- 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 | ||
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 | Peso del Carbón Activado | ||
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 | |
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