UNIVERSIDAD NACIONAL DE CUYOFacultad de Ingeniería FÍSICO QUÍMICA Guía de Trabajos Prácticos de

Laboratorio

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AAddssoorrcciióónn eenn IInntteerrffaassee SSóólliiddoo--LLííqquuiiddoo

1) Introducción

Algunos sólidos tienen propiedad de fijar moléculas en su superficie (adsorción) y éstapropiedad se hace más marcada en el caso delas sustancias porosas finamente divididas.A veces la adsorción es de naturaleza física y está asociada a una interacción entredipolos o dipolos inducidos, pero otras veces se debe a enlaces químicos, tal es el casode la adsorción de oxígeno sobre carbón vegetal.

Con frecuencia la absorción es completamente específica, por lo que un soluto puedeser adsorbido selectivamente de una solución de varios de ellos. La mayoría de lassustancias muestran preferencia por la adsorción de iones y adsorben sólo débilmente losno electrolitos. El carbón vegetal es el último material común que muestra pocadiscriminación 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 concentraciónde equilibrio c, empleando la ecuación empírica de Freundlich, o isoterma clásica deadsorción:

nck mx ⋅= (1)

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 capasmonomoleculares del adsorbato sobre el sustrato adsorbente. Si s es el número demoléculas que chocan con la superficie por unidad de área y de tiempo, ? la fracción desuperficie del adsorbente ocupada por el adsorbato m la fracción de moléculas,incidentes, en superficie libre, que quedan retenidas por la superficie (velocidad deadsorción con ? = 0); se ve que la velocidad de adsorción será:

( )?-1sm VA ⋅⋅=

Asimismo la velocidad de desadsorción será:

?r VD ⋅=

Donde r es la velocidad de desadsorción de una superficie totalmente cubierta (? = 1). Enel equilibrio ambas velocidades son iguales:

( )?-1sm r? ⋅⋅=⋅ (2)

de donde: ( )

( ) srm1

srm

smr

sm ?

⋅+

⋅=

⋅+⋅

= (3)

Dado que s es proporcional a la concentración de cy r

m es una constante, puede ponerse:

CK1CK

?⋅+

⋅= (4)

F

0 a b C

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donde K engloba a las otras constantes (3) y (4) son formas de la ecuación de Laugmuir.La figura es la representación gráfica de la (4).Existe un rango de concentraciones entre a y b aproximadamente donde la (4) puede

poner en forma aproximada:hcK ? ⋅= (5)

donde h es una constante entre 0 y 1. Puede verse que, dado que ? es proporcional a

mx , la expresión (5) toma la forma de la ecuación de Freundlich.

2) Objeto de la práctica

Consiste en determinar la isoterma de adsorción de la acetona sobre carbón vegetal yobservar el desplazamiento de la adsorción de acetona por efecto de la acciónenvenenadora del ácido benzoico.

3) 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.

4) Procedimiento

a) Isoterma de adsorción de la acetona.

Se prepara una solución madre 0,2 M de acetona en agua (aproximadamente 14,7 mLde acetona en 1000 mL). Diluir 50 mL de esta solución a 200 mL y titular 10 mL de lasolución resultante por el método de Messinger que se describe abajo. Calcular laconcentración de la acetona en la solución madre.

Agitar 100 mL de la solución 0,2 M de acetona, con 1 g de carbón vegetal, en unerlenmeyer con tapa esmerilada, durante 2 minutos. Filtrar la suspensión resultante através de un filtro de papel seco y plegado; rechazando los primeros 10 mL de filtrado (delos cuales pudo adsorberse algo de acetona en el papel de filtro). Valorar, por el métodode Messinger, la concentración de acetona en el filtrado, previa dilución de 50 mL de éstea 200 mL.

Repetir la técnica anterior, pero usando sucesivamente soluciones 0,05, 0,02 y 0,005de acetona obtenidas por dilución adecuada de la solución madre. Los filtrados de éstasexperiencias no necesitan ser diluidos para su valoración.

Método de Messinger de valoración de la acetona: colocar 10 mL de la solución deacetona a titular en un erlenmeyer de tapa esmerilada. Agregar 25 mL aproximadamentede NaOH 1 N. Agregar 40 mL de I2 0,1 N. Agitar y dejar sedimentar el yodoformo formadodurante 10 minutos. Entonces agregar 30 mL de H2SO4 1 N y titular el exceso de I2 conNa2S2O3 0,1 N. En e caso de la titulación de los filtrados de la experiencia realizada conacetona 0,05; 0,02 y 0,005 M, bastará con agregar 20 mL de I2 0,1 N consumido equivalea 0,000967 g de acetona.

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b) Desplazamiento de la adsorción.

A 300 mL de la solución 0,05 M de acetona, contenida en un erlenmeyer con tapaesmerilada, agregar 0,4 g de ácido benzoico, agitar hasta disolver el ácido, con lo que seproduce una solución 0,01 M aproximadamente de ácido benzoico y con la concentraciónde acetona prácticamente inalterada. Determinar la adsorción de acetona en 50 mL de lasolución resultante con 0,5 g de carbón vegetal usando la técnica anterior. El ácidobenzoico no interfiere en la valoración de la acetona.

5) Tratamiento de los resultados

Se calcula la diferencia de los volúmenes gastados de I2 y Na2S2O3, la cantidad deacetona en 10 mL de filtrado, y de allí la concentración de equilibrio. La diferencia entre lacantidad 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, estegráfico si se cumple la ecuación (1), será una recta de pendiente n y de ordenada alorigen log (k·m).

Para el desplazamiento de la adsorción por el ácido benzoico, se deberá calcular deigual manera, la cantidad de acetona adsorbida. Se observará que esta cantidad hadisminuido 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 vegetalcon respecto a la adsorción de la acetona.