RESUMEN

RESUMEN

El objetivo de este informe es mostrar el procedimiento que debe seguirse para trazar la isoterma de adsorcin de acetona con carbn activado a partir de soluciones acuosas as como obtener la constante para la isoterma de Freundlich.

Las condiciones de laboratorio para la prctica fueron: una presin de 756mmHg, una temperatura de 200C y un porcentaje de humedad del 83%.

Se preparan diferentes diluciones de acetona y una solucin de almidn, luego, se valora con el tiosulfato de sodio en medio cido, una solucin de yodo preparada previamente, cuando se obtiene un color amarillo pajizo, se aade almidn y se continua valorando hasta que el color cambie de azul a incoloro. Para la valoracin de las diluciones de acetona, se mide un volumen de la solucin y agua destilada para cada caso, luego se le agrega NaOH y la solucin de yodo valorada anteriormente, se agita vigorosamente y se deje reposar 10 minutos, terminado este tiempo, se adiciona cido sulfrico y se valora, cuando el color de la solucin sea amarillo pajizo se aade un volumen pequeo de almidn y se sigue valorando hasta que la solucin sea amarillo claro.

Acabado esto, se agrega un peso determinado de carbn activado en cada caso, se agita, se deja reposar y luego se filtra, descartando por precaucin los primeros 10ml iniciales del filtrado, luego, el filtrado restante, se valora de la misma manera que las diluciones de acetona anteriores.

Al realizar nuestros clculos obtenemos los gramos de acetona adsorbidos por el carbn activado, as como se obtendr la ecuacin de Freundlich, al graficar (X/m) vs. C,

Finalmente se observa que ha mayor concentracin de la acetona el carbn activado adsorbe en mayor proporcin.

PRINCIPIOS TERICOS

El carbn vegetal es particularmente eficaz como agente adsorbente, ya que tiene una estructura muy porosa y con gran superficie expuesta puede tomar volmenes considerables de diversos gases.

El carbn vegetal se puede activar calentando entre 350 0C y 10000C al vaci o en aire, vapor y algunos otros gases hasta un punto en que la adsorcin de tetracloruro de carbono a 240C se puede elevar desde 0.011g por gramo de carbn hasta 1.48g. La activacin consiste aparentemente en una separacin de impurezas hidrocarbnicas por destilacin de un carbn vegetal o animal, y ocasiona as la exposicin de una mayor superficie para la posible adsorcin.

Adsorcin en slidos:

Is agitamos un slido dividido finamente en una solucin diluida de un colorante, observamos que disminuye la intensidad del color en la solucin. Is ponemos un slido dividido finamente dividido en contacto con un gas a baja presin, la presin disminuye considerablemente. En ambos casos el gas o el colorante son adsorbidos en la superficie. La magnitud del efecto depende de la temperatura, la naturaleza de la sustancia adsorbida (el adsorbato), la naturaleza y el estado de subdivisin del adsorbente (el slido dividido finamente) y la concentracin del colorante o la presin del gas.

La isoterma de Freundlich fue una de las primeras ecuaciones propuestas para relacionar la cantidad adsorbida con la concentracin del material en solucin: m = kc1/n, donde m es el nmero de gramos adsorbidos por gramo por gramo de adsorbente, c es la concentracin y k y n son constantes. Midiendo m como funcin de c y representando grficamente log10 m contra log10 c, es posible hallar los valores de n y k a partir de la pendiente y la interseccin de la lnea. La isoterma de Freundlich falla si es muy alta la concentracin (o presin) del adsorbato.

INTRODUCCIN

La adsorcin es la unin de los tomos, iones o molculas de un gas o de un lquido (adsorbato) a la superficie de un slido o lquido (adsorbente). En los slidos porosos o finamente divididos la adsorcin es mayor debido al aumento de la superficie expuesta. De forma similar, la superficie adsorbente de una cantidad de lquido se incrementa si el lquido est dividido en gotas finas. En algunos casos, los tomos del adsorbato comparten electrones con los tomos de la superficie adsorbente, formando una capa fina de compuesto qumico. La adsorcin es tambin una parte importante de la catlisis y otros procesos qumicos. En la absorcin, las molculas de la sustancia adsorbida penetran en todo el volumen del slido o lquido adsorbente

La adsorcin encuentra numerosas aplicaciones tanto en los laboratorios de investigacin como en la industria, por ejemplo, en una de las fases de los principales mtodos de tratamiento de aguas residuales urbanas se emplean mtodos biolgicos avanzados para la eliminacin del nitrgeno, y mtodos fsicos y qumicos, tales como la filtracin granular y la adsorcin por carbn activado.

TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS

Valoracin de las Soluciones:

Valoracin de la solucin de yodo con Na2S2O3 0.1039 N

Tabla N0 1

Normalidad Na2S2O30.1039eq/L

Volumen de I210.0 ml

Volumen gastado de Na2S2O3 10.4 ml

Normalidad de I20.108 eq/L

Valoracin de las soluciones de acetona:

Tabla N0 2

Sol.

N0M

(mol/L)Vol. Acetona(L)Vol. de agua(L)Vol. Yodo

(L)Vol. Na2S2O3 (L)

10.2000.0020.0080.040.0167

20.0500.010.000.040.0108

30.0200.010.000.020.0078

40.0050.010.000.0050.0020

Adsorcin de acetona con carbn activado:

Tabla N0 3

Sol.

N 0W carbn (g)M

(mol/L)Vol. Acet.(L)Vol. de agua(L)Vol. Yodo

(L)Vol.

Na2S2O3 (L)

11.00700.2000.0020.0080.040.0194

21.00250.0500.0100.040.0155

31.00200.0200.0100.020.0109

41.00400.0050.0100.0050.0030

Resultados Experimentales:

Valoracin de las Soluciones:

Valoracin de la solucin de yodo (0.1N):

Tabla N0 4

SustanciaN (eq/L)

Yodo0.108

Nmero de equivalentes de yodo que reaccionan antes y despus de agregar el carbn activado.

Tabla N0 5

Sol.

N 0Eq.Yodo RX

(antes) Eq.Yodo RX

(despus)

10.00250.0022

20.00320.0026

30.00130.0010

40.00030.0002

Peso de acetona antes y despus de la adicin del carbn activado.

Tabla N0 6

Sol. N 0 W (Acetona)(g)

(antes)W (Acetona)(g)

(despus)

10.02420.0213

20.03090.0309

30.01260.0126

40.00290.0029

Concentracin de acetona antes y despus de agregar el carbn activado.

Tabla N7

Sol.

N 0C0

(mol/l)C(mol/l)

10.20860.1836

20.05330.0433

30.02170.0167

40.00500.0034

Peso de acetona adsorbida desde cada solucin X

Tabla N 8

Sol.

N 0X (g) Peso Acetona Adsorbido

10.1450

20.0580

30.0290

40.0128

Peso de acetona adsorbida por gramo de adsorbente (X/m)

Tabla N 9

Sol. N 0X/m

10.1440

20.0579

30.0289

40.0127

..........

CLCULOS

Concentracin de soluciones:

Clculo de la concentracin de la solucin de yodo a partir de la valoracin con tiosulfato.

N(I2) = (N(Na2S2O3) x V(Na2S2O3))/V(I2)

N(I2) = (0.1039N x 0.0104L)/0.01L

N(I2) = 0.108N

Soluciones de acetona:

Clculo del nmero de equivalentes de yodo que reaccionan con la acetona.

Calculando los #equivalentes de yodo que reacciona antes de agregar el carbn activado:

Se sabe:

Para la solucin 1:

#eq I2(reaccionan) = #eq I2(original) #eq I2(exceso)

#eq I2(reaccionan) = N(I2) x V(I2) N(Na2S2O3) x V(Na2S2O3)

#eq I2(reaccionan) = 0.108N x 0.040L 0.1039N x 0.0167L

#eq I2(reaccionan) = 0.0025eq I2Se realiza la misma operacin para las dems soluciones, haciendo uso de los datos de la tabla # 2, y se obtienen los resultados de la tabla N5.

Calculando los #equivalentes de yodo que reacciona luego de colocar el carbn activado:

Se sabe:

Para la solucin 1:

#eq I2(reaccionan) = #eq I2(original) #eq I2(exceso)

#eq I2(reaccionan) = N(I2) x V(I2) N(Na2S2O3) x V(Na2S2O3)

#eq I2(reaccionan) = 0.108N x 0.040L 0.1039N x 0.0194L

#eq I2(reaccionan) = 0.0022eq I2Se realiza la misma operacin para las dems soluciones, utilizando los datos de la tabla # 3, y se obtienen los valores de la tabla N5.

Clculo el peso de acetona presente en la solucin, sabiendo que 1 eq. de yodo reacciona con 9.67g de acetona.

Calculando el peso de acetona antes de colocar el carbn activado:

Se sabe:

Para la solucin 1:

W(acetona) = (#eq(I2) x 9.67g(acetona))/1eq(I2)

W(acetona) = (0.0025eq x 9.67g(acetona))/1eq(I2)

W(acetona) = 0.0242g.

Se realiza la misma operacin para las dems soluciones utilizando los resultados obtenidos anteriormente, obtenindose los valores de la tabla N 6.

