OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar el área superficial del carbón activado aplicando la isoterma de Langmuir para así estudiar la adsorción de ácido acético en carbón activado.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Hallar el área superficial del adsorbente (carbón activado).

conocer el procedimiento requerido para observar la adsorción del ácido acético en carbón activado

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

La adsorción es el momento en que sustancias disueltas se adhieren en la superficie de algún líquido o sólido. Ésta consiste en el enriquecimiento de un componente en la interfase en comparación con el interior de la fase, en donde, la sustancia atraída hacia la superficie se llama fase absorbida, y a la que se adhiere se llama adsorbente. Éste fenómeno se lleva a cabo debido a que las fuerzas moleculares en la superficie de un líquido se encuentran en un estado de instauración; para la superficie de un sólido, las moléculas o iones atraen hacia sí, las de otras sustancias que se ponen en contacto reteniéndolas en su superficie, debido a que no tienen satisfechas todas sus fuerzas de unión con otras partículas. La adsorción sobre los sólidos se clasifica en: adsorción física y adsorción química ésta generalmente tiene lugar en reacciones catalíticas y por su naturaleza química es irreversible. "En la adsorción física, las moléculas del gas se mantienen unidas a la superficie del sólido por medio de las fuerzas de Van der Walls relativamente débiles. En la quimisorción, se produce una reacción química en la superficie del sólido, y el gas se mantiene unido a la misma a través de enlaces químicos relativamente fuertes."La relación entre la cantidad de sustancia adsorbida por un adsorbente y la concentración de equilibrio a una temperatura constante se denomina isoterma de adsorción. Esta isoterma es un modelo sencillo del comportamiento del fenómeno de 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. Aunque el tamaño de las partículas del carbón no influye directamente en la adsorción, tal como lo reporta la bibliografía, resulta provechoso el empleo de carbón pulverizado para disminuir el tiempo de contacto necesario para que ocurra la adsorción de manera apreciable.

MATERIALES Y REACTIVOS

1 bureta de 25 mL

6 embudos

6 Erlenmeyer de 125mL

1 matraz volumétrico de 250 ml

Papel filtro

Pinzas para bureta

1 pipeta de 10 ml

1 soporte

6 tapones de hule

Carbón activado

Ácido acético 0,4 M

Hidróxido de sodio 0,1 M

Fenolftaleína

PROCEDIMIENTO

1 gramo de carbón activado en cada uno de 6 Erlenmeyer.

agregue a cada matraz 50 ml de una sln de ácido acético preparada en el matraz volumétrico , como sigue

al primeo sln 0,4 M de ácido acético, al segundo 25 ml de ácido 0,4 M y agua, al tercero 15 ml de acético 0,4 M y agua, al cuarto 7,5 ml de acético 0,4 M de ácido y agua, al quinto 4ml de ácido 0,4M y agua, y al sexto 2 ml de acético 0,4 M y agua

el matraz volumétrico debe enjuagarse con agua cada vez. los Erlenmeyer se tapan y agitan vigorosamente durante una hora

las soluciones se filtran y6 los filtrados se analizan con hidróxido de sodio 0,1 M usando fenolftaleína como indicador.

se toman 10 ml de ácido de las dos primeras soluciones, 20 de la tercera y cuarta y 40 ml de la quinta y Sexta. las primeras cuatro soluciones se titulan por duplicado.

RESULTADOS Y CÁLCULOS

Las concentraciones de ácido acético inicial se calculan de la siguiente forma:

M=%xρx 10PM

M=99 .9 x1 .049x 1050 .05

=17. 45M

Como se va a preparar 250ml de solución 0.4M se tiene que:

, entonces, V 1=

C2V 2C1

→V 1=0.4Mx250mL17 .45M

=5 .7306mL

Se calcula la concentración para todas las soluciones

C1=C2V 2V 1

=0 .4Mx 25mL50mL

=2M

Solución C0[mol/L](antes de la absorción)

1 0.42 0.23 0.124 0.065 0.0326 0.016

Cuando se mezclan el ácido acético y el carbón activado parte del soluto es adsorbido por el carbón. En la solución de equilibrio queda el solvente y el soluto no adsorbido que se valoró por titulación tomando varias alícuotas.

