- Resumen
- Introducción
- Resultados experimentales
- Análisis de Resultados
- Conclusiones
- Recomendaciones
- Apéndice
- Referencias Bibliográficas
Práctica Nº 4
Resumen
En la practica se busca medir la capacidad de adsorción del carbón activo, para ello se lleva a cabo un procedimiento experimental basado en la preparación de diferentes soluciones diluidas preparadas a diferentes concentraciones, dichas soluciones se unen con carbón activado, se somete a un proceso de filtrado y luego se titula con NaOH.
Introducción
La adsorción es un proceso por el cual los átomos en la superficie de un sólido, atraen y retienen moléculas de otros compuestos. Estas fuerzas de atracción son conocidas como "Fuerzas de Van Der Waals".
Los experimentos sobre adsorción, que con más frecuencia se realizan, consisten en la medida de la relación entre la cantidad de gas o líquido adsorbido, sobre una determinada cantidad de adsorbente. Estas medidas se realizaran a una temperatura constante y los resultados se representan gráficamente en las llamadas Isotermas de Adsorción. Lo que se mide experimentalmente es el volumen del líquido o gas adsorbido por una cantidad de adsorbente, o la variación del peso que experimenta el adsorbente cuando ha estado en contacto con el adsorvato.
La practica #4 denominada "Isotermas de Adsorción" tiene como objetivos (1) Estudiar la adsorción sobre el carbón vegetal (activado), de un soluto en disolución acuosa; (2) determinar la relación existente de ácido acético adsorbido por carbón activado y la concentración de equilibrio del ácido acético en la fase acuosa y (3) determinar el área superficial del carbón vegetal (activado) aplicando las isotermas de Freundlich Langmuir y B.E.T. Para cumplir con estos objetivos se tendrá en cuenta que el carbón activado posee la habilidad de atraer débilmente a las sustancias polares sobre su superficie apolar; en este caso como el carbón activado posee una estructura de celdas hexagonales semejante a el grafito por lo que muestra un comportamiento apolar, atrayendo débilmente alas sustancias polares y fuertemente a las sustancias no polares. Este comportamiento lo hace ideal para extraer solutos del agua ya que prácticamente no interactúa con esta, en la practica se estudiara esta habilidad al añadir carbón activado a soluciones de Ácido Acético y agua.
Resultados experimentales
Concentración de las diferentes soluciones de Acido Acético Preparadas.
Matraz Nº | [CH3COOH] (mol/L) | |
1 | 0,2 | |
2 | 0,1 | |
3 | 0,05 | |
4 | 0,025 | |
5 | 0,0125 | |
Volumen de CH3COOH utilizado para preparar cada solución.
Matraz Nº | Volumen de CH3COOH (mL) | ||
1 | 250 | ||
2 | 125 | ||
3 | 62,5 | ||
4 | 31,25 | ||
5 | 15,625 | ||
Pesos de los Erlenmeyers y el Carbón Activado colocado en cada Matraz.
Matraz Nº | Peso del Matraz vacio con tapón (g) | Peso del Carbón Activado (g) | ||
1 | 97,50 | 0,49 | ||
2 | 95,84 | 0,48 | ||
3 | 82,79 | 0,50 | ||
4 | 81,50 | 0,49 | ||
5 | 79,09 | 0,49 | ||
Volúmenes de Hidróxido de Sodio gastados en la Titulación.
Matraz Nº | Volumen de NaOH (mL) | |
1 | 45,7 | |
2 | 22,6 | |
3 | 11,0 | |
4 | 5,4 | |
5 | 3,2 | |
Concentración de Acido Acético (mol/L) en equilibrio con el Carbón Activado.
Matraz Nº | [CH3COOH] (mol/L) | |
1 | 0,246 | |
2 | 0,122 | |
3 | 0,06 | |
4 | 0,03 | |
5 | 0,0172 | |
Moles de Acido Acético adsorbido por gramo de Carbón Activado.
