UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFacultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América) FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FISICOQUÍMICA Laboratorio de Fisicoquímica II ISOTERMAS DE ADSORCIÓN DE SOLUTOS PROFESOR: PANTOJA CADILLO ALUMNOS: CRISTHIAN ANDRÉ FUENTES VIDEIRA 13070174 DIEGO ARMANDO MONTENEGRO ATUNCA 13070046 FRANKLIN CCOYLLO CCANTO 13070164 Fecha de realización de la práctica: 17 – junio - 2015 Fecha de entrega del informe: 24– junio - 2015 CIUDAD UNIVERSITARIA 2015 UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II TABLA DE CONTENIDO I. RESUMEN II. OBJETIVOS III. FUNDAMENTO TEÓRICO IV. MATERIALES Y REACTIVOS V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL VI. RESULTADOS VII. CALCULOS VIII. DISCUSIÓN DE RESULTADOS IX. CONCLUSIONES X. CUESTIONARIO I. Resumen .UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II II. Objetivos Trazar la isoterma para la adsorción de acetona con carbón activado a partir de soluciones acuosas y obtener las constantes para la isoterma de Freundlich. la mayoría de las sustancias absorbe preferentemente a iones de carga . originándose una energía superficial que permita la adhesión de moléculas extrañas. por el cual el material absorbido. el equilibrio de adsorción se alcanza con rapidez y las fuerzas que ligan al absorbato con el absorbente son del - tipo de Van der Walls. por lo que en ella se considera la formación de un compuesto superficial. ya que las moléculas superficiales del solido están retenidas por un lado al resto del mismo. Los calores de adsorción son el orden de 20000 a 100000 cal. Adsorcion de solutos desde soluciones: En términos gen erales esta adsorción presenta las mismas características que la de gases: - Selectividad: Se presenta adsorción del soluto del solvente pero raras veces de ambos. Para la adsorción de gases por solidos se ha determinado 2 tipos de adsorción: - Adsorcion Fisica o de Van der Walls . Adsorcion química o activada. debido a la existencia de fuerzas superficiales no compensadas. absorbato. Los calores de adsorción son del orden de 10000 calorias. Unas sustancias son mejor absorbidas que otras.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II III. temperatura y presión del gas. área superficial. es reversible. (absorbato) se adhiere a la superficie de un solido (absorbente). La cantidad de gas absorbida depende del absorbente . es menos reversible. PRINCIPIOS TEÓRICOS Adsorción: La adsorción es un fenómeno de superficie. las fuerzas que actúan son similares a los enlaces químicos. . Para este tipo de isotermas se han formulado la ecuaciones: - Ecuacion de Freundlich: Es una ecuación empírica de la forma: x/m=KCn Donde: X/m: Masa de sustancia absorbida por unidad de masa o de área de adsorbente.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II opuesta a la suya. Variacion inversa con la temperatura. Variacion directa con la complejidad de la molecula del absorbato. Isoterma de adsorción: Son graficos donde se puede apreciar la relación entre la cantidad de sustancia absorbida por gramo de absorbente y la concentración o presión de equilibrio del absorbato. del adsurbente. En la adsorción de gases por solidos se han encontrado cinco tipos de isotermas. El carbón vegetal es el único material común que presenta un comportamiento prácticamente independientemente de la carga eléctrica del material absorbido. C: Concentracion de equilibrio de la solución. generalmente este adsorbe mejor a los no - electrolitos. Para la adsorción desde soluciones se encuentra que generalmente la cantidad absorbida aumenta con la concentración de la sustancia disuelta hasta un valor definido de saturación.n: Constantes empíricas que dependen del absorbato. las magnitudes de adsorción de electrolitos depende