LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA II

ADSORCIÓN

I. OBJETIVOS.-

Estudiar la adsorción del soluto de una solución acuosa sobre la superficie de un sólido y la aplicación de la isoterma de Freundlich.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO.-

Carbón Activado (Adsorción)La adsorción es un proceso por el cual moléculas de impurezas se adhieren a la superficie del carbón activado. La adherencia es gobernada por una atracción electro-química. El carbón activado es preparado a partir de diversos materiales, tales como, carbón, madera, cáscaras de nueces, turba y petróleo. El carbón se transforma en "activado" cuando es calentado a altas temperaturas (800 a 100oC) en la ausencia de oxigeno. El resultado es la creación de millones de poros microscópicos en la superficie del carbón. Esta enorme cantidad de área superficial proporciona grandes oportunidades para que tenga lugar el proceso de adsorción. El carbón activado tiene una fuerte atracción adsortiva para otras moléculas (orgánicas) basadas en el carbono, y es excelente en retener firmemente moléculas más pesadas tales como compuestos orgánicos aromáticos (aquellos que pueden ser olidos). El proceso de adsorción trabaja como un imán para mantener las impurezas en la superficie del carbón activado. Esto es una acción diferente de aquella que actúa como una esponja en el proceso de absorción, en el cual un gas o líquido es succionado hasta el centro del cuerpo poroso y allí mantenido. El carbón activado también es conocido por su extraordinaria habilidad en eliminar el cloro y su gusto y olor relacionados por la reducción química para una forma no detectable por los sentidos (por ej.: cloruros). Los filtros de carbón activado remueven los compuestos orgánicos volátiles (VOC), los pesticidas y herbicidas, los compuestos con tribalometano, radón, los solventes y otros productos hechos por hombre y que encontramos en las aguas.El VOC tiene todo tipo de reactivos químicos con importantes propiedades en común. Ellos son volátiles, se evaporan fácilmente, y ellos contienen carbón, (llamado carbón orgánico). Cuando están presentes en el agua a baja concentración, algunos VOC producen un suave y agradable olor. La Agencia americana de la Protección del Medio ambiente y naturaleza estimen que los VOC están presentes en 1/5 de la distribución de agua del país. Ellos pueden contaminar las aguas desde una gran variedad de fuentes. El benceno, por ejemplo, puede entrar y contaminar el agua a través la gasolina, el aceite, sobre una gran superficie o propagarse en los conductos subterráneos de los tanques de petróleo. Otros ejemplos de contaminación detectados por los VOC son el diclorometano (clorometileno) un solvente industrial, el triclorocatileno, usado como antiséptico en los sistemas de limpieza, y el tetracloroetileno (percloroetileno), usado en la industria de limpieza al seco.Los compuestos orgánicos volátiles pueden tener serios efectos sobre la salud. A altas concentraciones de esos compuestos, muchos VOC pueden causar problemas psicológicos al atacar el sistema nervioso central como la depresión, el decaimiento y el estupor. También, ellos pueden irritar o atacar al estar en contacto con la piel, las membranas mucosas por inhalación.

Soluciones de FiltraciónLa adsorción por el carbón activado es en general referida como un proceso de filtración mismo que los mecanismos de actuación sean procesos electro-químicos y no mecánicos.

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Los filtros de tratamiento pueden estar instalados en el punto del uso (POU) o en el punto de entrada (POE), donde el tratamiento del agua entra en su domicilio. El sistema de tratamiento POE es recomendado para remover los VOC para el uso de todo tipo, sea para beber, cocinar, limpiar, o bañarse libre de toda contaminación.Los filtros de carbón activado son unos filtros típicos usados para reducir el nivel de VOC en el agua para beber agua potable en su propia casa. La eficacidad de los filtros a carbón esta explicada en (1) Tipo a través el contaminante, (2) Los tipos de aguas usadas, (3) El tipo de carbón que debe usar. Grandes concentraciones de contaminantes y el gran consumo de agua reducen la vida del carbón. Los industriales tienen guías que pueden ser usados para remplazar los filtros de carbón. El agua que entra y pasa por el filtro puede ser testado periódicamente para indicar si el sistema de tratamiento funciona perfectamente.Bacterias pueden producirse sobre la superficie del filtro de carbón. Se le recomienda que el agua sea desinfectada después que ella pase a través del filtro para mayor seguridad. Muchos tipos de desinfección son utilizables. La luz ultravioleta (UV) es uno de ellos. El sistema trabaja efectivo y eficientemente eliminando los problemas bacteriales del agua.

