Fenómenos de superficie: isotermas de adsorción

OBJETIVO:

Determinar la isoterma de adsorción para el sistema carbón vegetal- acido acético a partir de datos de laboratorio, a 25°C.

MATERIAL Y EQUIPO:

• 3 pipeta(10ml)

• 2 pipetas volumétricas (10ml)

• 2 soportes

• 10 matraz erlenmeyer 250ml

• 3 aros

• 3 buretas

• papel filtro

• 2 pinzas para bureta

• 1 matraz aforado (50ml)

• 4 vasos de precipitado (100ml)

• 3 embudos de vidrio

• Balanza analítica

SUSTANCIAS:

• Agua destilada

• Acido acético 0.4M

• Hidróxido de sodio 0.1 N

• Fenolftaleína

INTRODUCCIÓN:

El concepto de adsorción, se refiere a la unión de los átomos, iones o moléculas de un gas o de un líquido (adsorbato) a la superficie de un sólido o líquido (adsorbente). En los sólidos porosos o finamente divididos la adsorción es mayor debido al aumento de la superficie expuesta. De forma similar, la superficie adsorbente de una cantidad de líquido se incrementa si el líquido está dividido en gotas finas. En algunos casos, los átomos del adsorbato comparten electrones con los átomos de la superficie adsorbente, formando una capa fina de compuesto químico. La adsorción es también una parte importante de la catálisis y otros procesos químicos. En la absorción, las moléculas de la sustancia adsorbida penetran en todo el volumen del sólido o líquido adsorbente.

TIPOS DE ISOTERMA DE ADSORCIÓN

Brunauer clasificó las isotermas de adsorción de gases sobre sólidos en cinco tipos: I, II, III, IV y V. Cada una de ellas corresponde a un comportamiento de adsorción bien definido.

TIPO I: El adsorbato cubre al adsorbente, el cual tiene una superficie uniforme, hasta que se forma una monocapa y entonces el proceso se detiene. La gran mayoría de los procesos de quimisorción muestran este tipo de isoterma.

Este tipo de isoterma se ajusta a la isoterma descrita por Langmuir, enunciada en la siguiente ecuación:

? = (KPA/(1 + KPA))

Esta ecuación se basa en las siguientes suposiciones:

• Todos los sitios de adsorción son equivalentes.

• La adsorción no depende del recubrimiento.

• Se alcanza el equilibrio descrito por la siguiente ecuación:

A(g) + M(surf) <===> AM

Donde la adsorción procede con una constante de velocidad ka y la desorción procede con una constante de velocidad kd

La isoterma de Langmuir se usa mucho en casos de quimisorción o de adsorción de gases en sólidos no porosos. Esto no significa que haga un buen trabajo en los casos de quimisorción. En un gran número de casos es necesario utilizar isotermas "de Langmuir" modificadas, tales como las propuestas por Freundlich o por Temkin.

TIPO II: El adsorbato cubre al adsorbente hasta que se forma una monocapa y el proceso continúa con adsorción en multicapas. Es un perfil frecuente en procesos de adsorción física en los cuales las interacciones son poco específicas. Para que se produzca este tipo de comportamiento es necesario que la afinidad del adsorbato por el adsorbente sea algo mayor que la afinidad del adsorbato por sí mismo.

Este tipo de isoterma se puede ajustar a la ecuación llamada BET, desarrollada por Brunauer, Emmett y Teller. La forma de la ecuación es como sigue:

donde: Po es la presión de vapor de saturación Vm es la capacidad de monocapa C aprox. igual a exp[-(?Hads – ?Hliq)/RT]

La isoterma BET es una extensión del argumento de Langmuir:

• La primera capa obedece a un calor de adsorción ?Hads

• Las capas posteriores a la primera tienen un calor de adsorción igual al calor de licuefacción, ?Hliq

La ecuación BET reproduce bastante bien capas adsorbidas físicamente.