Solución VNaOH

gastado [L]V Alícuota [L]

C sln eq.[mol/L]

C sln adsorbida. [mol/L]

n adsorbidos(50 mL sln)

1 0.0113 0.01 0.113 0.0525 2.625 x10-3

2 0.007 0.01 0.07 0.059 2.95 x10-3

3 0.006 0.02 0.06 0.05175 2.5875 x10-

3

4 0.0025 0.02 0.025 0.033 1.65x10-3

5 0.0018 0.03 0.018 0.0195 9.75x10-4

6 0.0016 0.03 0.016 5.75x10-3 2.875 x10-4

En la tabla anterior se relacionan el volumen de NaOH 0.1 M gastado para la alícuota de sln. eq. De 10,20, 30 mL, la concentración presente en dicha alícuota.

En la quinta columna se encuentran las concentraciones absorbidas por el carbón y en la sexta columna el número de moles absorbidos.

Solución C sln eq.[mol/L]

Mol Ads/g del ads (X)

C/X

1 0.3475 2.625 x10-3 132.38102 0.141 2.95 x10-3 47.79663 0.06825 2.5875 x10-3 26.37684 0.027 1.65x10-3 16.36365 0.0125 9.75x10-4 12.82056 0.01025 2.875 x10-4 35.6522

Ahora graficamos C/X vs. C obteniendo la siguiente grafica:

C/X Vs C

y = 330,39x + 11,835R2 = 0,9339

0

50

100

150

0 0,1 0,2 0,3 0,4

C

C/X

Con la ecuación obtenida del grafico encontramos que la pendiente es igual a 330.39 y es igual a 1/N según la ecuación de Langmuir (2) por lo tanto encontramos que N es igual 3.027 x10-3 mol/g. Este valor se remplaza en la ecuación del área del adsorbente.

A=N∗N 0∗σ2∗10−20

A = (3.027 x10-3)(6.02252 x1023)(21 x10-12)2(10-20)

A = 8.0395 x10-21 m2/g.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

La relación entre la cantidad de sustancia adsorbida por un adsorbente y la presión o concentración de equilibrio a una temperatura constante se denomina isoterma de adsorción.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 (principio de Le´Chatelier), 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.La grafica que relaciona la cantidad de ácido adsorbido por gramo de carbón vs. la concentración del ácido, explica de forma más completa el proceso que conduce a la formación de multicapas, ya que las isotermas correspondiente que tienen formas no dan lugar en la representación de Langmuir a una línea recta, y por consiguiente la teoría expuesta del mismo no es aplicable en estos casos.Por lo tanto para que el ácido acético halla 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.

CONCLUSIONES

El carbono activado es mucho más efectivo para adsorber no electrolitos de una solución que electrolito, debido a su naturaleza no polar por lo que es un adsorbente excelente para las soluciones de Agua y Ácido Acético.

La cantidad de ácido acético adsorbida aumenta según aumenta la concentración de este en la disolución (Le´ Chatelier).

La adsorción es un fenómeno que ocurre en la superficie, mientras mayor área superficial disponible tenga un sólido, mejor adsorbente podrá ser.

La isoterma de Freundlich es apropiada para representar la adsorción cuando esta es del tipo I y además es física.

La isoterma de B.E.T. no es aplicable a sistemas donde la adsorción es del tipo I y la misma es física. Solo se aplica a adsorciones del tipo II y químicas.

La adsorción de solutos, al igual que la de gases, implica el establecimiento de un equilibrio entre la cantidad adsorbida sobre la superficie y la concentración de la sustancia en solución.

BIBLIOGRAFÍA

MARON S., Y PRUTTOM C. Fundamentos de Fisicoquímica. Editorial Limusa Noriega. México. 2002. Pág. 825.

ATKINS P. Química Física. 8va edición. Editorial Médica Panamericana. Argentina. 2006. Pág. 654

UNIVERSIDAD DE VALENCIA. Superficies sólidas: Adsorción y Catálisis Heterogénea. Apuntes de Química Física Avanzada. Pág. 5-14.