de la concentración y el pH de la solución. de la temperatura y del solvente. K. y débilmente a los no electrolitos. Solución 0. embudos. papel de filtro. NaOH 1N. (1) lo que dara una representación gráfica lineal: Log (x/m)= LogK + nLogC - Ecuacion de Langmuir: Se basa en la consideración teorica de que la adsorción se ejecuta en capas monomoleculares . soporte. De Langmuir pede adoptar la forma lineal: C 1 b = + C x /m a a III. Para absorción desde soluciones esta ecuación toma la forma: x aC = m (1+bC ) Donde a y b son constantes.1 N de yodo. carbón activado IV. K y n se puede tomar logaritmos a ambos miembros de la Ec. termómetro. H2SO4 1N y 6N. cocinilla. fiolas. buretas. solución valorada 0. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL . ésta solo pueda proseguir en sitios desocupados de la superficie del absorbente.1 N de tiosulfato de sodio. acetona. lo que origina que a medida que se lleva a cabo la adsorción . baguetes. vasos. La Ec. MATERIALES Y REACTIVOS Erlenmeyer. pipetas.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II Para obtener las Ctes. usando para ello lo mismos volúmenes de la tabla Nº 1 que usará para las correspondientes soluciones originales . Mida la temperatura del sistema.3. con tapón de corcho. tape el embudo con luna de reloj durante la filtración. b) Valore los filtrados igual que en 3. mida con pipeta 100 mL de la solución de acetona. Descarte los 10 mL iniciales de filtrado.2 B). agite durante 2minutos y filtre inmediatamente en un embudo adaptado a un Erlenmeyer seco.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II 4. ADSORCION A) En un matraz seco de tapa esmerilada. añada 1g exactamente pesado de carbón activado. 05.PREPARACIÓN DE SOLUCIONES.02. midiendo en una fiola 200 mL de agua destilada y agregando 3 mL de acetona QP (solución 1) B) Prepare 200 mL de soluciones 0..- A) Prepare una solución 0.2 M de acetona.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II 4.005 M de acetona a partir de la solución 1 .1. 0. 0. .2 VALORACIÓN DE SOLUCIONES A) Solucion de 0.1 aprox de iodo . agregar indicador de almidon y seguir valorando hasta desaparicion del color azul B) soluciones de acetona .. Cuando la solución tome coloración amarillo pajizo.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II 4.se agregan 25ml de NaOH ..se toman 10ml de solucion de iodo se diluye hasta 20 ml aprox se añaden 5 ml de H2SO4 6N y valoramos inmediatamente con la solucion de tiosulfato de sodio hasta coloracion amarillo pajiizo.. las soluciones se valoraran por retroceso .. se midieron con pipeta volumetrica cierto volumen de sol de acetona segun la tabla N1 . Repita con todas las soluciones de acetona usando para cada una de ellas los volúmenes indicados de la Tabla Nº1 .agite vigorosamente durante 30 segundos y deje en reposo durante 10 minutos.. 005 Volumen de acetona (ml) Volumen de agua (ml) Volumen de yodo (ml) 2 10 10 10 8 0 0 0 40 40 20 5 Volumen de Na2S2O3 gastado (ml) 14.200 0.020 0. Na2S2O3 0. de Na2S2O3 (ml) 10.3 8.1 CONDICIONES DEL LABORATORIO T P (mmHg) 756 T (°C) 23 % Humedad Relativa 96 AB LA 5. RESULTADOS TABLA 5.4 TABLA 5.4 VALORACIÓN DE LA SOLUCION DE ACETONA FILTRADA LUEGO DE LA ADSORCIÓN CON CARBON ACTIVADO .UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II V.3 VALORACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE ACETONA Solución de acetona M(mol/L) 0. (ml) 10 Iodo Vol.25 N.5 1.5 9.050 0.1035 Vol.1010 TABLA 5.2 VALORACION DE LA SOLUCION DE YODO N. Iodo 0. de sol. 0143 0.0063 TABLA 5.000 15.0427 0.00086 0.00237 Tabla 5.000 12 0.0259 0.00414 0.00207 0.00094 0.6 0.00414 0.00014 0.02480 0.200 2 8 40 1.000 2.7 TABLA 5.00146 0.0202 0.00121 0.1899 0.00086 0.