INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA II n O 5

ITERFASE SOLIDO - LIQUIDO: ADSORCION

1. Objetivos

Experimentar con la adsorción de ácido acético sobre carbón activado.

2. Fundamento teórico

La cantidad de material adsorbida por una cantidad determinada de adsorbente depende de la presión (o de la concentración) de la sustancia que esta siendo adsorbida. Mientras mayor sea la presión o la concentración, mayor será la cantidad adsorbida. Cuando se coloca un adsorbente en contacto con un gas o un solución aumenta la cantidad adsorbida y disminuye la concentración delas moléculas cercanas hasta que la velocidad de desadsorción es igual a la de adsorción y, por lo tanto, se establece un equilibrio. Si se aumente la concentración del gas o de la solución, aumenta la cantidad de sustancia adsorbida hasta que se establece de nuevo el equilibrio.La adsorción se produce sobre una superficie de sólido debido alas fuerzas de atracción que ejercen los átomos y las moléculas que se encuentran en la superficie del sólido. Es importante distinguir el tipo de adsorción.

Tipos de Adsorción

Depende de la intensidad de la interacción entre las moléculas en estado gas o líquido y la superficie del sólido, pudiendo ser del tipo Físico o Químico.

• Pero si solo existe una atracción electrónica entonces es una adsorción física.

• Si la fuerza de atracción es tan grande que ocasiona un intercambio de electrones se trataría entonces de una adsorción química

Las fuerzas que provocan la adsorción física son del mismo tipo que las que causan la condensación de un gas y su paso a la forma liquida, la adsorción física disminuye rápidamente con la presión del gas y con la concentración del soluto. Por otro lado la adsorción química no disminuye tan rápidamente, y no puede ser adsorbido más de un estrato. También, el calor desprendido durante la adsorción química es considerablemente mayor que el adsorbido durante la adsorción física, y se puede considerar que se forma un verdadero compuesto sobre la superficie.

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Gráfica: Interacción de las fuerzas atómicas en la superficie de un sólido

3. Materiales y reactivos Matraces, 6 unidades Pipetas Bureta, 2 unidades de 50ml Embudo, 6 unidades Soporte universal Papel filtro Reactivos

Carbón activado, ácido acético 0.4M, NaOH 0.1M, fenolftalína

4. Procedimiento

Pesar un gramo de carbón activado en cada uno de los 6 matraces.

Agregar la solución de ácido acético indicado en el cuadro. Agitar todos los matraces durante una hora. Después de pasar el tiempo indicado se filtran todas las

soluciones. Se toma un volumen del filtrado como se indica en el cuadro

y se titula con NaOH 0.1M.5. Diseño experimental

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Superficie del sólido

Fase liquida

FuerzaResultante

+++

+

+ + +

++

Centro Activo

6. Datos y resultados

Se corrigió la concentración del ácido acético, valorándolo con el hidróxido preparado.

Va = 5ml Ma = ? Vb = 28ml Mb = 0.10954M

(V.M)base = (V.M)ácido

Ma = 0.6134M

Después de la adsorción se calcula la concentración para el ácido acético en el equilibrio.

Ejemplo para el matraz 1:

Va = 5ml Ma = ? Vb = 26ml Mb = 0.10954M

Ma = 0.5696M

Luego se procede a llenar la tabla

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Tabla:

Matraz ml HAc0.6134M

ml H2OVolumen total

Concentración

(M) mol HAc

ni

Volumen tomado

Gasto NaOH, 0.1M (ml)

ConcentraciónEquilibrio

mol HAcnf

Xni - nf

1 50 - 50 0.6134 0.03067 5 26.0 0.5696 0.02848 0.0022

2 25 25 50 0.3067 0.01534 5 26.1 0.2859 0.01429 1.05 x 10-3

3 15 35 50 0.18402 2.7603 x 10-3 10 35.0 0.1917 9.5848 x 10-3 -

4 7.5 42.5 50 0.09201 4.6005 x 10-3 10 27.5 0.0860 4.3034 x 10-3 2.97 x 10-4

5 4.02 46.0 50 0.04907 2.4535 x 10-3 40 16.8 0.0460 2.3003 x 10-3 1.53 x 10-4

6 2.0 48.0 50 0.02454 1.227 x 10-3 40 8.4 0.023 1.1502 x 10-3 7.68 x 10-5

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7. Actividades

Graficar C/X Vs. C, determinar K y N.

1/N = -86.136 N = -0.0116 mol

1/KN = 303.85 K = -0.2835 lmol-1

Nombrar algunos adsorbentes industriales.