Calculando el peso de acetona despus de colocar el carbn activado:

Se sabe:

Para la solucin 1:

W(acetona) = (#eq(I2) x 9.67g(acetona))/1eq(I2)

W(acetona) = (0.0022eq x 9.67g.(acetona))/1eq(I2)

W(acetona) = 0.0213

Se realiza la misma operacin para las dems soluciones, haciendo uso de los resultados obtenidos anteriormente, y se obtienen los valores de la tabla N6.

Con el peso anterior y el volumen de solucin de acetona valorada, se determina la molaridad de la solucin.Calculando la concentracin de acetona antes de colocar el carbn activado:

Se sabe:

Para la solucin 1:

M(acetona) = moles/V

M(acetona) = W(acetona)/ (PM(acetona) x V)

M(acetona) = 0.0242g./(58g/mol x 0.002)

M(acetona) = 0.209 mol/L

Se realiza la misma operacin para las dems soluciones, usando los datos de la tabla N0 2 obtenindoselos valores de la tabla N7

Calculando concentracin de la acetona despus de colocar el carbn activado:

Se sabe:

Para la solucin 1:

M(acetona) = moles/V

M(acetona) = W(acetona)/ (PM(acetona) x V)

M(acetona) = 0.0213g/ (58g/mol x 0.002L)

M(acetona) = 0.1836mol/L

Se realiza la misma operacin para las dems soluciones, haciendo uso de los resultados obtenidos anteriormente y los datos de la tabla N 0 2, obtenindose valores de la tabla N 7.

Concentracin de soluciones:

Determinacin del peso de acetona adsorbida desde cada solucin (X).

Para la solucin 1:

X = (C0 C) x PM(acetona) x V (acetona)

X = (0.2090 0.1836)mol/L x 58g/mol x 0.1L

X = 0.1473g.

Realizando la misma operacin para las dems soluciones se tiene los resultados de la tabla N 8.

Clculo del peso adsorbido por gramo de adsorbente (X/m).

Para la solucin 1, haciendo uso de los datos de la tabla N0 3:

X/m = (Peso de acetona adsorbida)/ (Peso de carbn activado)

X/m = 0.1473g./1.0070g.

X/m = 0.1463

Los dems valores de X/m se obtienen de la misma manera (Tabla N9)

Para el trazado de la isoterma de adsorcin de Freundlich (x/m) vs. C.

Datos a graficar:

X/mC (mol/L)

0.14400.1836

0.05790.0433

0.02890.0167

0.01270.0034

Se grafica log (X/m) vs. log C. Para la obtencin de las constantes es K y n de la ecuacin.

log (X/m)log C

-0.8416-0.7361

-1.2373-1.3635

-1.5391-1.7773

-1.8962-2.4685

............

ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

Las constantes de la ecuacin de Freundlich se obtienen al graficar log (X/m) vs. Log C, el valor de la interseccin de la recta con el eje Y viene a ser log de K, siendo -log K = -0.3800, la pendiente de la recta da como resultado el valor de la constante m = n = 0.609; obtenindose finalmente la ecuacin de Freundlich.

En el transcurso de la prctica, se observa que la adsorcin de acetona con carbn activado es muy rpida, debindose esto a que las cetonas son poco polares, y el carbn es un compuesto polar, es decir, hay afinidad entre ellos y por esto la adsorcin se realiza de rpidamente.

Los posibles errores pueden haber ocurrido durante las valoraciones, ya sea al no notar el preciso momento del viraje o tambin, al dejar destapados los erlenmeyers al momento de preparar las diluciones o al momento de valorarlas.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se observa que la adsorcin de la acetona con carbn activado es directamente proporcional a la concentracin de las diluciones de acetona, (a mayor concentracin de la solucin de acetona, el carbn adsorbe ms cantidad de esta.

La variacin del grado de adsorcin con la concentracin de soluto se encuentra establecido por la ecuacin de Freundlich.

Se recomienda realizar las valoraciones con mucho cuidado, ya que los resultados dependen mucho de estos valores.

Es recomendable mantener los erlenmeyers tapados en el transcurso de la experiencia para evitar evaporaciones.

BIBLIOGRAFA

1.Maron S. Lando. ,Fundamentos de Fisicoqumica, 1era ed., Ed. Limusa, Mexico, 1978. (Pginas 840-841, 833-834)

2. Farrington Daniels, Curso de Fisicoqumica experimental, Ed. McGraw-Hill. Mxico. (Pginas: 368-371)

3. Diccionario de Qumica.

CUESTIONARIO

1. Desde el punto de vista del fenmeno de adsorcin, explique el tratamiento de agua con resinas sintticas.

Las resinas sintticas preparadas mediante la condensacin de aminas aromticas con formaldehido exhiben intercambio aninico o adsorbente cido, propiedades que se ilustran en la siguiente ecuacin.

