Labo 7 Fiki II Qu435

ADSORCIÓN INFORME 7

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA IIQU-435B

PROFESORES DE LABORATORIO:

ING. KARIN PAUCAR CUBA ING. TEODARDO CARDENAS MENDOZA

SECCIÓN: “B”

INTEGRANTES:

ARROYO GUEVARA RAISA 20101398D MUÑOZ RODRIGUEZ RICHARD 20090408I VARA SANCHEZ FATIMA 20101328F

FECHA DE ENTREGA: 27-11-12

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA II 1


ÍNDICE

OBJETIVOS………………………………………………………………… pág. 3

FUNDAMENTO TEÓRICO…………………………………………… pág. 3

PARTE EXPERIMENTAL…………………………………………….. pág. 5

MaterialesProcedimiento Experimental

DATOS………………………………………………………………………… pág. 6

Datos ExperimentalesDatos Bibliográficos

TRATAMIENTOS DE DATOS…………………………………………. pág. 9

DISCUSIÓN DE RESULTADOS ………………………………………. pág. 11

CONCLUSIONES…………………………………………………………… pág. 12

RECOMENDACIONES…………………………………………………… pág. 12

APLICACIONES…………………………………………………………….. pág. 12

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………… pág. 13

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

ADSORCIÓN

En concreto la adsorción y la reactividad (catálisis heterogénea) hemos de describir brevemente las superficies sólidas. Estas superficies presentan diferencias importantes respecto a su estructura. Normalmente podemos pensar en la superficie de un sólido como una estructura homogénea donde los átomos ocupan posiciones bien definidas y por tanto se repiten regularmente:Sin embargo, esto corresponde a una situación ideal muy difícil de conseguir en la práctica. La superficie de un sólido puede estar llena de defectos debido al proceso de crecimiento del cristal o bien a procesos sufridos una vez formado. Estos defectos pueden clasificarse según su topología. Estos defectos suelen ser importantes en el estudio de los procesos superficiales ya que los átomos implicados en ellos son más reactivos, al tener menos valencias cubiertas que el resto.Además de sus defectos estructurales, a la hora de acercarnos al estudio de las superficies sólidas hemos de tener en cuenta cuál será la composición que vamos a encontrarnos. En condiciones normales, las partículas de gas bombardean continuamente la superficie del sólido cubriéndola rápidamente. La velocidad de este proceso puede calcularse usando la teoría cinética de gases. Aun cuando sólo una pequeña fracción de las colisiones conduzca a adsorción, el tiempo que una superficie recién preparada permanece limpia es muy corto.Una solución para mantener limpia la superficie es utilizar técnicas de vacío. La limpieza puede hacerse también por bombardeo con iones gaseosos acelerados.

Adsorción de gases sobre sólidos



Cuando una molécula de gas golpea una superficie sólida, puede rebotar o quedar fijada sobre la superficie, es decir, sufrir adsorción. En ese último caso a continuación, la molécula adsorbida puede difundirse (moverse) sobre la superficie, quedarse fija, sufrir una reacción química o disolverse en el interior del sólido (proceso conocido como absorción y del que es un conocido ejemplo el empleo de CaCl2 anhidro como desecador: el agua de la atmósfera es adsorbida y a continuación absorbida para formar un hidrato). En este tema vamos a centrar nuestro estudio en el proceso de adsorción y a continuación los procesos de reacción (catálisis heterogénea) que pueden derivarse.

Podemos definir el primero de estos procesos como:

- adsorción: proceso de unión de una molécula procedente de otra fase sobre la superficie de un sólido.

- desorción: proceso inverso a la adsorción.

Podemos distinguir dos comportamientos límites de adsorción, fisisorción y quimisorción, aunque es frecuente observar comportamientos intermedios.

Adsorción física o fisisorción:

Las moléculas del gas se mantienen unidas a la superficie del sólido por medio de fuerzas de Van der Waals (interacciones dipolares, dispersión y/o inducción). Este hecho define todas las características propias de la fisisorción:

i) es una interacción débil.

ii) Es un proceso exotérmico (las fuerzas de van der Waals son atractivas) en el que los calores liberados, ∆Hads (aprox. 20-40 kJ/mol) son semejantes a las entalpías de condensación de la sustancia adsorbida.La energía liberada es adsorbida en forma de vibración por la red del sólido y ∆H°ads se puede medir por el aumento de temperatura de la muestra.

iii) La molécula fisisorbida mantiene su identidad ya que la energía es insuficiente para romper el enlace aunque su geometría puede estar distorsionada.



iv) La fisisorción es un proceso no específico ya que las fuerzas que intervienen no lo son y no existe una selectividad marcada entre adsorbato y adsorbente. En general, los gases muy polarizables son adsorbidos más fácilmente.

