INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS DEPARTA DEPA RTAMENTO MENTO DE BIOF ÍSICA
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA FARMACÉUTICA
PRÁCTICA 8. ADSORCIÓN I: ESTUDIO DE LA ADSORCIÓN ADSORCIÓN SOLIDO SOLUCIÓN.
EQUIPO 4
GRUPO: 4FM1
PROFESORA: MARÍA DEL SOCORRO LÓPEZ CORTEZ
INTRODUCCIÓN La adsorción puede defnirse como la tendencia de un componente del sistema a concentrarse en la interase, donde la composición interacial es dierente a las composiciones correspondientes al seno de las ases.
El proceso de adsorción de tomos ! mol"culas en las interases, es una de las principales ormas en #ue las interases de alta ener$%a pueden modifcarse para disminuir la ener$%a total del sistema. a& La adsorción puede ocurrir en cual#uier tipo de interase 'L(), *(), L(*&, sin em+ra$o las dierentes caracter%sticas de las interases sólidas ! l%#uidas ace necesario un anlisis particular de cada caso. En los procesos de adsorción a! dos aspectos #ue de+en ser considerados .( El eecto de la adsorción so+re la ener$%a interacial del sistema en el e#uili+rio 'termodinmica& /.( La rapide0 del proceso de adsorción 'cin"tica&
I*OTER12* Una isoterma de adsorción, es la relación $eneral entre la cantidad de $as adsor+ido por un sólido, a temperatura constante como unción de la presión del $as. Tam+i"n puede defnirse como la relación en el e#uili+rio entre la cantidad de $as adsor+ido ! la presión del $as a temperatura constante. *e$3n sus caracter%sticas la adsorción puede clasifcarse en dos tipos4 a& 2dsorción %sica 'fsisorción&4 uer0as de 5an der 6aalls, 789 /: ;<=mol, re5ersi+le > desorción ? si T @ ! AB, no es de naturale0a espec%fca 'sitios acti5os&, ormación de multicapas, el adsor+ato conser5a su identidad. +& 2dsorción #u%mica '#uimisorción&4 uer0as anlo$as al enlace #u%mico 'atracción entre iones opuestos o coulom+icas, coordinadas o co5alentes&, 789 /:: ;<=mol, irre5ersi+le > no a! desorción ? si T @ ! AB a menos #ue sean cam+ios mu! drsticos, es de naturale0a espec%fca 'sitios acti5os&, ormación de monocapas, el adsor+ato puede perder su identidad
Isoterma de Lan$muir. . Lan$muir intenta eplicar la isoterma , como una adsorción en monocapa 'monomolecular& de+ido al e#uili+rio adsorción(desorción /. El l%mite de capacidad del adsor+ente es cuando la monocapa est completa 're$ión asintótica en la $rfca&. . La 5elocidad de adsorción es proporcional a la A ! a la racción de superfcie NO cu+ierta V a= K a P ( 1 −θ )
. En tanto #ue la 5elocidad de desorción solo depende de la racción de superfcie cu+ierta. V d = K d θ
F. En el e#uili+rio de adsorción G desorción se tiene #ue '5a H 5d& K a P − K a Pθ= K d θ
. *i despeJamos la racción de supericie cu+ierta 'K&- di5idimos entre d ! defniendo + H a = d θ=
K a P K d + K a P
=
bP 1 + bP
M. 2 presiones +aJas la cantidad adsor+ida es directamente proporcional a la presión θ=
y =bP y = y m bP y m
. 2 presiones altas en cam+io se alcan0a el l%mite de la capacidad del adsor+ente 'monocapa completa&
y = y m
. 2 presiones intermedias la cantidad adsor+ida depende del coefciente de adsorción o constante de e#uili+rio '+& ! por tanto tam+i"n de la temperatura. :. La limitante ms importante de la isoterma de Lan$muir es #ue supone #ue el calor de adsorción es independiente del recu+rimiento de la superfcie.
Isoterma de Preundlic. . 2un#ue esta isoterma tiene un ori$en emp%rico, puede demostrarse teóricamente considerando #ue la ma$nitud del calor de adsorción 5ar%a eponencialmente con el recu+rimiento de la superfcie. /. En esta isoterma no a! un recu+rimiento l%mite ni se propone una adsorción monomolecular, sino multimolecular. . 2 presiones moderadamente +aJas la dependencia de la cantidad adsor+ida con la presión presenta un comportamiento del tipo4 1
y = k P n
; ! n son constantes. El eponente =n 5ar%a entre ! :..
