Estudio de la adsorcin del cido actico sobre el carbn animal.

Prctica de Qumica Fsica

ALBA SNCHEZ SEGURA

GRADO EN INGENIERA QUMICA

ndice

Fundamentos y objetivos pgina 1

Materiales pgina 2

Procedimiento.. pginas 3 y 4

Resultados y clculos pginas 5, 6, 7 y 8

Fundamentos y objetivos

La adsorcin es un fenmeno fisicoquimico de gran importancia, por sus aplicaciones

mltiples en la industria qumica y en el laboratorio. Resulta fundamental en procesos

qumicos que se aceleran debido a la presencia de catalizadores que se encuentran en un

estado de agregacin es distinto al de los reactivos.

Tambin son fenmenos de adsorcin aquellos que ocurren en los extractores de cocina,

por ejemplo.

La diferencia que hay entre adsorcin y absorcin es que la absorcin implica que la

sustancia absorbida se acumule en todo el volumen del absorbente y no slo en la

superficie de ste.

Podemos identificar dos tipos de absorcin:

- La adsorcin fsica: predominan las interacciones de Van der Waals.

- La adsorcin qumica: se producen interacciones semejantes a las de los enlaces

qumicos.

La cantidad de materia que se adsorbe depende tanto de la temperatura como de la

presin o concentracin del mismo. En nuestro experimento la temperatura se mantendr

constante, por lo que podemos estudiar la adsorcin como una funcin de la

concentracin.

El objetivo de esta prctica es determinar cul es la capacidad que tiene el carbn

activado de adsorber cido actico en soluciones acuosas a diferentes concentraciones.

Esto permite determinar el tipo de adsorcin que se genera y si el adsorbente es el

adecuado con respecto al soluto a adsorber. Tambin aplicaremos el modelo de Landmuir-

Hinshelwood.

Materiales

Los materiales que vamos a utilizar en esta prctica son los siguientes:

- cido actico

- Disolucin de NaOH 0.1M

- Matraces aforados de 200 y 100 mL.

- Pipetas de 10, 20 y 25 mL.

- Carbn (animal y activado)

- Matraces Erlenmeyer de 250 mL.

- Papel de filtro.

- Indicador de Fenolftalena.

- Bureta de 50 mL.

- Soporte para bureta y aro metlico.

- Embudo para filtracin.

Procedimiento

Empezamos pesando aproximadamente 1 gramo de carbn animal en balanzas analticas

con seis vasos de precipitado diferente.

A continuacin calculamos el volumen necesario de cido actico para poder preparar

correctamente las disoluciones:

Concentracin ac. Actico (M) Volumen (ml) Carbn (gr)

0,015 1,90 1,005

0,03 3,8 1,002

0,06 7,5 1

0,09 11,25 1,0492 0,12 15 1

0,15 18,75 1,0326

Prepararemos las concentraciones a partir de las botellas sealizadas con el nmero 4.

Primero medimos el volumen que necesitamos con las pipetas, lo echamos en un matraz

aforado de 250 ml y enrasamos con agua destilada.

Una vez tengamos los 250 ml de nuestra disolucin cogeremos 100 ml para la disolucin

del carbn. Esto lo hacemos con un matraz aforado de 100 ml para una medicin ms

exacta. Se lo aadimos al gramo de carbn que hemos pesado y lo dejamos reposar media

hora aproximadamente.

A continuacin, con los 150 ml que nos han quedado de las disoluciones que hemos

preparado, vamos a tomar alcuotas de 25 ml y valorarlas con hidrxido sdico 0.1M y con

un indicador de fenolftalena. Valoraremos dos veces cada disolucin y haremos la media

de ambas. En caso de que en las dos valoraciones la cantidad de hidrxido sdico usada

sea muy diferente haremos una tercera y as sucesivamente.

Los datos de las valoraciones con hidrxido sdico se recogen en la siguiente tabla:

Concen. (M) Vol. 1 Valor. (L) Vol. 2 Valo. (L) Vol. 3 Valo .(L) Media Vol. (L)

0,015 3,60E-03 2,10E-03 3,60E-03 3,1E-03

0,03 7,10E-03 7,10E-03 7,1E-03

0,06 1,43E-02 1,44E-02 14,35E-03

0,09 1,99E-02 1,99E-02 19,95E-03

0,12 2,71E-02 2,74E-02 27,25E-03

0,15 3,30E-02 3,32E-02 33,1E-03

Una vez pasados unos treinta minutos vamos filtrando las disoluciones de hidrxido

sdico con cido actico, desechando los 10 primero mililitros que recogemos en una

probeta.