Adsorción química o quimisorción:

Fue propuesta por Langmuir en 1916. En este caso las moléculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace químico fuerte. Este hecho define las características propias de la quimisorción:

i) se trata de una interacción más fuerte que la fisisorción.

ii) las entalpías de quimisorción son mucho mayores que las de fisisorción y del orden de las que se liberan en la formación de enlaces químicos, ∆H°ads = -(100-500) kJ/mol. Si en la quimisorción se produce formación y rotura de enlaces podrían esperarse valores de ∆H°ads tanto positivos como negativos (al igual que en las reacciones químicas ordinarias). Sin embargo, la quimisorción es exotérmica normalmente. La razón es que un proceso espontáneo requiere ∆G<0 y dado que la libertad de traslación del adsorbato se reduce, ∆S es menor que cero y necesariamente ∆H debe ser menor que cero. Puede haber excepciones si el adsorbato se disocia y/o tiene una movilidad elevada sobre la superficie. Ejemplo: el H2 se adsorbe endotérmicamente sobre vidrio ya que aumenta la entropíaH2 (g) ↔ 2H (vid) ∆S>0

iii) La quimisorción es específica. Por ejemplo el N2 es quimiadsorbido a temperatura ambiente sobre Fe, W, Ca y Ti, pero no sobre Ni, Zn, Ag, Cu o



Pb. El Au(s) quimisorbe O2, C2H2 y CO pero no H2, CO2 o N2.

III. PARTE EXPERIMENTAL

III.1 Materiales, Equipos y reactivos

04 erlenmeyer de 400mL 04 tapones de jebe o de corcho 04 piezas de parafilm Probeta de 100mL Fiola de 250mL 04 embudos Papel filtro 06 erlenmeyer de 125 Pipeta volumétrica de 10mL Propipeta Bureta de 50mL Pinza Carbón activado en polvo, Ácido acético (CH3COOH) y (NaOH)

Materiales utilizadosIV. DATOS

1. Datos Experimentales:



Estandarización del NaOH:

Masa del ftalatode potasio: 0.27g

VNaOH=7.3mL

Estandarización del CH3COOH:

VCH3COOH= 10mL

VNaOH=48.4mL

Titulaciones

VCH3COOH(mL) VNaOH(mL)100 40.650 19.525 915 5.1

2. Datos Bibliográficos:

Estandarización del NaOH:

Peso molecular de ftalato de potasio (KHP): 204.23 g/mol

V. TRATAMIENTO DE DATOS Y RESULTADOS

Con los datos obtenidos en la práctica de laboratorio, completamos el cuadro siguiente:

Las concentraciones iníciales son conocidas

Matraz Concentración InicialCH3COOH

1 0.8602 0.4303 0.2154 0.129

Antes de hallar la concentración final de la solución de Ácido Acético, necesitamos saber la concentración de NaOH con el cual se tituló el Ácido Acético presente en la fase rica en agua.

Partimos de los datos de la estandarización con Biftalato de Potasio¿eq−NaOH=¿eq−Biftalatode K

θNaOH x MNaOH xV NaOH=θKHC8 H 4O4 xM KHC8H 4 O4 xV KHC8 H 4O4



1 X 7.3ml=θKHC 8H 4O 4 X0.27 g

204.23 g/molMNaOH=0.18M

Teniendo los datos necesarios calculamos la concentración final del Ácido Acético

Se tiene la concentración de NaOH : 0.18 M o 0.18 NConcentración de C H 3COOH : xVolumen de C H 3COOH es 100mlVolumen de NaOH 40.6 mlEntonces:

¿eq−NaOH=¿eq−C H 3COOHPara la mezcla 1:

θNaOH .M NaOH .V NaOH=θC H3COOH . MCH 3COOH.V C H 3COOH

1×0.18molL×40.6mL=1× X mol

L×10mL

x=0.7308mol / l

De la misma manera hacemos el cálculo de la concentración final para las demás concentraciones:

Masa de Ácido Acético absorbidoLa masa de Ácido Acético absorbido, lo calculamos de la diferencia de concentraciones

