Isotermas de Absorcion de Solutos

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

I. RESUMEN.

El presente informe tiene como objetivo trazar la isoterma para la absorción con carbón activado a partir de las soluciones acuosas y obtener las constantes para la isoterma de Freundlich. El laboratorio se encontraba a las siguientes condiciones: Una presión atmosférica de 756 mmHg, a una temperatura de 19 ºC y un porcentaje de humedad de 80 %.

Para la adsorción física realizada con acetona sobre carbón activado, primero se valoro la solución de iodo con la solución de tiosulfato de sodio teniendo dicha solución una normalidad de 0,0962N. Luego se hallaron las concentraciones de las diferentes soluciones de acetona valorados con la solución de tiosulfato de sodio por titulación por retroceso antes y después de agregar el carbón activado, los cuales los resultados se pueden apreciar en la tabla 3 y la tabla 4. Después se calcularon los gramos de acetona adsorbidos (x) y los gramos adsorbidos por gramo de carbón (x/m). Los cuales los resultados se apreciar en la tabla 6 y la tabla 7.

Con estos datos se hizo la gráfica 1. (X/m) vs C la cual es una curva y la grafica 2 log (x/m) vs log C que es una recta, en esta ultima grafica se hallo una pendiente “n” igual a 0.48. Hallada la pendiente se pudo hallar un “k” igual a 2.45 X 10-3.

Concluimos que la adsorción se produce en la superficie de un sólido debido a las fuerzas de atracción de los átomos o las moléculas en la superficie del sólido, pero lo mas importante es que La cantidad adsorbida aumenta con la concentración de la sustancia disuelta, hasta un valor definido de saturación esto se puede observar en la grafica 1.

Se recomienda verificar el buen estado de los papeles de filtro para evitar acumulación de carbón activado lo que impide la visualización del punto de equivalencia.

Laboratorio de Fisicoquímica II – Isotermas de Absorción de Solutos.1


II. INTRODUCCION.

La adsorción es la unión de los átomos, iones o moléculas de un gas o de un líquido (adsorbato) a la superficie de un sólido o líquido (adsorbente). En los sólidos porosos o finamente divididos la adsorción es mayor debido al aumento de la superficie expuesta. De forma similar, la superficie adsorbente de una cantidad de líquido se incrementa si el líquido está dividido en gotas finas. En algunos casos, los átomos del adsorbato comparten electrones con los átomos de la superficie adsorbente, formando una capa fina de compuesto químico. La adsorción es también una parte importante de la catálisis y otros procesos químicos. En la absorción, las moléculas de la sustancia adsorbida penetran en todo el volumen del sólido o líquido adsorbente.

La adsorción encuentra numerosas aplicaciones tanto en los laboratorios de investigación como en la industria, por ejemplo, en una de las fases de los principales métodos de tratamiento de aguas residuales urbanas se emplean métodos biológicos avanzados para la eliminación del nitrógeno, y métodos físicos y químicos, tales como la filtración granular y la adsorción por carbón activado.



III. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS.

TABLA Nº 1CONDICIONES DEL LABORATORIO

Presión (mmHg ) Temperatura ( ºC) %Humedad756 19 86

TABLA N°2VALORACION DE LA SOLUCION DE YODO

N. Iodo Vol. de sol. Iodo(ml)

Vol. de Na2S2O3

(ml)N. Na2S2O3

0.0962 10 9.60 0.1002

TABLA Nº 3VALORACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE ACETONA

Solución de acetona M(mol/L)

Volumen de acetona (ml)

Volumen de agua (ml)

Volumen de yodo (ml)

Volumen de Na2S2O3

gastado (ml)0.200 2 8 40 10.350.050 10 0 40 5.20.020 10 0 20 4.70.005 10 0 5 1.5

TABLA Nª 4VALORACIÓN DE LA SOLUCION DE ACETONA CON

CARBON ACTIVADO

Solución de acetona

Volumen de acetona

(ml)

Volumen de agua

(ml)

Volumen de Yodo

(ml)

Peso carbón

activado (g)

Volumen de Na2S2O3

gastado(ml)

0.200 2 8 40 1.000 12.150.050 10 0 40 1.000 5.550.020 10 0 20 1.000 5.5



0.005 10 0 5 1.000 1.7

TABLA Nº 5RESULTADOS DE CONCENTRACIONES DE SOLUCIONES

SIN CARBON

Concentración de acetona (M)

eq Iodo que reaccionan

W acetona en solución (g)

Molaridad acetona (M) (C0)

0.200 0.00281093 0.02718 0.23430.050 0.00332696 0.03217 5.546 10-2

0.020 0.00145306 0.01405 0.0240.005 0.0003307 0.00319 0.0055

TABLA Nº 6RESULTADOS DE CONCENTRACIONES DE SOLUCIONES

CON CARBON

Concentración de acetona

(M)

eq Iodo que

reaccionan

W acetona en solución

(g)

Molaridad acetona (M)

(C)

W de acetona

adsorbida g.0.200 0.00263057 0.02544 0.2193 0.0017400.050 0.00329189 0.03183 5.488 10-2 0.00033640.020 0.0013729 0.01327 2.288 10-2 0.00064960.005 0.00031066 0.00301 5.189 10-3 0.00018038

TABLA Nº 7VALORES PARA LA GRAFICA N°1

X/m C0.001740 0.21930.0003364 5.488 10-2

0.0006496 2.288 10-2

0.00018038 5.189 10-3

TABLA N° 8VALORES PARA LA GRAFICA N°2

Log (X / m) Log C-2.76 -0.659-3.47 -1.261-3.19 -1.641



-3.74 -2.285

IV. EJEMPLO DE CALCULOS.

Concentración de soluciones.a) Calcule la concentración de la solución de iodo apartir de la

valoración de tiosulfato.

