FENÓMENOS DE SUPERFICIE Y TRANSPORTE

PRACTICA DE LABORATORIO 4

VIVIANA RENGIFO MOSQUERA CC 1.143.929.550

RONI MARIE CORTES CC 1.113.628.912

SÓCRATES MONTANO CC 16.881.776

MARÍA LEONOR MARTÍNEZ CC 31.476.986

MARIA CLAUDIA LARGACHA CC 54258060

TUTOR PLATAFORMA OSWALDO RÍOSTUTOR PRACTICA ANDRÉS ESCOBAR

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

INGENIERÍA DE ALIMENTOS CEAD PALMIRA

NOVIEMBRE 2012

INTRODUCCIÓN

La expresión fenómenos de transporte refiere al estudio sistemático y unificado de la

transferencia de momento, energía y materia. El transporte de estas cantidades guarda

fuertes analogías, tanto físicas como matemáticas, de tal forma que el análisis

matemático empleado es prácticamente el mismo. Los fenómenos de transporte

pueden dividirse en dos tipos: transporte molecular y transporte convectivo. Estos, a su

vez, pueden estudiarse en tres niveles distintos: nivel macroscópico, nivel microscópico

y nivel molecular. El estudio y la aplicación de los fenómenos de transporte son

esenciales para la ingeniería contemporánea, principalmente en la ingeniería química.

OBJETIVO

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.

MARCO TEÓRICO

Cuando una molécula de surfactante se ubica en forma orientada en una interfase o una superficie, se dice que se adsorbe.La adsorción es un fenómeno espontáneo impulsado por la disminución de energía libre del surfactante al ubicarse en la interfase y satisfacer parcial o totalmente su dobleafinidad. Tal adsorción ocurre también cuando una sola afinidad está satisfecha como en el caso de la adsorción en la superficie aire-agua o líquido-sólido. En tal caso el llamado efecto hidrófobo es la principal fuerza motriz, ya que remueve el grupo apolar del agua.En presencia de una interface entre un sólido y un líquido, la polaridad relativa del sólido y del líquido puede inducir al surfactante a adsorberse por la parte polar (cabeza) o por la parte apolar (cola). En presencia de un sólido, la adsorción puede también deberse a atracciones de tipo electrostático, y por tanto no está limitada a las sustancias surfactantes..El agua contiene iones H+ y OH- susceptibles de adsorberse en una superficie sólida dependiendo del pH; en consecuencia una superficie sólida mojada por agua posee en general una carga superficial no nula.

La adsorción es un fenómeno dinámico que está contrarrestado por la desorción. El equilibrio adsorción-desorción se establece entre la interface y la o las fases líquidas, pero típicamente está muy desplazado hacia la adsorción en la interface donde el surfactante posee una energía libre menor. En consecuencia se llega muy rápidamente a una saturación de todo el espacio disponible a la interface, lo que resulta en lo que se llama una monocapa.En tal monocapa las moléculas de surfactantes están arregladas en forma geométricaApropiada (de acuerdo a su orientación polar-apolar y a las atracciones o repulsiones). Típicamente una molécula de surfactante ocupa unos 30-50 Å2 de área interfacial.Cuando se produce una monocapa, todo ocurre como si la interface estuviera recubierta por una fina capa de material. Por ejemplo, una capa de surfactante

catiónico adsorbido en la interfase entre la solución acuosa y una superficie metálica, está orientada con la cabeza hacia el metal (por atracción electrostática); en consecuencia las colas apolares de las moléculas adsorbidas producen una capa hidrófoba que protege el metal del medio acuoso por un proceso llamado hidrofobación. Tal hidrofobación se utiliza en la flotación de minerales o en la inhibición de la corrosión.El grado de hidrofobación se mide mediante el ángulo de contacto aire-agua sólido que define el concepto de mojabilidad.

LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS

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.

Isoterma de adsorción de

la acetona.

titular 10 mL de la solución resultante por el método de Messinger

Diluir 50 mL de esta solución a 200 mL

Preparar una solución madre 0.2 M de acetona en agua

Agitar 100 mL de la solución 0.2 M de

acetona, con 1 g de carbón vegetal

Calcular la concentración de la acetona en la solución madre.