Adsorbentes industriales

Carbón activado Sílica - gel Sílice Alúmina ( y AlO) Bentonita Bauxita Arcillas Sílice - Alúminas Magnesia Tierras diatomea

Asbestos Carburo de silicio Kieselgur Alúmina Alundum Corundum Piedra pómez

Son diversas las funciones que cumple un adsorbente o soporte van desde ser una sustancia totalmente inerte para la reacción y ayudar a incrementar el área superficial de contacto, hasta desempeñar el papel de co-catalizador.

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Uso del carbón activado en la adsorción de metales preciosos.

Para la adsorción de metales preciosos el carbón que se emplea es el carbón vegetal.

Resolver los problemas de Castellan: 18.6, 18.8, 18.9 y 18.10.

18.6 La densidad del ácido esteárico, C17H35COOH, es 0.85 g/cm3. La molécula ocupa un área de 20.5 A2 en una película superficial empaquetada al máximo. Calcular la longitud de la molécula.

Solución

L = V/A

18.8 La adsorción de cloruro de etilo en una muestra de carbón de madera a 0oC y diferentes presiones es

p, cmHg 2 5 10 20 30

m, g 3.0 3.8 4.3 4.7 4.8

Empleando la isoterma de Langmuir, determinar la fracción de superficie cubierta para cada presión.Si el área de la molécula de cloruro de etilo es de 10 A2, ¿Cuál es el área del carbón de madera?Solución

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Isoterma de Langmuir

a)

p, cmHg 2 5 10 20 30

m, g 3.0 3.8 4.3 4.7 4.8

1/p 0.5 0.2 0.1 0.05 0.033

1/m 0.3333 0.2632 0.2326 0.2128 0.2083

0.6042 0.7524 0.8842 0.9385 0.9582

Gráfico

1/b = 0.2031 N = 4.925 g

1/KN = 0.2660 K = 0.7633 mmHg-1

b) = AA/AT AT = AA/AA = área cubierta del carbón de maderaAT = área total del carbón de madera

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mA = b.

18.9 Considerando la deducción de la isoterma de Langmuir sobre la base de una reacción química entre un gas y una superficie, demostrar que si un gas diatómico es adsorbido en forma en forma atómica en la superficie, entonces: = K1/2p1/2/(1 + K1/2p1/2)

Solución

El proceso de adsorción se describe por medio de una ecuación química, así tendremos que:

A2 (g) + 2B = 2AB

xAB = fracción molar de sitios ocupados en la superficie.xB = fracción molar de sitios libres en la superficie.p = presión del gas .

Como: = xAB y (1 - ) = xB

Despejando , se demuestra:

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18.10 Una emulsión de tolueno en agua se prepara vertiendo una solución alcohólica de tolueno en agua. El alcohol se difunde en el agua y deja el tolueno en gotas divididas finamente. Si en 10g de agua se vierte 10g de una solución que contiene 15% de etanol y 85% de tolueno en su peso, se forma una emulsión espontáneamente. La tensión interfacial entre las gotitas suspendidas del tolueno y la mezcla del alcohol - agua es de 36 dinas/cm; el diámetro promedio de las gotitas es de 10-4cm y la densidad del tolueno es de 0.87g/cm3. Calcular el aumento de energía libre asociado con la formación de las gotitas. Comparar este aumento con la energía libre de la mezcla alcohol y agua a 25ºC.

Solución

El aumento de energía libre asociada con la formación de cada gota es de acuerdo con la ecuación:

G/S =.A = . 4 r2

El volumen de tolueno en la mezcla es :

El numero de gotas será:

Vt = volumen total de toluenoVe = volumen de cada gota

Entonces

N = numero total de moles xi = fracción molar de cada componente

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Entonces se concluye que el cambio de energía libre de la mezcla es apreciablemente mayor a comparación de la energía libre asociada a la formación de las gotitas.

8. Conclusiones

Se puede observar que se absorbe la mayor cantidad de material en el primer matraz, el cual tiene la mayor concentración de ácido acético, entonces se concluye que ha mayor concentración, mayor será la cantidad absorbida.

Se ajusto los datos obtenidos experimentalmente en el laboratorio con la isoterma de Langmuir, obteniendo los valores de N y K para este caso, por lo tanto la expresión de la isoterma es.

9. Bibliografía

Fisicoquímica --------------------- Autor: Daniels y Aberty

Pag: 682 - 688 Fisicoquímica --------------------- Autor: G. W.

Castellan Pag: 452 - 455

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