RX + HCl RX.HCl

En donde RX representa la resina de intercambio aninico. La capacidad de una resina va desde 4 a 9 mequiv. De cido por gramo de resina seca. En este caso se consigue la regeneracin tratando de resina agotada con una solucin de carbonato de sodio.

RX.HCl + Na2CO3 NaCl + NaHCO3 + RX

Pasando agua sucesivamente por columnas de resinas de intercambio bsico (forma de hidrgeno) y cido, se puede obtener agua desionizada de calidad comparable con el agua destilada.

La cantidad de soluto adsorbido por una cantidad dada de adsorbente aumenta con la concentracin de la solucin. En algunos casos la capa de molculas adsorbidas slo tiene una molcula de profundidad y la adsorcin adicional cesa cuando se cubre la superficie del retculo cristalino.

Para el procedimiento, la solucin de carbonato se decanta y la resina se enjuaga con tres porciones de agua destilada, dejando que la resina se sedimente antes de cada decantacin. La prdida de partculas finas durante la decantacin no es seria.

Luego se recoge la resina sobre un filtro y se prensa para remover el exceso de humedad. Se pesan hasta 10mg doce muestras de resina hmeda con aproximadamente 2g de peso. Dos muestras adicionales de la resina, pesadas al mismo tiempo, se colocan en el horno y se secan a 110C hasta peso constante. En los clculos, la adsorcin x/m se calcula sobre la base de resina seca.

Se preparan soluciones de cido actico de diferentes concentraciones, tomando este cido 1N con bureta y diluyendo hasta 100ml con agua; 50, 25, 10, 5, 2 y 1ml se diluyen con agua destilada hasta 100ml. Cada solucin se pasa a un matraz erlenmeyer de 250ml y se aaden 2g de resina intercambiadora hmeda a cada matraz. Las soluciones se colocan en duplicado. Las soluciones se agitan y dejan reposar una noche o ms. Is la temperatura ambiente es regularmente constante es innecesario un termostato.

Despus que se ha conseguido el equilibrio y la resina se ha sedimentado, se toma con pipeta un volumen apropiado (5 o 25ml, dependiendo de la concentracin) de la solucin sobrenadante clara de cada matraz y se titula con NaOH 0.1N. El experimento se puede repetir con cido oxlico en lugar de actico. Despus de completarse el experimento, la resina se regenera por la adicin de 10ml de 8% en peso de carbonato de sodio por gramo de resina.

2. En reacciones qumicas en fase heterognea, explique el efecto de la superficie slida.

Al comparar las energas de activacin de las reacciones gaseosas en las superficies slidas con las mismas, verificndose homogneamente, se observa que casi invariablemente que las primeras son menores que las segundas. En consecuencia, la presencia de catalizadores conduce a la disminucin de la energa de activacin de una reaccin dada. Con esta barrera de energa ms baja pueden entrar las molculas en reaccin con mayor facilidad que en el caso de que procedan homogneamente. Esta disminucin de la energa de activacin se explica por el cambio de mecanismo producido por la presencia y participacin de la superficie slida en la secuencia de la reaccin.

3. Indique los adsorbentes industriales ms importantes, con algunas de sus aplicaciones.

Los adsorbentes industriales ms importantes son la almina, el carbn activo o activado, y el gel de slice, estos dos ltimos pueden adsorber grandes cantidades de otras materias.

Los usos ms comunes del carbn activado, son: el carbn de huesos y algunos de lignito y madera sirven para adsorber el color, olor y otras impurezas del aire, gas o de soluciones. Los carbones de maderas pesadas se emplean para recuperar disolventes. Solo los carbones vegetales de mucha densidad y estructura compacta, preparados especialmente para este fin, pueden usarse para mscaras anti gas o adsorcin de vapores txicos.

La almina activada, sustancia no txica, qumicamente inerte y de gran importancia comercial, es til para secar eficazmente vapores y gases, tambin seca lquidos de sistemas de refrigeracin. Una torre de almina activada es muy til para eliminar vapores de aceite de los gases comerciales, O2, H2 y CO2, gas natural, etc., en el tratamiento de metales, se utilizan torres de almina activada para secar las atmsferas de los hornos. En ciertas operaciones qumicas, se utiliza la almina para mantener la humedad constante y para la manipulacin de productos delicuescentes. Tambin se usa como deshidratante en los tanques de almacenaje de lquidos como medio inerte portador del catalizador para eliminar fluoruros del agua potable y tambin en cromatografa.

La slica gel es un producto de gran capacidad de adsorcin de la humedad. Se regenera por calefaccin

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