Con la diferencia de concentraciones calculamos la masa de ácido acético adsorbido MCH 3COOH = 60 g/mol


Matraz Concentración FinalCH3COOH

1 0.73082 0.35103 0.16204 0.0918

Concentración InicialCH3COOH

Concentración FinalCH3COOH

Diferencia de Concentraciones

0.86 0.7308 0.12920.43 0.3510 0.0790

0.215 0.1620 0.05300.129 0.0918 0.0372

Matraz Diferencia de Concentraciones

Masa de Ácido Acético(g)

1 0.1292 0.7752 0.0790 0.4743 0.0530 0.3184 0.0372 0.223


Con los datos obtenidos en la práctica de laboratorio, completamos el siguiente cuadro.

Matraz NºMasa de

carbón (g)

Conc. Inicial

HAc (M)

Conc. Final HAc

(M)

Masa de HAc

adsorbido (g)

x/m Log (x/m) Log C

1 0.5 0.86 0.7308 0.775 1.55 0.1903 -0.13622 0.5 0.43 0.351 0.474 0.948 -0.0232 -0.45473 0.5 0.215 0.162 0.318 0.636 -0.1965 -0.79054 0.5 0.129 0.0918 0.223 0.446 -0.3507 -1.0372

De la Ec. (2), usando el método de mínimos cuadrados determinar las constantes k y b.

De la Ecuación de la isoterma de Freundlich, se tiene:

x /m=k Cb

Aplicando logaritmos a cada miembro de la ecuación:

Log (x/m) = log k + b log C

Y = A + Bx

Con los datos realizamos un ajuste de mínimos cuadráticos y determinamos las constantes.

A = log k B = b X = log C Y = log (x/m)

Entonces: A= 0.2622 → k = 1.8289

B= 0.5909 → b = 0.5909



-1.200 -1.000 -0.800 -0.600 -0.400 -0.200 0.000

-0.4000

-0.3000

-0.2000

-0.1000

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

f(x) = 0.590856265503509 x + 0.262234885586326R² = 0.997390898183755

Log (C)

Log (x/m)

Grafico1. Isoterma de Freundlich

VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Se optó por usar la fórmula de isoterma de Freundlich ya que esta se usa para temperatura constante. Es necesaria la precisión en la titulación con NaOH para notar la diferencia entre las concentraciones antes y después de agregar el carbón activado al ácido acético.El adsorbente empleado fue carbón activado en polvo, ya que el empleo de carbón granulado presenta dificultades como por ejemplo que el área superficial es menor comparada con el área de carbón en polvo.

VII. CONCLUSIONES

Experimentalmente notamos que la absorción es un fenómeno de acumulación preferencial de una sustancia en fase liquida (ácido acético) en la superficie de un sólido (carbón activado)Demostramos experimentalmente que el carbón activado tiene la propiedad de ser un gran absorbente y posee gran afinidad de absorbancia con el ácido acético.Notamos que la gráfica de una isoterma de absorción ( Freundlich ) es la relación matemática entre la masa del soluto absorbido y la concentración del soluto en la solución una vez alcanzado el equilibrio.



Para llegara a tener una buena absorbancia que tiene innumerables aplicaciones, es necesario tener en cuenta el tiempo y la mezcla adecuada para así llegara a absorber el líquido en la superficie del sólido.La isoterma de adsorción representa el equilibrio termodinámico entre el soluto adsorbido y el soluto en solución y por esta razón, es dependiente de la temperatura.

VIII. RECOMENDACIONES

El carbón activado colocado en cada Erlenmeyer deberán ser colocado con cuidado sin perder masa ya que afectaría en el cálculo.Las mediciones con la probeta para las disoluciones deberán ser las más exactas posibles.Envolver las tapas de los Erlenmeyer para no contaminar las tapas.Es importante el tiempo apropiado para que se realice la absorción agitando continuamente para sí alcázar el equilibrio.Tener cuidado con las lecturas de los diferentes instrumentos ya que esto influye directamente en el cálculo.