OQ
La concentración de cido ac"tico despu"s de la adsorción se calculó con la si$uiente órmula4 C 1 =
V 2 C 2 V 1
Donde4 CH Concentración del cido ac"tico despu"s de la adsorción
C/H olumen de la al%cuota de cido ac"tico titulado H olumen de NaO8 $astado /H Concentración de NaO8 En el caso del primer clculo4 C 1 =
( 1.1 mL) ( 0.1 N ) 10 mL
=0.011
Aara la determinación de la adsorción se empleó la órmula4 a=
C i−C f m
Donde4
∗V
CiH Concentración del cido ac"tico antes de la adsorción CH Concentración del cido ac"tico despu"s de la adsorción mH 1asa del adsor+ente H olumen de cido ac"tico 2plicando en la determinación del primer clculo4 a=
( 0.032 ) −(0.011) 1
∗0.00025 =3.5 x 10− moles / g 6
Con5irtiendo de moles a milimoles4
(3.5 x 10− moles / g )( 1000 )=0.0035 milimol / g 6
Resultados Experimetales Ta+la . Resultados eperimentales 'Isoterma de 8enr!& Co!etra!i" de #!ido ates de la adsor!i" $%&
%asa del adsor'ete $(&
)olume del #!ido a!*ti!o $L&
Catidad de NaO+ ,ue se (ast" e la titula!i" $L&
Co!etra!i " del #!ido despu*s de la adsor!i" $%&
Adsor!i" $mol-(&
./.01 ./.1 ./2 ./0 ./3 ./51
:.:/F :.:/F :.:/F :.:/F :.:/F :.:/F
:.:: :.::: :.::F :.:F :.:/ :.:
./.22 ./.3. ./.41 ./251 ./033 ./342
:.:::F: :.:::F:: :.:::MF :.::MF :.::MF :.::///F
Isoterma de 8enr! :
'& H :.: S : R H :.M
: :
2dsorción mol=$V
2dsorción 'mol=$& Linear '2dsorción 'mol=$&&
: : : :
:.
:./
:.
:.
Concentración fnal 'cido ac"tico& 1V
Ta+la /. Resultados eperimentales 'Isoterma de Lan$muir& Co!etra!i" del #!ido despu*s de la adsor!i" $%&
Co!etra!i"-Ads or!i"
./.22 ./.3 ./.41 ./251 ./033 ./342
./FM :.:::::: M./FM :F.FF .:M /./M
Isoterma de Lan$muir :
'& H FF.:/ S F./ R H :.
: : /: ::
Concentración=2dsorción
Concentración=2dsorción Linear 'Concentración=2dsorción&
: : : /: : :
:./
:.
Concentración
Ta+la . Resultados eperimentales 'Isoterma de Preundlic& lo( $Co!etra!i" del #!ido despu*s de la adsor!i"&
lo( $Adsor!i"&
62/7184.9 62/100898 62/289.84 6./838430 6./430455 6./550570
(.FF (.::: (.:FM (/.M (/.MMFF (/.F/
Isoterma de Preundlic : (/.F
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1. Explique la causa de las desviaciones entre los datos teóricos y experimentales.
Aara la isoterma de 8enr!, se presentan des5iaciones a la idealidad dado #ue la superfcie del car+ono acti5ado no es lisa ! omo$"nea como se plantea en este modelo, adems este modelo plantea #ue no a! interacción entre las mol"culas a+sor+idas por lo #ue este actor tam+i"n implica des5iaciones a la idealidad. En el caso del modelo de Lan$muir, en la representacion C= rente a C, se de+er%a o+tener una l%nea recta si la isoterma uese ideal- sin em+ar$o, los adsor+entes como los car+ones suelen presentar isotermas con li$eras des5iacionesa +aJas concentraciones, !a #ue al no ser la superfcie de los car+ones ener$"ticamente omo$"nea se cu+rirn los centros de ma!or potencial con +aJas concentraciones !, adems, las interacciones de+idas al propio adsor+ato 'sea por su momento dipolar o cuadrupolar& con la superfcie a5orecen la presencia de dica etero$eneidad superfcial. 2dems el m"todo de Lan$muir suele ser sensi+le a las 5ariaciones de porosidad en los car+ones. Pinalmente para el modelo de Preundlic, los datos eperimentales no 5ar%an muco con respecto de los datos teóricos dado #ue en $eneral, los sistemas #ue si$uen la isoterma de Preundlic consideran la adsorción con la ormación de multicapas, en lu$ar de sólo una monocapa. 2. WCuál de las ecuaciones concuerda mejor con los datos experimentales?
La ecuación #ue meJor concuerda con los datos eperimentales es la ecuación de la isoterma de Preundlic, !a #ue el modelo lineali0ado tiene un 5alor R / mu! cercano a uno, #ue a dierencia de las otras dos isotermas nos indica #ue la adsorción de cido ac"tico con car+ón acti5a se aJusta meJor a la condiciones del modelo de Preundlic.