TIPO III: El adsorbato tiene aproximadamente la misma afinidad por el adsorbente y por sí mismo, o es ligeramente más afín a sí mismo que al adsorbente, por lo cual es una vez que se ha adsorbido una molécula ésta actúa también como sitio libre para que otra molécula se adsorba. Esto conduce a un recubrimiento desigual, con partes limpias, partes cubiertas con monocapa y partes cubiertas con multicapa.

Las isotermas tipo III pueden ajustarse bastante bien a la BET.

TIPO IV: En este caso el comportamiento inicial consiste en formar una monocapa, para luego mostrar comportamiento de formación de multicapas hasta alcanzar un ?espesor de multicapa? máximo a una presión máxima Po. Este comportamiento se justifica postulando un adsorbente rugoso en el cual la monocapa inicial deja muchos huecos, que terminan por saturarse de adsorbato al alcanzar la presión Po (condensación capilar).

TIPO V: En este caso el comportamiento inicial consiste en formar una multicapa hasta alcanzar un "espesor de multicapa" máximo. Este comportamiento se justifica postulando un adsorbente rugoso, como en el caso IV, y un adsorbato que interactúa débilmente con el adsorbente.

¿Cuál es la diferencia entre adsorción y absorción?

Cuando una sustancia se adhiere a una superficie se habla de adsorción, es este caso, la sustancia se adhiere a la superficie interna del carbón activo. Cuando la sustancia es absorbida en un medio diferente esto es llamado absorción. Cuando un gas es atraído dentro de una solución se habla de absorción.

Figura 1: se ve la adsorción isotérmica específica  para el carbón activo. En el eje horizontal se  encuentra la concentración, y en el eje vertical la cantidad necesaria de carbón. Usted puede utilizar este tipo de gráficos para optimizar su columna.

Figura 2: nos muestra el agotamiento durante el uso de su columna. En el punto C3 la columna empieza a romper en el punto mas bajo y cerca del punto C4 su columna ya no purifica. Entre el punto C3 y C4 usted necesita regenerar la columna.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:

CALCULOS Y RESULTADOS:

Equipos 1 y 2:

Equipos 3 y 4:

DISCUCIÓN DE RESULTADOS:

Los resultados presentaron valores congruentes, ya que a medida que aumenta la concentración del ácido acético (adsorbato) aumenta la relación entre la cantidad adsorbida por gramo de carbono y eso fue lo que sucedió.

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.

Por lo tanto para que el ácido acético haya 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.

OBSERVACIONES:

• Durante esta práctica el objetivo simplemente es determinarla isoterma de absorción siendo así se determino el peso molecular M2 en función de la constante de crioscopia del solvente, también en función del punto de congelación.

• Aunque el tamaño de las partículas del carbón no influyen directamente en la adsorción, resulta provechoso el empleo de carbón pulverizado para disminuir el tiempo de contacto necesario para que ocurra la adsorción de manera apreciable.

• Cuando se emplea carbón activado pulverizado en los procesos de adsorción es recomendable el empleo de filtros especiales para obtener una filtración más eficiente.

CONCLUSIONES:

• En esta práctica solo se analizaron los valores de la temperatura a la cual la solución de congelaba, siendo así que la temperatura de congelación esté en función da las concentraciones utilizadas.

• A medida que aumenta la concentración del ácido acético (adsorbato) aumenta la relación entre la cantidad adsorbida por gramo de carbono.

• El carbón activado pulverizado proporciona datos de adsorción de manera eficiente y en un corto tiempo, debido a la velocidad por llegar al equilibrio.

BIBLIOGRAFÍA:

• Microsoft ® Encarta ® 2008. © 1993-2007 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

• http://html.rincondelvago.com/isoterma-de-adsorcion.html

• http://www.geocities.com/quimico69/fqav/isoterms.ht

Autor:

Asneydi Madrigal Castro

SEP SES DGEST

INSTITUTO TECNOLOGICO DE JIQUILPAN

PRACTICA Nº6 DE FISICOQUIMICA

MIREYA

ING. x

17 DE OCTUBRE DEL 2008

1 DE DICIEMBRE DEL 2008