Practica ^N3 - ADSORCIÓN DE ÁCIDO ACÉTICO SOBRE CARBÓN ACTIVADO PDF

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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEPUEBLAFACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICASLIC. QUIMICO FARMACOBIÓLOGOLAB. FISICOQUÍMICA IIIPRÁCTICA 3. ADSORCIÓN DE ÁCIDOACÉTICO SOBRE CARBÓN ACTIVADOALUMNA:CINTHIA JAZMIN ALVAREZ RODRIGUEZOTOÑO 2020MARTES 10:00-12:00 PMFECHA DE ENTREGA:06/10/INTRODUCCIÓNLa adsorción es el...

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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LIC. QUIMICO FARMACOBIÓLOGO LAB. FISICOQUÍMICA III

PRÁCTICA 3. ADSORCIÓN DE ÁCIDO ACÉTICO SOBRE CARBÓN ACTIVADO

ALUMNA: CINTHIA JAZMIN ALVAREZ RODRIGUEZ OTOÑO 2020 MARTES 10:00-12:00 PM FECHA DE ENTREGA: 06/10/2020

INTRODUCCIÓN La adsorción es el fenómeno de concentración de una especie química en una interfase. El término adsorción tiene un significado en ocasiones estructural y en otras dinámico (proceso de adsorción). El estudio y determinación de la adsorción está relacionado con múltiples aplicaciones: la catálisis heterogénea, la preparación de nuevos materiales, la nanotecnología, los procesos electroquímicos, los análisis cromatográficos, el tratamiento de residuos contaminados, etc. En realidad, en la era de la microelectrónica y nanotecnología, la Química de Superficies es un área interdisciplinar que contribuye a casi todos los avances tecnológicos. La especie química que resulta adsorbida sobre la superficie de un material recibe el nombre de adsorbato. Para el caso de la adsorción sobre superficies sólidas, el sólido recibe el nombre de substrato. Como ejemplo de substrato, el carbón activo encuentra diversas aplicaciones gracias a su habilidad para adsorber casi todo tipo de sustancias orgánicas. Su capacidad de adsorción se extiende también a los metales y sus iones, de modo que los carbones activos también se emplean como soportes de metales catalíticos o electroactivos (baterías). El proceso inverso de la adsorción se denomina desorción. Numerosos trabajos experimentales han mostrado que, para un mismo sistema eniguales condiciones, la adsorción es proporcional a la superficie del adsorbente.Se trata, pues, de un fenómeno superficial en el que las moléculas de adsorbatose fijan sobre la superficie del adsorbente en virtud de diversas fuerzas atractivasque entran en juego. La naturaleza de estas fuerzas puede ser muy diversa, si bien, convencionalmentese habla de Fisisorción y Quimisorción, según aquéllas sean de tipo físico (fuerzasde van der Waals) o químico (fuerzas de enlace)Como ejemplo de substrato, el carbón activo encuentra diversas aplicacionesgracias a su habilidad para adsorber casi todo tipo de sustancias orgánicas. Sucapacidad de adsorción se extiende también a los metales y sus iones, de modoque los carbones activos también se emplean como soportes de metalescatalíticos o electroactivos (baterías). El proceso inverso de la adsorción sedenomina desorción.Una isoterma empírica, aplicable a la adsorción de solutos en disolución(adsorbatos) por sólidos (adsorbentes) es la isoterma propuesta por Freundlich,cuya expresión matemática es:

siendo x el nº de moles de ácido oxálico adsorbido por unidad de masa de carbónactivo, c la concentración ácido oxálico en la disolución en equilibrio y, finalmente,k y n las constantes empíricas (parámetros) características de las sustancias queintervienen en la adsorción.La isoterma de Freundlich no es válida en presiones muy altas, pero confrecuencia es más exacta que la isoterma de Langmuir para presionesintermedias.La ecuación de Freundlich se aplica a menudo a la adsorción de solutos desoluciones líquidas en sólidos. Hipótesis En el experimento se espera observar que la cantidad de ácido acético adsorbido vaya en descenso según disminuya la concentración de este en ledisolución ácido oxálico – agua, esto debido a que a mayor concentración deadsorbato mayor será la cantidad de este adsorbida por el absorbente. MATERIAL       