(N x V)I2 = (N x V) Na2S2O3

Se tiene: Vg Na2S2O3 = 9.60ml. N Na2S2O3 = 0.1002 V I2 = 10 ml.

Se tiene por tal: N I2 = 0.1002 X 9.60/10 N I2 = 0,0962 NSe obtuvo una normalidad de 0.0962 para la solución de iodo.

b) Solucion de la Acetona.- Calcule el # de equivalentes de iodo que han reaccionado con

la acetona restando el # de equivalente de iodo colocados del # de equivalentes del iodo valorados.

Para 2 ml de acetona aproximadamente 0.2N Volumen del iodo colocados: 0.04 LVolumen de Na2 S2O3 (al valorar): 12.15x10-3 L

#Eq I2 Rx = # Eq colocados -#Eq Valorados#Eq I2 Rx = 0,04 Lx 0.0962 N – 0.1002 N x 12.15 x 10-3 L#Eq I2 Rx = 0.00263057

De la misma forma se hacen para las demás concentraciones ( 0.05, 0.02 y 0.005), con carbón y sin carbón, ver tablas 5 y 6.

Calculo del peso de la acetona presente en la solución sabiendo que 1 eq de iodo reacciona con 9.67 g de acetona.

1 EQ I2 --------------------9,67 CH3COCH3

0.00263057 ---------------------- X g

X = 0.02544 g.De la misma forma se hacen para las demás equivalentes, con carbón y sin carbón, ver tablas 5 y 6.



Con el peso anterior y el volumen de la solución de acetona valorado, determine la molaridad de la solución.

M = W acetona/ PF acetona = 0.02544/58.00 = 0.2193 V (L) 2 x 10-3

De la misma forma se hacen para las demás, con carbón (C) y sin carbón (C0), ver tablas 5 y 6.

Repetir el cálculo para las soluciones originales (C0) y para todos los filtrados (C) ver tablas 5 y 6.

Isotermas de absorción.a) Determine el peso (X) de acetona absorbida en cada solución,

mediante la expresión:

Donde: Co = concent. Inicial C = concent. en el equilib. P. M = Peso molecular de la acetona V = volumen de la solución de acetona.

Para la 1º muestra se tiene: x = (0.2343 – 0.2193) (58.00) (2 x 10-3) x = 0.00174 g.

Los gramos de acetona adsorbidos de las demás muestras fueron hallados de la misma manera, mayor información en la Tabla 6.

b) Calcule el peso absorbido por gramo de absorbente (X/m).

Se tiene para la 1º muestra :x / m = W acetona adsorbida / W del carbón activado

x / m = 0.00174 / 1.00x / m = 0.00174 g.

De la misma forma se hallo los gramos de acetona adsorbidos por gramo de carbón para cada muestra , los cuales se pueden apreciar en la Tabla 7.

c) Represente la isoterma de absorción de Freundlich (X/m) vs C. Analice dicho grafico (ver grafico nº1) (analisis en discusión



de resultados)

d) Para obtener las constantes. K y n para la ecuación, grafique Log(X/m) vs Log C. Reporte la ecuación de la recta (ver grafico nº2).

Calculo de “n”(pendiente) mediante la gráfica: Se logró hallar la pendiente igual a 0.48

Calculo de “K” (intercepto de la odenada):

Se sabe: Log (x/m) = Log K + n Log C -3.19 = Log K + (0,48)(-1.6) Log K = -2.422 K = 3.78 x 10-3

La ecuación que representaría la adsorción sería:

Log (x/m) = Log (3.78 x 10-3)+ 0.48 Log C



V. DISCUSION DE RESULTADOS.

Las constantes de la ecuación de Freundlich se obtienen al graficar log (X/m) vs. Log C, el valor de la intersección de la recta con el eje Y viene a ser log de K, siendo -log K = -3.61, la pendiente de la recta da como resultado el valor de la constante m = n =0.48; obteniéndose finalmente la ecuación de Freundlich.

Los errores cometidos en la practica se ven reflejados en el calculo de la pendiente, podría ser consecuencia de la adsorción incompleta hecha por el carbón al soluto , es decir se debió agitar con mas fuerza y continuidad para que toda la superficie del carbón adsorba la acetona.