Dis!usi" de Resultados La hipótesis !s ip"#ta$te es %a &'e (i)e &'e %a a(s"#)ió$ %%e*a a '$ e&'i%i+#i" e$ e% tiep" (e a(s"#)ió$, %" )'a% se sa+e &'e $" es )ie#t", p"# %" ta$t" se (e+e t"a# e$ )'e$ta a% "e$t" (e at#i+'i# %"s e##"#es (e %"s #es'%ta("s- P"# "t#a pa#te se as'e &'e %a tepe#at'#a (e a(s"#)ió$ es )"$sta$te, es (e)i#, tepe#at'#a a+ie$te, . *#a)ias a est" se p'e(e asi*$a# %"s #es'%ta("s (e %a a(s"#)ió$ a %as is"te#as (e /e$#., La$*'i# " (e F#e'$(%i)h- Ot#a )"$(i)ió$ es &'e e% tiep" (e a(s"#)ió$ es )"$sta$te e$ t"(as %as a(s"#)i"$es #ea%i0a(as e$ e% %a+"#at"#i"E$ %a a(s"#)ió$ %a a."# pa#te (e %"s e$óe$"s se #e(')e$ a ("s tip"s p#i$)ipa%es- Est"s ("s tip"s s'#*e$ se*2$ sea$ %as 'e#0as &'e i3a$ %as "%)'%as (e% a(s"#+at" 5s'sta$)ia &'e se a(s"#+e6, ese$)ia%e$te 7si)as, " se "#a$ a't$ti)"s e$%a)es &'7i)"s, a% p#"(')i#se %a a(s"#)ió$- De esta "#a apa#e)e$ %as %%aa(as a(s"#)ió$ 7si)a . a(s"#)ió$ &'7i)a 5&'iis"#)ió$6E$ %a p#!)ti)a #ea%i0a(a se ee)t2a %a a(s"#)ió$ 7si)a, e$ este e$óe$" (e a(s"#)ió$ e% a(s"#+at" . %a s'pe#i)ie (e% a(s"#+e$te 5ate#ia% &'e a(s"#+e6 i$te#a)t2a$ só%" p"# e(i" (e 'e#0as (e 8a$ (e# 9aa%s (es)a#ta$(" e% e$óe$" (e a(s"#)ió$ &'7i)a (e+i(" a &'e $" e;iste #ea))ió$ e$t#e %as "%)'%as (e% a+s"#+e$te . %as (e% a(s"#+at"Pa#a "+te$e# %as is"te#as (e La$*'i# . F#e'$(%i)h se a3'sta#"$ %"s 8a%"#es e;pe#ie$ta%es a##"3a("s e$ %a e;pe#ie$)ia a #e)tas, pa#a &'e '$ a3'ste sea a(e)'a(" %a #e%a)ió$ &'e se "+tie$e, es (e)i#, R <, (e+e se# '. p#ó;ia a '$"E$ e% )as" (e %a Is"te#a (e /e$#. se *#ai)ó a(s"#)ió$ 8s )"$)e$t#a)ió$ "+te$i$("se R²=0.9688. E$ %a is"te#a (e La$*'i# se *#ai)ó )"$)e$t#a)ió$=a(s"#)ió$ 8s- C"$)e$t#a)ió$ . se "+t'8" '$ a3'ste a '$a #e)ta &'e a##"3ó '$a )"##e%a)ió$ (e R²=0.94!- Pa#a %a Is"te#a (e F#e'$(%i)h, se *#ai)ó L"* a(s"#)ió$ 8s- L"* )"$)e$t#a)ió$, #ea%i0a$(" e% is" tip" (e a3'ste &'e e$ %a Is"te#a (e La$*'i# 5'$a #e)ta6 e% a)t"# (e )"##e%a)ió$ 'e (e R²=0.99"6. A% #ea%i0a# %a )"pa#a)ió$ (e %as Is"te#as, se (e(')e &'e e% e3"# a3'ste a '$a #e)ta es e% (e %a Is"te#a (e F#e'(%i)h, (e+i(" a &'e s' a)t"# (e )"##e%a)ió$ es !s )e#)a$" a %a '$i(a(- P"# %" ta$t" se p'e(e (e)i# &'e %a Is"te#a (e F#e'(%i)h #ep#ese$ta %a a(s"#)ió$ (e% >)i(" A)ti)" p"# e% )a#+ó$ a)ti8a(" e$ s"%')ió$ a)'"sa, #ea%i0a(a e$ e% %a+"#at"#i"E% #es'%ta(" &'e se "+t'8" pe#ite (e)i# &'e ")'##ió '$a a(s"#)ió$ 7si)a, &'e %a s'pe#i)ie (e% )a#+ó$ a)ti8a(" es '$i"#e . e;istió "#a)ió$ (e '%ti)apas- La
a(s"#)ió$ #ea%i0a(a e$ e% %a+"#at"#i" 'e (e% tip" 7si)a, .a &'e $" h'+" #ea))ió$ a%*'$a e$t#e %as "%)'%as (e% !)i(" a)ti)" . %as "%)'%as (e% )a#+ó$ a)ti8a(" A(e!s, '$a (e %as )a#a)te#7sti)as (e %a a(s"#)ió$ 7si)a es %a "#a)ió$ (e 8a#ias )apas (e a(s"#+at" s"+#e %a s'pe#i)ie 5'%ti)apas6-
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