1 bureta de 25 ml 1 embudo 7 matraces Erlenmeyer de 250 ml 2 matraces aforados (50 ml y 200 ml) 2 Pipetas graduadas de 5 y 10 ml 2 Vasos de precipitados de 50 ml y 100 ml 1 Probeta de 100 ml

REACTIVOS     

Carbón activado Ácido acético NaOH Fenolftaleína Papel filtro

DESARROLLO DE LA PRACTICA Pesar cinco porciones de 0.5 g de carbón activado y vacíe cada porción en diferentes matraces.

Enumere los cinco matraces con carbón activado (1, 2, 3, 4 y 5) y enumere otros cinco matraces sin carbón activado (1a, 2a, 3a, 4a y 5a).

A partir de la disolución de ácido acético 0.2 M prepare las disoluciones que se indican en la tabla

Después de preparar las disoluciones que completan cada una 60 ml, vierta 35 ml de cada disolución en los matraces con carbón activado (1, 2, 3, 4 y 5) y 25 ml en los matraces sin carbón activado (1a, 2a, 3a, 4a y 5a), éstos últimos servirán como blanco..

Del filtrado tome una alícuota de 10 ml y titule con la base empleando fenolftaleína como indicador.

Titule por duplicado 10 ml de las disoluciones que sirven como blanco, las cuales se encuentran contenidas en los matraces 1a, 2a, 3a, 4a y 5a.

Tape los matraces que contienen el carbón activado con los tapones de hule forrados de aluminio y agite durante 30 minutos.

Filtre las disoluciones con carbón desechando los primeros 10 ml, el resto de las disoluciones recíbalo en matraces limpios y secos.

RESULADOS 1. Preparación del acido acético 0.2 M (250 ml)

M=

n v

n=V∗M

n=0.25 L∗0.2 M n=0.05 moles

g mol =3.00 g 1 mol

60.052 0.05mol ❑

3.00 g v= =2.85 cm3 3 1.5 g/cm 2. Preparación de los 5 matraces V(acido acético 0.2M)/ ml 60 42 18 6 0

Matraz 1 2 3 4 5 Tabla 1.1

Matraz #2 M=

n v

n=V∗M n=0.042 L∗0.2 M −3

n=8.4 x 10 moles M=

n v

M=

8.4 x 10−3 mol 0.0 6 L

M =0.14

V(agua) /ml 0 18 42 54 60

Concentración final (mol/L) 0.2 0.14 0.06 0.02 0

Matraz #3 M=

n v

n=V∗M

n=0.018 L∗0.2 M −3

n=3.6 x 10 mol

M=

n v

M=

3.6 x 10−3 mol 0.06 L

M =0.14 Matraz #4 M=

n v

n=V∗M

n=0.0 06 L∗0.2 M −3

n=1.2 x 10 mol

M=

n v

M=

1.2 x 10−3 mol 0.06 L

M =0. 02 Matraz #5 M=

n v

n=V∗M

n=0.0 0 L∗0.2 M n=0

M=

n v

M =0

3. Preparación del NaOH

M=

n v

n=V∗M

n=0.5 L∗0.05 M n=0.0 25 moles

g mol =0.99 g 1 mol

39.997 0.025 mol ❑

4. Cálculos la concentración Soluciones de carbón V(gastado de NaOH)/ml Concetracion de acido acético 31.6 0.158 23.4 0.117 18.5 0.0925 9.4 0.047 0.6 0.003 TABLA 1.2 Volumen gastado 31.6 ml C2 = C2 =