Se pudo haber debido también a la no adecuada valoración especialmente en la parte de valoración de los filtrados debido a que no pudimos observar el punto de equivalencia en la valoración con las respectivas soluciones de tiosulfato de sodio, el mal estado del papel de filtro. fueron los factores determinantes para los errores en la realización de nuestra práctica.

En el transcurso de la práctica, se observa que la adsorción de acetona con carbón activado es muy rápida, debiéndose esto a que las cetonas son poco polares, y el carbón es un compuesto polar, es decir, hay afinidad entre ellos y por esto la adsorción se realiza de rápidamente.

De la grafica nº1 se puede observar que la cantidad absorbida aumenta con la concentración de la sustancia disuelta, hasta un valor definido de saturación, este comportamiento también se observan en los gases por lo que da un mejor comportamiento con la ecuación de Freundlich.



VI. CONCLUSIONES.

La adsorción se produce en la superficie de un sólido debido a las fuerzas de atracción de los átomos o las moléculas en la superficie del sólido.

La magnitud de la adsorción depende, en gran parte, de la naturaleza especifica del sólido y de las moléculas que están siendo adsorbidas y es una función de la presión o de la concentración y de la temperatura.

Mientras más compleja sea la molécula del soluto, mejor será adsorbida esto se observa al valorar los filtrados ya que se gasta mas volumen de tiosulfato para valorarlos.

La cantidad adsorbida aumenta con la concentración de la sustancia disuelta, hasta un valor definido de saturación esto se puede observar en la grafica 1.

La extensión de la adsorción aumenta con la mayor superficie del adsorbante.

Teóricamente la ecuación de Freundlich se comporta mejor en la adsorción de solutos por sólidos, que aquella hecha por gases esta conclusión es teórica ya que no se realizo una practica con absorción de gases.



VII. RECOMENDACIONES.

Agitar vigorosamente los matraces con ácido acetona y carbón activado, para procurar que el carbón activado adsorba casi en toda su magnitud superficial lo mas que pueda de soluto.

Realizar las valoraciones con mucho cuidado, ya que los resultados dependen mucho de estos valores.

Es recomendable mantener los erlenmeyers tapados en el transcurso de la experiencia para evitar evaporaciones.

Al comparar las tonalidades de color en adsorción química, cubrir todo el tubo con papel blanco para así poder comparar mejor las tonalidades.

Usar un buen papel de filtro para evitar que el exceso de carbón no nos permita observar el viraje de color



VIII. APENDICE.

1) ¿ Qué aplicaciones tiene la adsorción ?

En la eliminación de gases tóxicos mediante la máscara de gas , y de malos olores en los sistemas de acondicionamiento de aire ; en la producción de vacíos elevados ; en la decoloración de soluciones ; en el proceso de teñido que en buena parte es un proceso de adsorción en la fibra y el análisis químico para la adsorción de sustancias extrañas sobre la superficie de los precipitados; y en la producción de espumas. Al ser adsorbidas ciertas sustancias en la intersuperficie liquido-gas, forman una película dura y coherente del liquido entorno a las burbujas de gas, ya que no escapan tan fácilmente.

Tipos de Isotermas de absorción.

2) ¿ Por qué es más confiable la isoterma de adsorción de Langmuir , a altas presiones de gas , para la adsorción química que para la adsorción física ?

De acuerdo con Langmuir sobre la estructura de una superficie sólida un átomo, ión ó molécula en la superficie de un cristal tiene una fuerza atractiva que se extiende en el espacio por una distancia comparable al diámetro de una molécula , por lo cual es capaz de sostener por adsorción una capa monomolecular de la sustancia extraña sobre la superficie del cristal. Como en la adsorción química solo se adsorbe una capa de moléculas sobre la superficie del sólido debido a que las fuerzas



químicas decrecen muy rápidamente con la distancia.

3) ¿ Qué diferencia existe entre la quimisorsión y la fisisorción ?

La fisisorción se presenta en todas las sustancias . Las moléculas adsorbidas se adhieren a la superficie del adsorbente mediante el mismo tipo de fuerzas que existen en las moléculas de los gases a altas presiones o fuerzas de Van der Waals. Se caracteriza por su calor de adsorción relativamente bajo, que es del mismo orden que los valores de vaporización , lo cual indicaría que las fuerzas que retienen las moléculas adsorbidas en la superficie del sólido, son análogas a las fuerzas de cohesión de las moléculas en el estado líquido. La adsorción ocurre en capas multimoleculares, a temperaturas bajas.La quimisorsión comprende fuerzas de interacción de naturaleza química entre el gas y el adsorbente y es de carácter muy específico.En la adsorción química solo se adsorbe una capa de moléculas sobre la superficie es decir es monomolecular. El calor de adsorción química es mucho más grande, se produce en casos limitados y a altas temperaturas



IX. BIBLIOGRAFIA.

Gaston Pons Muzzo / Fisicoquímica / 1ª Edición ,Editorial Universo, 1969 Paginas 469 – 470-471-472-473-474-475.

Farrington Daniels -Robert A. Alberty / Físico Química / 4º Edición,Compañía Editorial Continental S.A.Paginas 370 - 377


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