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II Solución de Volumen de Volumen de Volumen de Peso carbón Volumen de acetona acetona (ml) agua (ml) Yodo (ml) activado (g) Na2S2O3 gastado(ml) 0.00228 0.0310 0.00158 0.00052 0.02206 0.00052 0.0036 Acetona ml 2 10 10 10 Acetona mol / L 0.0533 0.6 CÁLCULO DE LOS # EQ-G DE I2 POR RETROCESO DE LA SOLUCIÓN FILTRADA #eq-I2 #eq-Na2S2O3 0.050 10 0 40 1.00320 0.005 10 0 5 1.00024 0.00038 #eq-I2x9.2227 0.00414 0.5 CÁLCULO DE LOS # eq-g DE I2 POR RETROCESO #eq-I2 #eq-Na2S2O3 #eqRXN I2 0.00256 0.00186 0.020 10 0 20 1.0117 0.67g #eqRXN I2 Acetona 0.000 18.00207 0.0041 .00027 Solución filtrada #eq-I2x9.00121 0.00268 0.00414 0.4 0.7 CALCULO DE x/m Acetona ml 2 10 10 10 Acetona mol / L 0.00830 0.67g Acetona 0. 190 0.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II X 0.061 0.150 0.007 1.1901 0.0342 0.043 0.150 x/m 0.100 Concentración 0.0127 TABLA 5.0127 versus X/m Grafico 1 CONCENTRACIÓN C VS X/M Isoterma de adsorción de Freundlich 0.034 0.004 masa de carbón 1.1905 0.014 0.050 0.013 0.200 0.0615 0.0342 0.003 X/m X/m 0.190 0.100 0.6 C C 0.000 0.002 1.001 1.200 .050 0.000 0.0611 0. 90 Grafico 2 log(C) vs log(X/m) .061114631 -1.72 -1.00407578 5 log(C) X/m log(X/m) -0.37 0.012658734 -1.47 -2.7 log(C) y log(X/m) Acetona mol / L 0.04269584 7 0.01428522 7 0.18993691 5 0.39 0.034162952 -1.85 0.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II TABLA 5.21 -1.190051542 -0.72 0. 50 -1.25/10 N I2 = 0.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II log(X/m)=nlog(C) + log(K) -2.00 -0. EJEMPLO DE CÁLCULOS Calculo de la Concentración de soluciones.25ml.69x .00 -1.00 -0. N Na2S2O3 = 0.1035 N Se obtuvo una normalidad de 0.1035 para la solución de iodo.1010 V I2 = 10 ml.1010 X 10.04 L . a) Calculamos la concentración de la solución de iodo a partir de la valoración con tiosulfato.2N Volumen del iodo colocados: 0.50 -2. Se tiene por tal: N I2 = 0.23 -1. b) Solución de la Acetona.0. (N x V)I2 = (N x V) Na2S2O3 Se tiene: Vg Na2S2O3 = 10.50 0. Para 2 ml de acetona aproximadamente 0.50 -2.50 log(X/m) f(x) = 0.00 -1.00 log( C ) VI. - Calculamos el # de equivalentes de iodo que han reaccionado con la acetona restando el # de equivalente de iodo colocados del # de equivalentes del iodo valorados. 2227mol/l De la misma forma se hacen para las demás.0259g.00268 ---------------------.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II Volumen de Na2 S2O3 (al valorar): 14. Repetimos el cálculo para las soluciones originales (C 0) y para todos los filtrados (C) Isotermas de absorción. mediante la expresión: X (C0 C ) P. a) Determine el peso (X) de acetona absorbida en cada solución.3 y 5.MxV Dónde: Co = concentración. Calculo del peso de la acetona presente en la solución sabiendo que 1 eq de iodo reacciona con 9.04 Lx 0.5 x 10-3 L #Eq I2 Rx = 0.05. en el equilibrio. 0. determine la molaridad de la solución. Inicial C = concentración. con carbón y sin carbón.5x10-3 L #Eq I2 Rx = # Eq colocados -#Eq Valorados #Eq I2 Rx = 0.1035 N – 0.67 CH3COCH3 0. Con el peso anterior y el volumen de la solución de acetona valorado. .X g X = 0. con carbón (C) y sin carbón (C 0).00268 De la misma forma se hacen para las demás concentraciones ( 0. M = W acetona/ PF acetona = V (L) 0. 1 EQ I2 --------------------9.4. ver tablas 5.1010 N x 12.08 = 2 x 10-3 0.005).67 g de acetona.02 y 0. De la misma forma se hacen para las demás equivalentes. con carbón y sin carbón.0259/58. 08g/mol = volumen de la solución de acetona. K y n para la ecuación.0021 g = Peso molecular de la acetona = 58.58817 Por lo tanto la ecuación queda de la forma: X n =K C m . los cuales se pueden apreciar en la Tabla 5. Se tiene para la 1º muestra: X Wacetona adsorbida = m Wde carbon activado De la misma forma se halló los gramos de acetona adsorbidos por gramo de carbón para cada muestra .1901 m 1. Los gramos de acetona adsorbidos de las demás muestras fueron hallados de la misma manera. grafique Log(X/m) vs Log C. Para la 1º muestra se tiene: x = (0.1901g. M V X 0. mayor información en la Tabla 5. b) Calculamos el peso absorbido por gramo de absorbente (X/m).2305 K=0.6.