[ NaO H ] [ v gastado ] v alicuota

[ 0.05 M][ 3 1.6 ml ] 10 ml

C2 =0.15 8 Volumen gastado 23.4 ml C2 =

C2 =

[ NaO H ] [ v gastado ] v alicuota

[ 0. 0 5 M ][ 23 . 4 ml ] 10 ml

C2 =0.1 17

Volumen gastado 18.5 ml C2 = C2 =

[ NaO H ] [ v gastado ] v alicuota

[ 0.05 M][ 18 .5 ml ] 10 ml

C2 =0.09 25

Volumen gastado 9.4 ml C2 =

C2 =

[ NaO H ] [ v gastado ] v alicuota

[ 0.05 M ][ 9. 4 ml ] 10 ml

C2 =0. 04 7

Volumen gastado 0.6 ml C2 = C2 =

[ NaO H ] [ v gastado ] v alicuota

[ 0.05 M][ 0. 6 ml ] 10 ml

C2 =0 .003

5. Concentración sin carbon Soluciones sin carbón V(gastado de NaOH)/ml Concetracion de acido acético 47.4 0.238 38.4 0.192 30 0.15 19.5 0.0975 2.1 0.0105 TABLA 1.3 Volumen gastado 47.4 ml

C2 =

C2 =

[ NaO H ] [ v gastado ] v alicuota

[ 0.05 M ][ 4 7.4 ml ] 10 ml

C2 =0 .238

Volumen gastado 37.8 ml C2 = C2 =

[ NaO H ] [ v gastado ] v alicuota

[ 0.05 M][ 3 8.4 ml ] 10 ml

C2 =0.1 92

Volumen gastado 30 ml C2 =

C2 =

[ NaO H ] [ v gastado ] v alicuota

[ 0.05 M ][ 30 ml ] 10 ml

C2 =0.15

Volumen gastado 19.5 ml C2 = C2 =

[ NaO H ] [ v gastado ] v alicuota

[ 0.05 M][ 19.5 ml ] 10 ml

C2 =0.0 975 Volumen gastado 2.1 ml C2 =

C2 =

[ NaO H ] [ v gastado ] v alicuota

[ 0.05 M ][ 2.1 ml] 10 ml

C2 =0.0 105

6. Calculos para N

N (mol/g) 0.0056 0.00525 0.00402 0.0035 0.000525 Tabla 1.5

N=

N=

v ( C 0−C ) m

0. 0 35 ml ( 0.2 38−0.158 ) 0.5 g

N=0.0 0 56

N=

v ( C 0−C ) m

N=

0.035 ml ( 0. 1 92−0. 117 ) 0.5 g

N=0. 00 525

N=

N=

v ( C 0−C ) m

0.035 ml ( 0. 15−0. 0 9 25) 0.5 g

N=0.00 402

N=

v ( C 0−C ) m

N=

0.035 ml ( 0.0 47 −0.0 975 ) 0.5 g

N=0.00 35

N=

N=

v ( C 0−C ) m

0.035 ml ( 0. 0 105−0. 0 03) 0.5 g

N=0.00 0525

7. Graficas

Isoterma de adsorcion 0.01 0.01

N (mol/g)