Repetir la técnica anterior, pero usando sucesivamente soluciones 0.05, 0.02 y 0.005 de acetona

previa dilución de 50 mL de éste a 200 mL.

Valorar, por el método de Messinger, la concentración de acetona en el

filtrado,

Filtrar la suspensiónresultante a través de un filtro de papel seco

y plegado

Método de Messinger de valoración de la acetona

Agregar 25 mLaproximadamente de NaOH 1.0 N

colocar 10 mL de la soluciónde acetona a titular en un erlenmeyer

Agregar 40 mL de I2 0.1 N.

Entonces agregar 30 mL de H2SO4 1 N y titular el exceso de I2 con Na2S2O3 0.1 N.

Agitar y dejar sedimentar el yodoformo formado durante 10 minutos

Agregar 20 mL de I2 0.1 N consumido equivale a 0.000967 g de acetona.

Para los filtrados de la experiencia realizada con acetona 0.05; 0.02 y 0.005

Desplazamiento de la adsorción

Determinar la adsorción de acetona en 50 mL de la solución resultante con 0.5 g de carbón vegetal

Con lo que se produce una solución 0.01 M aproximadamente de ácido benzoico y con la

concentración de acetona prácticamente inalterada

Agitar hasta disolver el ácido

A 300 mL de la solución 0.05 M de acetona, agregar 0.4 g de ácido benzoico

El ácido benzoico no interfiere en la valoración de la acetona

TABLAS DE DATOS, RESULTADOS Y CÁLCULOS

Tabla 1

Valoración de la solución de yodo

VI2 (ml) VgNa2S2O3 (ml) N Na2S2O3 (N) NSOL.I2 (N)

10 10,2 0,1092 0,1114

Tabla 2

Valoración de las soluciones

Solución Nº

M aprox Vg Na2S2O3 (ml) Vg Na2S2O3 (ml) filtrados

W carbón vegetal (gr)

1 0,2 14,1 18,8 1,000

2 0,05 8,2 12,2 1,000

3 0,02 6,7 9,2 1,000

4 0,005 1,6 2,2 1,000

Tabla 3

Solución Nº # Eq I2 W acetona (gr) N acetona (x10-4) Co (M)

1 0.00292 0.02820 0.00049 0.24311

2 0.00356 0.03443 0.00059 0.05936

3 0.00150 0.01447 0.00025 0.02495

4 0.00038 0.00370 0.00006 0.00637

Tabla 4

Filtrado de la solución Nº

# Eq I2 x W acetona (gr) n acetona (x10-4) C (M)

1 0.00240 0.02324 0.00040 0.20032

2 0.00312 0.03021 0.00052 0.05208

3 0.00122 0.01183 0.00020 0.02040

4 0.00032 0.00306 0.00005 0.00528

Tabla Nº 6

Solución Nº X (gr acetona adsorbidos) (x10-3)

m (gr carbón) X/m (x10-3)

1 0.00496 1.00120 0.00497

2 0.00422 1.00030 0.00423

3 0.00264 1.00080 0.00264

4 0.00063 1.00080 0.00063

Tabla Nº 7Datos para la gráfica

Solución Nº Log x/m Log C

1 -2.303732189 -0.69827052

2 -2.374160627 -1.28332386

3 -2.578063582 -1.69044724

4 -3.19785234 -2.27727119

Constantes de Freundlich

K 0.016710

N 0.5624

CÁLCULOS

Concentración de solucionesconcentración de yodo a partir de la valoración con sulfito de sodio.

N Na2S2O3 = 0,1092 V1 N1 = V2 N2V Na2S2O3 = 10,2 ml 10 x N1 = 10,2 x 0,1092VI2 = 10 ml N1 = 0,1114

Cálculo del # de eq. de yodo que han rxndo con Acetona.# Eq I2 = # Eq I2 colocados - # Eq I2 valorados# Eq I2Rxn = N x V - N x V# Eq I2Rxn = 0,1114 x (40) x 10-3 - 0,1092 x (14,1) x 10-3 = 2,91628 x 10-3 Eq I2

Cálculo del peso de Acetona en la solución.1 Eq I29,67 gr Acetona X = 0,02820 gr Acetona2,9162 x 10-3Eq I2 X