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II P.1899) (58.6919 Log (k)= -0. Haciendo uso de regresión calculada en Excel se halla los valores de n Y el log (K) Obteniéndose por comparación n=0. c) Para obtener las constantes.1905 g = =0.5.2227 – 0.08) (100ml) x = 0. 6919 =0.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS X 0.58817 C m Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II VII.2305 y k=0. . DISCUSIÓN DE RESULTADOS VIII.6919.58817 que forman parte de la ecuación de Freundlich. log (k)=-0. CONCLUSIÓN -Se llegó a trazar la isoterma de adsorción y por regresión en Excel se obtuvo los valores de n=0. después de procesos para extracción de los tejidos adiposos de animales y los granos de oleaginosas. no son usados para producir todo el azúcar refinado.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II IX. Entre muchos de ellos cabe mencionar la decoloración del azúcar. Aunque los filtros de hueso son utilizados por algunas de las principales compañías azucareras. (1)Otro proceso industrial en el que la absorción se hace presente es en la refinación de aceites. ¿Qué aplicaciones tiene la adsorción? En la industria son innumerables los procesos en los que la adsorción es fundamental para la culminación de diferentes etapas y eventual realización de muchos productos. La refinación de azúcar consta de un proceso en el que se suele utilizar un filtro de huesos carbonizados o carbón activado el cual decolora el azúcar para hacerlo blanco mediante un proceso de absorción. Las refinerías de azúcar de remolacha nunca usan filtros de huesos en su proceso porque este tipo de azúcar no requiere un procedimiento extensivo de decoloración pero casi todas las refinerías de azúcar de caña requieren el uso de un filtro específico para decolorar el azúcar y absorber los materiales inorgánicos. por medio de prensado o por diferentes solventes se obtiene los .Las grasas y los aceites de uso comercial en alimentos provienen de diferentes fuentes. CUESTIONARIO 1. Este proceso de blanqueado sucede hacia el final del proceso de refinado del azúcar. Como en la adsorción química solo se adsorbe una capa de moléculas sobre la superficie del sólido debido a que las fuerzas químicas decrecen muy rápidamente con la distancia. A veces se utilizan mezclas de tierras y carbón activado (5-10%) para obtener mejores resultados. pigmentos y sustancias que produzcan mal olor y sabor. como reducción de la concentración de oxigeno disuelto en aguas. para la adsorción química que para la adsorción física? De acuerdo con Langmuir sobre la estructura de una superficie sólida un átomo. El aceite decolorado se filtra mediante filtro prensa y la tierra usada se desecha. toxicidad en la vida acuática.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II aceites de consumo pero es necesario someterle a procesos de adsorción para liberarlos de fosfáticos. ¿ Qué diferencia existe entre la quimisorcion y la fisisorcion? Adsorción física o fisisorción: las moléculas del gas se mantienen unidas a la superficie del sólido por medio de fuerzas de Van der Waals (interacciones dipolares. Elevadas concentraciones de nitrógeno en efluentes pueden ocasionar serios problemas ambientales. por lo cual es capaz de sostener por adsorción una capa monomolecular de la sustancia extraña sobre la superficie del cristal. ión ó molécula en la superficie de un cristal tiene una fuerza atractiva que se extiende en el espacio por una distancia comparable al diámetro de una molécula . Este hecho define todas las características propias de la fisisorción: i) es una interacción débil. peligro en la salud pública y disminución del potencial de reutilización del agua residual. utilizando zeolita natural clinoptilolita como agente adsorbente y microorganismos anammóxicos presentes en lodos activados. Por esto se busca bajar la concentración de N-amoniacal del agua residual por medio de u proceso de adsorción y de nitrificación biológica. 