III. DATOS.-

3.1. Datos Experimentales:

Temperatura de trabajo = 19°C Presión de trabajo = 755 mmHg

Tabla N° 1:

m carbón(g)

0.696 1.0369 29.8 22

0.348 1.0232 15.6 14.8

0.174 1.0252 7.9 7.4

0.087 1.0035 4.1 3.5

3.2. Datos Bibliográficos:

IV. TRATAMIENTOS DE DATOS.-

De los datos obtenidos, calculamos la cantidad en gramos de CH3COOH absorbido por el carbón activado.

Al inicio tenemos 150 ml de solución, entonces tenemos una cantidad inicial de CH3COOH, la cual lo calculamos, titulando una muestra de 10 ml.

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Por regla de 3 simple:

0,00593616 10 mlX 150 ml

Después que se agregó el carbón activado, y durante un reposo de 15 minutos, se calculo los moles de CH3COOH, en el equilibrio. De una muestra de 10 ml.

Por regla de 3 simple:

10 mlX 150 ml

Entonces la cantidad de CH3COOH absorbido es:

Luego en el equilibrio calculamos la [CH3COOH] equilibrio:

Análogamente calculamos para los demás datos:

Tabla N° 2:

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Matraz Nº

Masa de

carbón (g)

Conc. Inicial

HAc (M)

Conc. Final

HAc(M)

Masa de HAc

absorbido (g)

Log C

1 1,0369 0,5936 0,54180 0,466128 0,4495 -0,3472 -0,2661

2 1,0232 0,3107 0,29481 0,143424 0,1401 -0,8533 -0,5304

3 1,0252 0,15736 0,14740 0,08964 0,0874 -1,0583 -0,8314

4 1,0035 0,0815 0,06972 0,107568 0,1071 -0,9698 -1,1566

De la isoterma de Freundlich:

Linealizando la ecuación

y = A + B x

Por el método de los mínimos cuadrados obtenemos los constantes “a” y “b”.

; Con un coeficiente de correlación r = 0,81

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-1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2-1.3

-1.2

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

Log C

Lo

g(x

/m)

GRAFICO N° 1: ISOTERMA DE FREUNDLICH

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V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

Para el cálculo de la masa de CH3COOH absorbido, hemos despreciado el cambio de volumen, debido a la cantidad de CH3COOH absorbido, la cual es válido, por ser una cantidad pequeña respecto a los 150ml de solución.

Hemos considerado que el carbón activado, solo tiene preferencia por el CH3COOH, mas no por el solvente.

Las concentraciones de CH3COOH (ac) son diluidas.

El coeficiente de correlación r = 0,81 es muy pobre, es decir los datos obtenidos no se ajustan a una recta, debido a muchos errores que se cometieron en la obtención de los datos.

Se trabajo muy rápido se cometieron errores en la titulación.

El tiempo de agitación y reposo no fueron suficiente, para llegar al equilibrio.

El método cálculo de la masa absorbido, no es muy confiable.

VI. CONCLUSIONES.-

Para obtener una buena data experimental es necesaria un tiempo óptimo para que el sistema llega el equilibrio.

El carbón activado, es un sustrato que tiene afinidad con el CH3COOH.

El sistema estudiado se trata de un químiabsorción, debido al turno de residencia en el sustrato.

La isoterma de Freundlich, corrige aquellas suposiciones que se dan en las isotermas de Langmuir (la cual es uno de los más importantes en la absorción de superficies).

La isoterma de Freundlich, es muy empírico, pero la palabra empírico no quiere decir que es inútil, ya que si se conocen los parámetros de una isoterma razonablemente fiable, se pueden obtener resultados razonablemente buenos para el grado de recubrimiento superficial en distintos condiciones.

Los isotermos de absorción, son fundamentales para cualquier análisis de catálisis heterogénea.

VII. BIBLIOGRAFÍA.-

ATHINKSFISICOQUÍMICA, TERCERA EDICIÓN, 1985PÁG.: 800-820

PONS MUZZO GASTONFISICOQUÍMICA, EDITORIAL UNIVERSOLIMA-PERÚ, CUARTA EDICIÓN, 1978PÁG.236-238

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CASTELLAN GILBERT WFISICOQUÍMICA, FONDO EDUCATIVO INTERAMERICANOMÉXICO 1976, 2DA EDICIÓN 1990PÁG. 417-421, 422- 427.

IRA N. LEVINE.FISICOQUÍMICA, MC GRAW HILL, INTERAMERICANA DE ESPAÑACUARTA EDICIÓN, VOLUMEN 1, 1996PÁG. 379- 382, 384-385