Con el anterior y el volumen de solución de Acetona valorado, determinamos la concentración de Acetona en las soluciones.h = w h = 0,02820 = 4.8621 x 10-4 moles V = 2ml = 2 x 10-3M 58.08Co = mol/Lt Co = 4,8621 x 10-4 mol/Lt = 0,24311 mol/Lt2 x10-3

Para soluciones originales Co.Co = 0,24311 mol/Lt

Para filtrados C# Eq I2RxNa = # Eq I2 colocados - # Eq I2 valorados# Eq I2RxNa = N x V - N x V# Eq I2Rxn = 0,1114 x (40) x 10-3 - 0,1092 x (18.8) x 10-3 = 2,4030 x 10-3 Eq I2w AC ® 2.4030 x 10-3 Eq I2 W acetona = 2.4030 x 10-3 * 9.67 = 0.0232374 g9.67 grAC ® 1Eq I2WAC = 0.0232374 g C = M acetona = ( 0.00040064 /58 )/0.002mol/LtC = 0.200322 mol/L

ISOTERMA DE ABSORCIÓN

peso de Acetona absorbida desde cada solución (X):X = ( Co – C) M x V= (0,2431 – 0,2003) x 58.08 x 2 x 10-3

= 4.96303 x 10-3 gr Acetona absorbida

peso de Acetona por gramo de absorbente x/m siendo m el peso del carbón.m = 1,000 gr carbón vegetalx/m ® 4.9630 x 10-3 gr = 4.9689 x 10-31,000 gr

Representamos la Isoterma de absorción de Freundlich (X/m) vs C.

Para obtener las corrientes K y n para la ecuación graficamos:Log X/m vs log C

Gráfica Nº 1Log (X/m) = log K + n. Log CLog K = b = 1.777K = 0,016710y : n = pendiente de la rectan = -0,5624

Luego la ecuación de la recta es:Log (x/m) = -1.777 +0.5624*log C

GRAFICA

-4 -3 -2

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0log C

log C

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Al ajustar la curva, tomando log de los ejes X e y es decir al graficar log (x/m) vs log C obtuvimos una recta cuya pendiente es de –0,1745 que es la constante "n" de Freundlich y apartir del intercepto de la recta que es – 2.6548; obtuvimos el valor de la constante "K" de Freundlich que es 0.0022.

La ecuación de la recta es:

Log (x/m) = 0.5624 log C – 1.777; que es de la forma: y = m.x + b

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Durante la experiencia, el empleo del carbón vegetal son cuerpos sólidos que se encuentran finamente divididos, logrando obtener una superficie aumentada lo

que modifica sus propiedades físicas, ya que en lugar de la masa lo que actúa es la superficie.

La adsorción de los líquidos por los sólidos es también selectiva, así un sólido determinado adsorberá un líquido más fácilmente que otro, por lo que este será desalojado por el primero; en nuestro caso, la adsorción selectiva se inclina por la acetona separándola del agua.

La cantidad de material adsorbido, acetona, por peso unitario de carbón vegetal adsorbente, a una temperatura dada, depende de la concentración del soluto, acetona.

Se recomienda tener cuidado, en la preparación de las soluciones de acetona necesarias.

Tener cuidado al momento de valorar las soluciones con el sulfito de sodio, porque a menor concentración de acetona, la reacción es más rápida respecto a la decoloración de la solución (reaccionan con el yodo).

Tanto como para las concentraciones iniciales y finales (filtrado), deben de proseguirse de igual manera manteniendo los mismos volúmenes agregados para ambos casos.

BIBLIOGRAFÍA

http://nuvol.uji.es/~calatayu/adsorcion.html

http://lasmea.univ-bpclermont.fr/Personnel/Bernard.Gruzza/Surface.html

http://www.sc.ic.ac.uk/

http://www.chem.rdg.ac.uk/dept/catrg/catrg.html

http://dmxwww.epfl.ch/lmch/LMCH96/lmch96.html

http://www.asu.edu/clas/csss/

http://www.eng.vt.edu/eng/che/Research%20and%20Laboratories/Cat%20&%20Sur%20Sci/

catsurf.html

ANEXOS