Matraz Nº | X ( |
1 | 1,76 |
2 | 1,81 |
3 | 1,74 |
4 | 1,783 |
5 | 1,784 |
)Valores calculados para Graficar.
|
| Log(X) | Log(C) |
0,568 | 4,060 | 0,246 | -0,608 |
0,552 | 8,209 | 0,258 | -0,914 |
0,573 | 16,866 | 0,242 | -1,227 |
0,5609 | 34,357 | 0,2511 | -1,536 |
0,5606 | 57,978 | 0,2514 | -1,763 |
Análisis de Resultados
La relación entre la cantidad de sustancia adsorbida por un adsorbente y la presión o concentración de equilibrio a una temperatura constante se denomina isoterma de adsorción.
En el experimento "Determinación de las isotermas de adsorción" para el ácido acético en el carbón activado, se observo que la cantidad de ácido acético adsorbido disminuía según disminuía la concentración de este en le disolución ácido acético – agua, esto debido a que a mayor concentración de adsorbato mayor será la cantidad de este adsorbida por el absorbente (principio de Le´Chatelier), sin embargo, la velocidad de adsorción del carbón activado aumentaba según se diluía el ácido acético esto debido a que al diluirse el adsorbato este disminuye su tensión superficial facilitando así la adsorción.
La grafica que relaciona la cantidad de ácido adsorbido por gramo de carbón vs. la concentración del ácido, explica de forma mas completa el proceso que conduce a la formación de multicapas, ya que las isotermas correspondiente que tienen formas no dan lugar en la representación de Langmuir a una línea recta, y por consiguiente la teoría expuesta del mismo no es aplicable en estos casos.
Por lo tanto para que el ácido acético halla sido adsorbido por el carbón activado sus moléculas debieron de penetrar los poros del mismo, en consecuencia, los poros del carbón deben de tener un diámetro mayor que las moléculas de impurezas, y en este caso se da.
Conclusiones
El carbono activado es mucho más efectivo para adsorber no electrolitos de una solución que electrolito, debido a su naturaleza no polar por lo que es un adsorbente excelente para las soluciones de Agua y Ácido Acético.
La cantidad de ácido acético adsorbida aumenta según aumenta la concentración de este en la disolución (Le´ Chatelier).
La adsorción es un fenómeno que ocurre en la superficie, mientras mayor área superficial disponible tenga un sólido, mejor adsorbente podrá ser.
La isoterma de Freundlich es apropiada para representar la adsorción cuando esta es del tipo I y además es física.
La isoterma de B.E.T. no es aplicable a sistemas donde la adsorción es del tipo I y la misma es física. Solo se aplica a adsorciones del tipo II y químicas.
La adsorción de solutos, al igual que la de gases, implica el establecimiento de un equilibrio entre la cantidad adsorbida sobre la superficie y la concentración de la sustancia en solución.
Recomendaciones
Aunque el tamaño de las partículas del carbón no influyen directamente en la adsorción, tal como lo reporta la bibliografía, resulta provechoso el empleo de carbón pulverizado para disminuir el tiempo de contacto necesario para que ocurra la adsorción de manera apreciable.
Se puede realizar esta experiencia practica con carbón granular durante el mismo tiempo de agitación para estableces comparaciones con los resultados obtenidos con el carbón pulverizado.
Cuando se emplea carbón activado pulverizado en los procesos de adsorción es recomendable el empleo de filtros especiales para obtener una filtración más eficiente.
Apéndice
Parte a: Concentración de Acido Acético (mol/L) en equilibrio con el Carbón Activado.
Para la Mezcla #1
En la Titulación:
Parte b: Numero de moles de Acido Acético adsorbido por gramo de adsorbente.
Trabajando con la mezcla #1
Parte c: Cálculos para las graficas de 1/X Vs. 1/C y Log(X) Vs. Log(C).
Para el Matraz Nº 1:
Referencias Bibliográficas
PERRY. "Manual de Ingeniero Químico". Tomo IV. Sexta Edición.
SKOOG, D.; WEST, D. y HOLLER, F. (1995). "Química Analítica", McGraw Hill. Sexta Edición. Págs. 308-316.
SMITH, J.; VAN NESS, H. (1997) "Introducción a la Termodinámica en Ingeniería química" Quinta Edición. McGraw Hill. México
TREYBAL. "Transferencia de masa".
Autor:
José Ángel