UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

LABORATORIO 4: FENOMENOS DE SUPERFICIE Y TRANSPORTE

CURSO: FISICOQUÍMICA

Presentado por:

Jeyfrey Johan Calero Rojas Código: 94’151.787

Presentado a:

Andrés Alberto Escobar (Tutor de Laboratorio)

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

FISICOQUÍMICA

MAYO 24 DE 2014

Introducción

Algunos sólidos tienen propiedad de fijar moléculas en su superficie (adsorción) y ésta propiedad se hace más marcada en el caso de las sustancias porosas finamente divididas.

A veces la adsorción es de naturaleza física y está asociada a una interacción entre dipolos o dipolos inducidos, pero otras veces se debe a enlaces químicos, tal es el caso de la adsorción de oxígeno sobre carbón vegetal.

Con frecuencia la absorción es completamente específica, por lo que un soluto puede ser adsorbido selectivamente de una solución de varios de ellos. La mayoría de las sustancias muestran preferencia por la adsorción de iones y adsorben sólo débilmente los no electrolitos. El carbón vegetal es el último material común que muestra poca discriminación respecto de la carga eléctrica del adsorbato; es más, como regla general, adsorbe no electrolitos más fuertemente que no electrolitos.

En muchos casos es posible relacionar la cantidad de adsorbato con la concentración de equilibrio c, empleando la ecuación empírica de reundlich, o isoterma clásica de adsorción:

En donde x es la masa de adsorbato, m la masas de adsorbente y k y n constantes.

Una de las hipótesis más útiles en adsorción, es la de Langmuir, que postuló que en la adsorción donde predominan las fuerzas de tipo químico, se forman capas monomoleculares del adsorbato sobre el sustrato adsorbente. Si s es el número de moléculas que chocan con la superficie por unidad de área y de tiempo, x la fracción de superficie del adsorbente ocupada por el adsorbato m la fracción de moléculas incidentes, en superficie libre, que quedan retenidas por la superficie (velocidad de adsorción con x = 0); se ve que la velocidad de adsorción será:

Asimismo la velocidad de desadsorción será:

Donde r es la velocidad de desadsorción de una superficie totalmente cubierta

(x = 1).

En el equilibrio ambas velocidades son iguales:

De donde:

Dado que s es proporcional a la concentración de c y m/r es una constante, puede ponerse:

Donde K engloba a las otras constantes.

La figura es la representación en la siguiente gráfica:

Existe un rango de concentraciones entre a y b aproximadamente donde la ecuación puede tomar la forma aproximada:

Donde h es una constante entre 0 y 1.

Puede verse que, dado que x es proporcional a x/m, la expresión toma la forma de la ecuación de Freundlich.

Objeto de la práctica:

Consiste en determinar la isoterma de adsorción de la acetona sobre carbón vegetal y observar el desplazamiento de la adsorción de acetona por efecto de la acción envenenadora del ácido benzoico.

Material necesario

Vasos Erlenmeyer con tapa esmerilada. Pipetas de 10 y 20 mL. 1 bureta de 50 mL. Acetona. Carbón vegetal. Solución 1 N de NaOH. Solución 0,1 N de I2. Solución 1 N de H2SO4. Solución 0,1 N de Na2S2O3.

Tratamiento de los resultados:

Se calcula la diferencia de los volúmenes gastados de I2 y Na2S2O3, la cantidad de acetona en 10 mL de filtrado, y de allí la concentración de equilibrio. La diferencia

entre la cantidad inicial y la final de acetona es x. Como m es constante en todas las experiencias, llevar en grafico log x en función de log c; siendo c la concentración de equilibrio, este gráfico si se cumple la ecuación (1), será una recta de pendiente n y de ordenada al origen log (k·m).

Para el desplazamiento de la adsorción por el ácido benzoico, se deberá calcular de igual manera, la cantidad de acetona adsorbida. Se observará que esta cantidad ha disminuido un 50% aproximadamente y a pesar que la concentración de ácido benzoico (0.01 M) es inferior a la de acetona. Se dice que el ácido “envenena” el carbón vegetal con respecto a la adsorción de la acetona.