3. 2. Las arcillas son tratadas con ácido clorhídrico o sulfúrico diluidas. a altas presiones gas. dispersión y/o inducción). . El aceite neutro y lavado se decolora añadiendo tierras adsorbentes (arcillosa o silícea). ácidos grasos libres.(2)Aunque los procesos anteriormente mencionados son de la industria alimenticia es importante destacar que en la industria ambiental la adsorción cumple un papel importante como lo es en el tratamiento de aguas. ¿Porque es mas confiable la isoterma de absorción de Langmuir. Adsorción química o quimisorción: fue propuesta por Langmuir en 1916. CO2 o N2. Ag. Si en la quimisorción se produce formación y rotura de enlaces podrían esperarse valores de ∆H°ads tanto positivos como negativos (al igual que en las reacciones químicas ordinarias). ii) Las entalpías de quimisorción son mucho mayores que las de fisisorción y del orden de las que se liberan en la formación de enlaces químicos. Sin embargo. Sobre una capa de gas fisisorbida puede adsorberse otra. Cu o Pb. iv) La fisisorción es un proceso no especifico ya que las fuerzas que intervienen no lo son y no existe una selectividad marcada entre adsorbato y adsorbente. ∆H°ads = (100-500) kJ/mol. W. En este caso las moléculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace químico fuerte. el proceso se detiene tras la formación de una monocapa sobre la . 20-40 kJ/mol) son semejantes a las entalpías de condensación de la sustancia adsorbida. la quimisorción es exotérmica normalmente. Por ejemplo el N2 es quimiadsorbido a temperatura ambiente sobre Fe. ∆Hads (aprox. La ∆Hads para la primera capa viene determinada por las fuerzas entre adsorbente (M) y adsorbato (A). La energía liberada es adsorbida en forma de vibración por la red del sólido y ∆H°ads se puede medir por el aumento de temperatura de la muestra. los gases muy polarizables son adsorbidos más fácilmente. iii) La molécula fisisorbida mantiene su identidad ya que la energía es insuficiente para romper el enlace aunque su geometría puede estar distorsionada. La razón es que un proceso espontáneo requiere ∆G0 iii) La quimisorción es específica.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II ii) Es un proceso exotérmico (las fuerzas de van der Waals son atractivas) en el que los calores liberados. v) La fisisorción se produce en multicapas. Este hecho define las características propias de la quimisorción: i) se trata de una interacción más fuerte que la fisisorción. C2H2 y CO pero no H2. iv) Dado que implica la formación de un enlace entre adsorbato y el adsorbente. pero no sobre Ni. mientras que la ∆Hads para las capas siguientes depende de las interacciones A-A y por tanto es similar a la entalpía de condensación. Ca y Ti. En general. Zn. El Au(s) quimisorbe O2. Aunque sólo una capa puede estar quimisorbida puede producirse adsorción física de nuevas capas de adsorbato sobre la primera.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Química e Ingeniería Química Laboratorio de Fisicoquímica II superficie. X. por lo que la molécula quimisorbida no mantiene la misma estructura electrónica (enlaces) que en fase gaseosa. Alberty / Físico Química / 4º Edición.A.Compañía Editorial Continental S.Editorial Universo. Bibliografía Gaston Pons Muzzo / Fisicoquímica / 1ª Edición .377 . la quimisorción implica la rotura y formación de enlaces. 1969 Paginas 469 – 470-471-472-473-474-475. Farrington Daniels -Robert A. v) En general. Paginas 370 .