Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Facultad de Ciencias Quimicas Químico Farmacobilogo
Laboratorio de fisicoquímica M.C. Hilda Lima Lima Practica 4 ABSORCION DE ACIDO OXÁLICO SOBRE CARBON ACTIVADO
Fecha de realización 20/10/2018 Fecha de reporte 26/10/2018 No. Equipo: 3
Integrantes: León Hernández Rosa Isela Medina Flores Paulina Muñoz Castro Anel
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PRACTICA N°4 ADSORCION DE ACIDO OXALICO SOBRE CARBÓN ACTIVADO
OBJETIVO Obtener una isoterma de adsorción utilizando la ecuación de Langmuir y determinar el área específica del adsorbente. INTRODUCCION El término adsorción parece haber sido introducido por Kaiser en 1881 para connotar la condensación de gases sobre superficies libres, a diferencia de la absorción gaseosa en donde las moléculas del gas penetran dentro del sólido. La adsorción (estrictamente, adsorción física) ha sido definida por la IUPAC como el enriquecimiento o el vaciamiento de uno o más componentes en una interface. En realidad, en 1909, Mc Bain propuso el término sorción para abarcar tres tipos de fenómenos: la adsorción sobre las superficies, la absorción dentro del sólido y la condensación capilar que ocurre en el interior de los poros. Pero, quizás por razones de eufonía, el término nunca fue utilizado ampliamente y la palabra adsorción es frecuentemente utilizada para denotar indistintamente la condensación capilar o la adsorción en superficies. 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). La sustancia que se concentra en la superficie o se adsorbe se llama "adsorbato" y la fase adsorbente se llama "adsorbente". El proceso inverso a la adsorción se conoce como desorción. No debe confundirse con la Absor ción ya que la característica que las distingue es que en un proceso de adsorción el fluido no se incorpora al volumen del material, sino que es retenido en su superficie y en la absorción las moléculas o átomos de una fase penetran casi uniformemente en los de otra fase constituyéndose una "solución" con esta segunda. Tipos de adsorción
Adsorción eléctrica Cuando la atracción entre el soluto y el adsorbente sea de tipo eléctrico, siendo el intercambio iónico el ejemplo más representativo por lo que a menudo se le llama adsorción por intercambio,
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que es un proceso mediante el cual los iones de una sustancia se concentran en una superficie como resultado de la atracción electrostática en los lugares cargados de la superficie. Adsorción física O también conocida por fuerzas de Van der Waals producto a las fuerzas que la producen donde la molécula adsorbida no está fija en un lugar específico de la superficie, sino más bien está libre de trasladarse dentro de la interface. Ocurre fundamentalmente a temperaturas bajas. La adsorción de la mayoría de las sustancias orgánicas en el agua con carbón activado se considera de naturaleza física. Adsorción química Es cuando el adsorbato sufre una interacción química con el adsorbente, las energías de adsorción son elevadas, del orden de las de un enlace químico, debido a que el adsorbato forma unos enlaces fuertes localizados en los centros activos del adsorbente. Esta adsorción suele estar favorecida a una temperatura elevada. La mayor parte de los fenómenos de adsorción son combinaciones de las tres formas de adsorción y de hecho, no es fácil distinguir entre adsorción física y química. Tanto experimental como teóricamente, la descripción cuantitativa más conveniente de un fenómeno de adsorción en equilibrio hace uso de relaciones a temperatura constante (isotermas). Si se adsorbe un soluto sobre una superficie, la isoterma de adsorción es una función del tipo () , donde representa la cantidad de adsorbato presente en la interfase en equilibrio con una concentración C del mismo adsorbato en una disolución a una temperatura dada. 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 por una cantidad n máx de adsorbato (límite de monocapa). Este tipo de isoterma es típico de superficies homogéneas. La isoterma de Langmuir tiene la forma:
1+
3
Donde 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:
+
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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 no presenta un límite claro de adsorción en monocapa. Se trata de la isoterma de Freundlich. En particular, la adsorción de moléculas pequeñas sobre carbón activado es un fenómeno intermedio entre una isoterma de Langmuir y Freundlich. La ecuación general de la isoterma de Freundlich es: /
Donde K y n son constantes empíricas. Esta ecuación, para poder obtener una ecuación lineal, podemos utilizarla de forma logarítmica: +
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HIPÓTESIS El carbón activado adsorberá al acido oxálico y dependerá mucho de la concentración de este ya que al tener mayor concentración de adsorbato será mayor la probabilidad de adsorberse al adsorbente que en este caso es el carbón DATOS EXPERIMENTALES 1) Anote la temperatura de trabajo .