IX. APLICACIONES

APLICACIONES DE LA ADSORCIÓN

El proceso de absorción se emplea para retirar contaminantes de una corriente producto que pueden afectar a la especificación final o grado de pureza. Además la presencia de ciertas sustancias aunque sea en proporciones muy pequeñas puede afectar a las propiedades globales de un producto y puede ser que esto no interese en ningún sentido.La absorción se emplea sobre todo para retirar los contaminantes gaseosos de una corriente de gas saliente de un proceso como resultado por ejemplo de una combustión. También se emplea para eliminar olores, humos y otros componentes tóxicos. Se pueden eliminar contaminantes de la corriente producto como: dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno, ácido clorhídrico, óxidos de nitrógeno, cloro, dióxido de carbono, amoniaco, dióxido de cloro, ácido fluorhídrico, aminas, mercaptanos, óxido de etileno, alcoholes, fenol, formaldehido, olores, ácido sulfúrico, ácido acético.Ejemplos de procesos en los que aparecen unidades de absorción son:

- Separación de los líquidos contenidos en el gas naturalLos líquidos procedentes del gas natural (NGLs) son hidrocarburos líquidos que se recuperan de los gases del gas natural en plantas de proceso. Estos hidrocarburos incluyen: etano, propano, butanos, pentanos y otros componentes más pesados. Estos líquidos procedentes del gas natural se suelen emplear como alimentación de plantas petroquímicas y se comercializan como producto líquido separadamente del gas. Para separar los líquidos del gas se siguen distintas técnicas entre las que se incluye el siguiente proceso:



Absorción de lean oilEn este proceso el gas natural se pone en contacto con el disolvente, el lean oil (___) en una columna de absorción a temperatura atmosférica. Del fondo de la columna sale el rich oil (___) que va a una columna despropanizadora de rich oil (ROD) que separa el propano y los componentes más ligeros se devuelven a la corriente gaseosa. El resto del rich oil es conducido a una columna de fraccionamiento donde se recuperan por cabeza los líquidos del gas natural y por fondo se obtiene el lean oil que se recicla al absorbedor.

- Eliminación de SO2Una de las aplicaciones más importantes del proceso de absorción se encuentra en las centrales térmicas para eliminar los contaminantes de la corriente gaseosa de salida, principalmente el SO2 y CO2.Para conseguir la absorción del dióxido de azufre de los gases de escape de una combustión se pueden usar numerosos agentes de absorción, entre ellos: cal, piedra caliza, óxido de magnesio, sosa, agua de mar o álcalis dobles. Posteriormente se puede proceder a la recuperación del dióxido de azufre o del ácido sulfúrico, o bien fabricar yeso a partir del producto de desecho.

Eliminación de SO2 y CO2 en una central térmica



El dióxido de azufre se emplea en la fabricación de ácido sulfúrico. El proceso consiste en una oxidación del dióxido para transformarlo a trióxido, éste se absorbe después en agua para dar lugar al ácido. Se debe procurar que la operación de absorción sea lo más eficiente posible para evitar las emisiones de óxido sulfúrico.

Asimismo se emplea la absorción en la depuración del gas de síntesis. Es necesario eliminar del corriente producto del gas de síntesis los compuestos sulfurados (sulfuro de hidrógeno y sulfuro de carbonilo) y el dióxido de carbono presente. La absorción de los compuestos de azufre puede ser física o química. En el primer caso los agentes empleados suelen ser glicol o dimetiléter, mientras que para la absorción química se utilizan soluciones acuosas de aminas (MEA, DEA). Para la descarbonatación se procede de igual manera pudiendo uasrse además una solución acuosa de carbonato potásico para la absorción.

Otras aplicaciones son:- En el caso de que aparezca amoniaco en agua, para eliminarlo, el tratamiento a seguir consiste en un stripping con aire. Posteriormente se procede a la recuperación del amoniaco para poder reutilizar el aire.- Para eliminar los óxidos de nitrógeno se puede emplear un lavador con agua, esto resulta bastante económico pero la eficacia no es muy alta. Para mejorar el proceso se pueden introducir determinados productos químicos para que reaccionen con estos óxidos y fijen el nitrógeno en compuestos estables que luego se deben retirar del agua de desecho.- En la fabricación de ácido nítrico una de las etapas del proceso consiste en la absorción de los gases nitrosos en agua para la obtención del ácido.

X. BIBLIOGRAFÍA

MARON & PRUTTON. “Fundamentos de Fisicoquímica”, 2005, Editorial Limusa S.A. México. Páginas: 442-446.WENT, LADNER. “Fundamento de química física”. Editorial Reverté. Barcelona – España. 1975. Pag. 292.http://www.ciens.ucv.ve:8080/generador/sites/martinezma/archivos/Titulaciones%20Conductimetricas.pdf.http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/conductancia-equivalente.


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