABLE
a0 SE
OBTIENE EL
VALOR DE K K=antilog(.1349838) K=1.364532 *LOS VALORES DE LAS CONTANTES EL LA ISOTERMA DE FREUNDLICH SON: K=5.5911
b= .7333718 6) Desde el punto de vista de precisión, ¿cuál de los puntos es el menos confiable?
Se puede observar una diferencia de .004759 entre el valor original y el valor calculado la cual se puede definir como la menos confiable que corresponde a la concentración de .5N ya que la diferencia entre sus valores es la mayor que la de las otras concentraciones.
7) Explique, desde los puntos de vista termodinámico y cinético, cuando el sistema alcanza el equilibrio.
Cuando se alcanza el equilibrio de adsorción, la relación existente entre la cantidad de gas adsorbido físicamente por un sólido y la presión o la concentración de equilibrio, a temperatura constante, conduce a una isoterma de adsorción al representar gráficamente estas dos variables. El equilibrio entre la concentración de un soluto en la fase fluida y su concentración en el solido se parece un poco a la solublidad en equilibrio de un gas en un liquido estos datos también se grafican para dar isotermas de adsorcion
8) Pruebe la isoterma de adsorción de Langmuir calculando los valores de las constantes que aparecen en ella. ¿Cuál de las dos isotermas es mas exacta?
De la ecuación de langmuir
Reordenando la ecuación
*UTILIZANDO EL PROGRAMA POLYMATH
9) Sugiera alguna otra forma de llevar a cabo el experimento con el propósito de mejorarlo.
* Se puede realizar esta experiencia practica 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 ob tener una filtración más eficiente. * Debido a las dificultades para determinar experimentalmente los calores d adsorción, se pueden determinar por medio de ecuaciones de Vant' Of. Y a partir de la determinación de las presiones necesarias para la adsorción a dos te mperaturas diferentes. * También se puede estudiar las películas superficiales empleando un equipo que se conoce como balanza superficial.
10) ¿Qué otras isotermas de adsorción existen?
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. Las isotermas de adsorción se usan con frecuencia como modelos experimentales, que no hacen afirmaciones sobre los mecanismos subyacentes y las variables medidas. Se obtienen a partir de datos de medida por medio de análisis de regresión. La Isoterma de Adsorción es la relación matemática entre la masa de soluto adsorbido y la concentración del soluto en la solución una vez que se ha alcanzado el equilibrio.
CONCLUSIONES *Para la primer practica del laboratorio de termodinámica el primer equipo, fue el encargado de desarrollarla; hablándonos del fenómeno de adsorción, el cual, me era muy vago su significado, puesto que lo confundía con lo que es la absorción. Aprendí que la adsorción trata de un fenómeno de superficie y que esta va variando de acuerdo a la concentración del soluto y también a la temperatura, que para representar el comportamiento de ciertas mezclas son necesarias unas graficas de adsorción, en este caso empleamos la “isoterma de Freundlich”; como adsorbente utilizamos el carbón activado, el cual pudimos comprobar su eficacia con los resultados o btenidos. Pude retomar ciertos conocimientos de los semestres anteriores, como conceptos de termodinámica 1, así como la forma de llevar a cabo una titulación, cálculos de normalidad y molaridad. Se cumplió el objetivo fijado para esta práctica. JUANITA ARACELI CERDA CORTINAS
*Esta práctica me ha ayudado para ver la termodinámica desde otro punto de vista del punto de vista práctico y espero seguir descubriendo esta parte de la termodinámica. En esta primer practica de laboratorio de termodinámica II investigamos sobre el fenómeno de la adsorción, esto nos habla de un fenómeno de superficie y depende de la concentración de la substancia que es el soluto además de diferentes condiciones como la temperatura. En esta sesión utilizamos la isoterma de freundlich en la cual podemos observar los resultados esperados. Adsorbente usado carbón activado. ANDREA MARLENE MIRELES RAMOS.
* 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. LUIS REY PERALTA SANCHEZ
*Según los resultados obtenidos a mayor concentración de adsorbato mayor cantidad de este será adsorbido por el adsorbente, a temperatura constante, puesto que según lo investigado, a mayor temperatura menor efectividad tendrá de adsorción el adsorbato; asi también se espero a que este proceso este en equilibrio sin la acción de una reaccion química ya que influiría de manera delicada en el análisis cuantitativo LYNDON HUMBERTO ISRAEL DURON SANCHEZ.
*Después de realizar la práctica se comprendió e l significado de adsorción dicha operación se basa en un hecho físico de enlazar unas determinadas partículas sobre una superficie, dicho enlace provocado por fuerzas eléctricas. Al analizar los resultados se observa que ocurrió una adsorción de moléculas de ácido acético sobre la superficie de carbón activado, ya que la molaridad de las soluciones finales fue menor que la de las soluciones iniciales. Además se observa que a medida que aumenta la concentración de ácido acético en las soluciones, aumenta la cantidad de soluto adsorbida por el carbón. ANA PALOMA DE JESUS GONZALEZ GARCIA.
*En esta práctica vimos el efecto de adsorción del carbono activado, vimos que fue un fenómeno físico y que a mayor concentración del acido acético (acido utilizado) mayor adsorción por gramo de carbono activado. Una condición muy importante para esta práctica es que la temperatura dentro del sistema es constante ya que es un proceso isotérmico, aquí utilizamos la isoterma de Freundlich, aunque ex isten otros tipos de métodos para ver posibles resultados de adsorción. Aprendimos la diferencia de la adsorción y la absorción donde en la adsorción las moléculas se adhieren al compuesto pero solo en su superficie y en la absorción entra en los poros del sólido.
Francisco Botello Vázquez
*En la práctica aprendimos a diferenciar entre el método de adsorción y absorción. Siendo la adsorción un método en el cual se separan componentes ya sea de un gas o un liquido generalmente mediante un sólido. En el ejemplo utilizamos carbón activado y concluimos que entre mayor sea la concentración del adsorbato mayor es la cantidad de materia extraído. El experimento se realizo a una temperatura constante ya que si esta baria cambian las condiciones del sistema y varia la cantidad de materia extraida. EDGAR ULISES MENDEZ CAMPOS.