Temperatura de trabajo
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23°c
2.- A partir de los datos experimentales obtenga un promedio de los volúmenes de titulación y calcule la concentración molar del ácido oxálico, tanto de las disoluciones blanco (C0) como también la concentración molar de las disoluciones tratadas con carbón activado (C) Solución
Blanco
(ml
de
titulante)
Filtrado
(ml
de
titulante)
1
41.8ml
37.9ml
2
28ml
24.2ml
3
41.1ml
35.4ml
4
25.7ml
21.6ml
5
14.2 ml
10.9ml
6
8.4ml
5.5ml
Concentración de blanco (Co) 11 22
2
C1=C2V2/2V1 C2H204 + 2 NaOH
Na2C2O4 + 2H2O
MATRAZ 1 Sin Carbón ..
0.05 ∗ 0.041.8 2(0.005)
0.209
MATRAZ 2 Sin Carbón
..
0.05 ∗ 0.028 2(0.005)
0.14
MATRAZ 3 Sin Carbón ..
0.05 ∗ 0.0411 2(0.010)
5
0.10275
MATRAZ 4 Sin Carbón ..
0.05 ∗ 0.0257 2(0.010)
0.06425
MATRAZ 5 Sin Carbón 0.05 ∗ 0.0142
..
2(0.010)
0.0355M
MATRAZ 5 Sin Carbón ..
0.05 ∗ 0.0084 2(0.010)
0.021M
matraz
alícuota
V. titulante
V.
concentración
sin
ml
NaOH
titulante
blanca
0.05M
NaOH
carbón
“co"
0.05M(L) 1
5
41.8ml 0.0418
0.209M
2
5
28ml 0.028
0.14M
3
10
41.1ml 0.0411
0.10275M
4
10
25.7ml 0.0257
0.06425M
5
10
14.2ml 0.0142
0.0355M
6
10
8.4ml 0.0084
0.021M
Concentración con carbón 11 22
2
MATRAZ 1 con Carbón ..
0.05 ∗ 0.0379 2(0.005)
6
0.1895
MATRAZ 2 con Carbón ..
0.05 ∗ 0.0242 2(0.005)
0.121
MATRAZ 3 con Carbón 0.05 ∗ 0.0354
..
2(0.010)
0.0885M
MATRAZ 4 con Carbón ..
0.05 ∗ 0.0216 2(0.010)
0.054M
MATRAZ 5 con Carbón ..
0.05 ∗ 0.0109 2(0.010)
0.02725M
MATRAZ 5 con Carbón
..
0.05 ∗ 0.01375M
matraz
alícuota
V. titulante
con
ml
NaOH 0.05M
carbón
2(0.010)
V. titulante NaOH 0.05M
0.01375M
concentración blanca " C "
en (L)
1
5
37.9ml
0.0379
0.1895M
2
5
24.2ml
0.0242
0.121M
3
10
35.4ml
0.0354
0.0885M
4
10
21.6ml
0.0216
0.054M
5
10
10.9ml
0.0109
0.02725M
6
10
5.5ml
0.0055
0.01375M
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3. Por diferencia de concentraciones entre las disoluciones tratadas con carbón y los blancos calcule los moles de ácido oxálico adsorbidos por gramo de adsorbente, N ∗
0.035 ∗
N 0.035 ∗
.−. .
.−.
0.035 ∗
0.035 ∗
0.035 ∗
0.035 ∗
.
=0.001365
=0.000945
.−. .
=0.000714
.−. .
.−. .
=0.000577
=0.000511
concentración concentración N blanca
“co “
=0.0014
.−. .
C/N
con carbón C "
“
0.209M 0.14M
0.1895M 0.001365 138.8278 0.121M 0.0014
105.2631
0.102M
0.0885M 0.000945 107.936508
0.0642M
0.054M 0.000714 89.9159664
0.0355M 0.021M
0.02725M 0.000577 61.52513 0.01375M 0.000511 41.0958904
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4.- Grafique N vs C0 (isoterma de adsorción).