0 0 0 0 0

0

0.05

0.1

0.15

Co

Grafica 1.1 isoterma de adsorción

0.2

0.25

Concetracio N n de acido (mol/g) acético 0.238 0.192 0.15 0.0975

0.0056 0.00525 0.00402 0.0035 0.00052 5

0.0105

30 25

f(x) = 144.55 x + 6.46 R² = 0.96

C/N

20 15 10 5 0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Co

Grafica 1.2 Concetraci on de acido acético 0.158 0.117 0.0925 0.047 0.003

C/N 28.21428 57 22.28571 43 23.00995 02 13.42857 14 5.714285 71

0.12

0.14

0.16

0.18

C 1 1 + = C N k max M max N=

1 =6.918 X 1 0−3 mol / g 1 44 .55

A=N max × N 0 × σ

A=6.198 x 10−3 g /mol ×6.022 x 1 023 × 2.1 x 10−19 m 2

A=783.81 m /g

CONCLUSIÓN La adsorción es un fenómeno que implica la concentración de uno o máscomponentes de un gas o un líquido en la superficie de un sólido. El sólido sedenomina adsorbente en nuestro caso, el carbón activado y las moléculasadsorbidas en la superficie del sólido se conocen como adsorbato, para estapráctica es el ácido oxálico. La principal diferencia entre el termino de adsorción yabsorción radica en que la adsorción es un fenómeno de superficie y la absorciónde volumen. La adsorción puede ser afectada por factores como temperatura (es un procesoexotérmico, sin embargo, la energía generada es despreciable; Además a menortemperatura mejor adsorción), concentración del adsorbato (de aquí depende lacantidad de material disponible) y cantidad del adsorbente (superficie disponible)además de otros como la naturaleza del adsorbato (solubilidad y peso molecular)por mencionar algunos .El isoterma generado de la adsorción de ácido acético sobre carbón activado. Sería importante conocer qué tipo de carbón activado usamos para poder hacer comparaciones con los datos de la literatura. Se debe tener especial cuidado al hacer las titulaciones con NaOH y fenolftaleína pues el vire debe ser apenas visible y no dejarse hasta que llegue al rosa intenso, con lo que se obtendrían resultados inesperados.

CUESTIONARIO ¿Cómo influye la temperatura en un proceso de adsorción?

El aumento de la temperatura disminuye considerablemente la adsorción.Es un fenómeno reversible y se produce principalmente a temperaturas bajas, mediante uniones relativamente débiles. Se caracteriza por entalpías de adsorción relativamente bajas (5 a 10 kcal/mol) del mismo orden de magnitud que las fuerzas de Van der Waals entre moléculas.Las entalpías de adsorción son en este caso más elevadas (10 a 100 kcal/mol). No son tan frecuentes estos fenómenos como los anteriores y se dan a temperaturas elevadas. Implica interacciones de tipo químico entre adsorbente y adsorbato y por tanto le afecta sensiblemente la temperatura. Enuncie algunas aplicaciones de los procesos de adsorción Extracción de metabolitos y aceites esenciales, como el aceite de soja. • Purificación del agua potable. • Tratamiento de agua residual de procesos farmacéuticos. • Tratamiento de intoxicaciones por toxinas y venenos. • Cromatografía para purificación de sustancias de interés farmacéutico o síntesis de • Purificación de anticuerpos.  Extracción de metabolitos y aceites esenciales, como el aceite de soja.  Purificación del agua potable.  Tratamiento de agua residual de procesos farmacéuticos.  Tratamiento de intoxicaciones por toxinas y venenos.  Cromatografía para purificación de sustancias de interés farmacéutico o síntesis de nuevas moléculas.  Purificación de anticuerpos. ¿Por qué el carbon activado absorbe el acido acético? Por su sencillez, su fácil deducción y su utilidad para determinar el área superficial del material, en esta práctica vas a ajustar los datos experimentales con una ecuación de la isoterma de Langmuir. Primero, vamos a deducir una relación del tipo n= f C s T para la adsorción en monocapa sin más que suponer que la superficie del substrato es homogénea y que la Hads es constante y no varía con el grado de recubrimiento. En estas condiciones, un equilibrio de adsorción química puede tratarse de modo análogo a un equilibrio químico en un sistema homogéneo. Por ejemplo, la adsorción de ácido acético en disoluciones acuosas por carbón activo.

¿Cómo puede influír el tamaño del poro en la capacidad de absorción de un absorbente? La elevada capacidad de eliminación de sustancias se debe a la alta superficie interna que posee, si bien porosidad y distribución de tamaño de poros juegan un papel importante. En general, los microporos le confieren la elevada superficie y capacidad de retención, mientras que los mesoporos y macroporos son necesarios

para retener moléculas de gran tamaño, como pueden ser colorantes o coloides, y favorecer el acceso y la rápida difusión de las moléculas a la superficie interna del sólido.

REFERENCIAS Principios de la Fisicoquímica, 6ta Edición.Ira N. Levin. Mc Graw Hill education.Capítulo 16: Cinética de reacciones. Adsorción de gases en sólidos. Pag 535. Atkins, P.W., Fisicoquímica, 3a edición, Addison-Wesley Iberoamericana, EUA, 1991. Dewdney, A.K., ‘‘Computer Recreations: A Cellular Universe of Debris, Droplets, Defects and Demons’’, Scientific American, 261[2] 102-105 (1989)....