Despus de haber filtrado todas las disoluciones, lo que hemos recogido en vasos de

precipitado vamos a valorar. Volvemos a coger alcuotas de 25 ml de cada disolucin y

valoramos con fenolftalena y los resultado son los que se muestran en la tabla a

continuacin:

Concentra. (M) 1 valor. Filtra. (L) 2 valor. Filtra (L) Media Vol. (L)

0,015 2,10E-03 1,80E-03 1,95E-03

0,03 4,90E-03 5,10E-03 5E-03

0,06 1,06E-02 1,10E-02 10,8E-03

0,09 1,53E-02 1,52E-02 15,25E-03

0,12 2,24E-02 2,23E-02 22,35E-03

0,15 2,77E-02 2,80E-02 27,85E-03

Como podemos observar por los datos que obtenemos, al aadir el carbn animal a las

disoluciones se han vuelto ms bsicas, ya que necesitamos menos cantidad de NaOH para

que la fenolftalena vire (recordemos que la fenolftalena es un indicador que vira entre un

pH 8 y un pH 10).

Resultados y clculos

1._ La adsorcin del cido actico sobre el carbn activado es una

adsorcin fsica o qumica?

La adsorcin es un fenmeno fisicoqumico de superficie del adsorbente en el que

el slido adsorbente atrapa en sus paredes a cierto tipo de molculas, llamadas

adsorbatos, que estn contenidas en un lquido o un gas. La cantidad adsorbida es

funcin del rea superficial; los mejores adsorbentes, por tanto, son aquellos que

se hallan en un gran estado de subdivisin.

2._ Completar la siguiente tabla:

C terica (mol/l) C inicial (mol/l) C final (mol/l) Masa carbn (g) N (mol/g)

0,015 0,0001324 0,0001114 1,005 2,08955E-06

0,03 0,000109 0,0000894 1,002 1,95609E-06

0,06 0,0000796 0,000061 1 0,00000186

0,09 0,0000574 0,0000432 1,0492 1,35341E-06

0,12 0,0000284 0,00002 1 8,4E-07

0,15 0,0000124 0,0000078 1,0326 4,45477E-07

3._ Representar la isoterma de Langmuir correspondiente a la adsorcin del

cido actico sobre carbn animal: N vs Cf

y = 7E-07ln(x) + 8E-06 R = 0,9705

0

0,0000005

0,000001

0,0000015

0,000002

0,0000025

0 0,00002 0,00004 0,00006 0,00008 0,0001 0,00012 N

me

ro d

e m

ole

s ad

sorb

ido

s

Concentracin final

N vs Cf

4._ Representar la forma linealizada de la isoterma de Langmuir Cf/N vs C y

obtener la constante de adsorcin K y la cantidad mxima de adsorbato que

se puede adsorber por gramo de carbn animal.

La ecuacin de Langmuir es:

Y su forma linealizada es:

De la forma linealizada de la ecuacin representamos el cociente Cf/N frente a Cf

para obtener las incgnitas y tenemos la siguiente grfica:

De la ecuacin de la recta obtenemos la N mxima con la pendiente:

Una vez obtenido el valor de los moles mximos lo sustituimos para calcular la

constante K:

y = 330832x + 15,825 R = 0,9812

0

10

20

30

40

50

60

0 0,00002 0,00004 0,00006 0,00008 0,0001 0,00012

Co

nce

ntr

aci

n f

inal

po

r m

ol

Concentracin final

Cf/N vs Cf

5._ Determinar el grado de recubrimiento () para cada concentracin.

Calculamos el grado de recubrimiento con la expresin:

Para concentracin tenemos un grado de recubrimiento diferente:

Concentracin (M) (N/N mx) 0,015 0,691218074 0,03 0,647068417 0,06 0,615282832 0,09 0,44770497 0,12 0,277869666 0,15 0,147362698

6._ Si se conoce el rea que ocupa cada molcula de cido actico sobre la

superficie de adsorbente es posible calcular el rea especfica del carbn

animal (rea superficial total de un gramo de adsorbente). Datos: se sugiere

asumir un rea por cada molcula adsorbida.

El rea lo calcularemos como

7._ Comprobar si los datos experimentales se ajustan al modelo de

Freundlich.

La ecuacin de Freundlich para calcular el nmero de moles es:

Al linealizarla se nos queda:

Hacemos la tabla de log (N), log(Ci) y log (Cf):

log(N) log(C i) log(C f)

-5,67994677 -3,87811 -3,95311

-5,70861165 -3,96257 -4,04866

-5,73048706 -4,09909 -4,21467

-5,86856994 -4,24109 -4,36452

-6,07572071 -4,54668 -4,69897

-6,35117429 -4,90658 -5,10791

Representamos grficamente el logaritmo de los moles adsorbidos frente al

logaritmo de las concentraciones finales y tenemos la recta:

Volvemos a hacer uso de la ecuacin de la recta para calcular las concentraciones.

Con la pendiente de la recta calculamos C2:

Con este dato y la ordenada en el origen obtenemos C1:

y = 0,6005x - 3,2612 R = 0,9805

-6,4

-6,3

-6,2

-6,1

-6

-5,9

-5,8

-5,7

-5,6

-5,5

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Log(

mo

les

adso

rbid

os)

Log(Concentracin final)

Log(N) Vs Log(Cf)