N & Co
C0
0.0012 0.001 0.0008 0.0006
N
0.0004
y = 0.0036x + 0.0003 R² = 0.9183
0.0002 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Co
N 0.205
0.0014
0.14
0.00133
0.102
0.000945
0.0642
0.000714
0.0355
0.000577
0.021
0.000511
5.-Grafique en las coordenadas de la forma lineal de Langmuir (ec. 7) y reporte los valores de Nmax
y K obtenidos a partir de éste.
ISOTERMA DE LAGMUIR 180
C0
160
C/N 0.209 153.113553
140 120 y = 531.98x + 42.453 R² = 0.9223
100 80 60
0.14 105.263158 0.102 107.936508 0.0642 89.9159664
40 20
0.0355 61.52513
0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
9
0.25
0.021 41.0958904
0Y =
mx
+
1
1
1
1 511.22/
= .
.
0.01956/
1 1
1
1
+ b
11.7099
Grafica 1 Y
mx b 1 + y = 0.0036x + 0.0003
10
.
277.77
.
.
925925.92
6.- Empleando la ecuación 9 calcule el área específica del adsorbente (m2/g).
A = (0.01965) (0.023x1023) (2.1x1019) A=2.485341
Discusión de resultados
Con los resultados obtenidos podemos comentar que estos se han manifestado de una manera satisfactoria, ya que de acuerdo a los cálculos y los isotermas (las gráficas) obtenidos, se ha comprobado en gran parte la hipótesis plateada al inicio de la práctica. Durante el desarrollo de la experimentación se ha manifestado la capac idad del carbón activado para retener una determinada sustancia, en este caso al acido oxálico, que como sabemos, esta adsorción depende del tamaño de los poros del adsorbente; sin embargo en esta práctica no es posible clasificarlo como un buen o mal adsorbente ya que no lo hemos comparado con otro adsorbente, pero, si es posible revelar que si ocurrió una adsorción de las moléculas de ácido oxálico sobre la superficie de carbón, ya que la molaridad de las soluciones fue menor a la medida inicial de esta misma. Es importante mencionar que de acuerdo a la disminución de la concentración de las soluciones, disminuye la cantidad de ácido oxálico adsorbido por el carbón. Esto se puede comprobar con la cantidad de NaOH utilizado en las titulaciones, puesto que entre más acido se encuentra mayor es la cantidad de NaOH utilizada, de esta manera las cantidades son proporcionales a
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la adsorción. Con la isoterma de Langmuir se ha logrado constatar lo dicho anteriormente ya que esta se ajusta a una recta. También es importante señalar que en la práctica quizá hubo alguna manifestación de errores, esto como es a sabiendas de los experimentadores, ocurren en gran medida por diversos factores. Por ejemplo, existieron diminutas varianzas en la disminución del volumen de NaOH, el cual se esperaba que disminuyera en la misma proporción (al comparar el volumen utilizado en los blancos y en las soluciones con participación del carbón activado), mas sin embargo quizá por la diferencia de pipetas y la práctica del experimentador, al hacer las mediciones de las soluciones algunas variaron en mínima cantidad, mismo que provoco el ef ecto mencionado. CONCLUSIONES Mediante la practica pudimos llegar a la conclusión de que si la concentración del adsorbato es mayor este es adsorbido en mayor cantidad y si disminuimos la concentración del mismo la adsorción también disminuirá, esto se debe a que durante la adsorción la concentración es uno de los factores que afectan este fenómeno, así como la temperatura y presión y si modificamos alguno de estos la adsorción se verá afectada, aunque si bien rebasamos la cantidad máxima que el adsorbente puede adsorber, de nada nos servirá aumentar la concentración del absorbente si ya no hay más adsorbato que lo pueda absorber BIBLIOGRAFÍA -
−
CASTELLÁN, Gilbert W. Fisicoquímica Pearson. Vol. 1 y 2. 5ta. Edición. Levine Ira. (Físico Química). McGraw. Hill, 1996 y posteriores. VOL. 1 y 2.
− N.C. Price Principios y Problemas de Química Física para Bioquímicos. Acribia. 1981.
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