INFORME 4

INTRODUCCIN

INTRODUCCIN

En el presente informe se presenta la Adsorcin del Acido Actico (solucin acuosa) sobre la superficie del Carbn Activado (soluto), ante lo estudiado en aula y reforzados por ejercicios, nosotros procedimos a experimentar en el laboratorio con accesoria del profesor del curso.

En el presente informe se detalla los procedimientos hechos en el laboratorio, clculos y resultados finales de la prctica en el orden que la gua de laboratorio indica.

El Grupo.

FUNDAMENTO TERICO

La absorcin es un fenmeno de superficie por el cual el material adsorbido se adhiere a la superficie del adsorbente debido a la existencia de fuerzas superficiales no compensadas.

El tipo de interaccin entre la molcula adsorbida y la superficie del slido tiene un amplio campo de variacin desde las fuerzas dbiles no polares de V.D.W de intenso enlace qumico.

Las primeras se presentan en cualquier sistema o temperatura baja o moderada, la absorcin resultante de estas fuerzas recibe el nombre de absorcin fsica y esta relacionada con calores de absorcin bajos (menores de 10 kcal/mol).

Las fuerzas de enlace qumico dan lugar a la adsorcin qumica o quimisorcin

Que es de naturaleza altamente especfica y depende de las propiedades qumicas del adsorbente y de la sustancia adsorbida. Esta absorcin se caracteriza por su alto calor de absorcin (10 y 100 Kcal/mol).

La cantidad de gas o de soluto adsorbido por un slido depende del rea especifica de este, de la concentracin en el equilibrio, de la naturaleza de las molculas implicadas y de la temperatura. La absorcin entre la cantidad de sustancia adsorbida por gramo de adsorbente y la presin o concentracin de equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de absorcin.

El estudio de la absorcin de numeroso sistemas indica que en muchos casos es aplicable la ecuacin emprica siguiente llamado isoterma de Freundlich.

= K C b

Donde:

X = masa en gramos de soluto adsorbido.

M = masa en gramos del adsorbente.

C = Concentracin del soluto en el equilibrio.

K y b = constantes caractersticos del adsorbente y del soluto a una temperatura dada.

Tomando logaritmos a la ecuacin se tiene:

Log

m

X

= b log C + log K

Graficando log X/m vs log C, se obtiene una lnea recta a partir de la cual pueden hallarse las constantes K y b.

Adsorcin con carbn activo

La adsorcin es un proceso donde un slido se utiliza para eliminar una sustancia soluble del agua. En este proceso el carbn activo es el slido. El carbn activo se produce especficamente para alcanzar una superficie interna muy grande (entre 500 - 1500 m 2 /g). Esta superficie interna grande hace que el carbn tenga una adsorcin ideal. El carbn activo viene en dos variaciones: Carbn activado en polvo (PAC) y carbn activado granular (GAC). La versin de GAC se utiliza sobre todo en el tratamiento de aguas, puede fijar las siguientes sustancias solubles por adsorcin:

Adsorcin de sustancias no polares como:

Aceite mineral

BTEX

Poli-hidrocarburos aromticos (PACs)

(Cloruro) Fenol

Adsorcin de sustancias halogenadas: I, Br, Cl, H y F

Olor

Sabor

Levaduras

Varios productos de fermentacin

Sustancias no polares (no solubles en agua)

m

X

El carbn activo se usa por ejemplo en los siguientes procesos:

Depuracin de agua subterrnea

Decloracin del agua

Depuracin de aguas para piscinas

Refinamiento de las aguas residuales tratadas

Descripcin del proceso:

El agua es bombeada dentro de una columna que contiene el carbn activo, este agua deja la columna a travs de un sistema de drenaje. La actividad del carbn activo de la columna depende de la temperatura y de la naturaleza de las sustancias. El agua pasa a travs de la columna constantemente, con lo que produce una acumulacin de sustancias en el filtro. Por esa razn el filtro necesita ser sustituido peridicamente. Un filtro usado se puede regenerar de diversas maneras, el carbn granular puede ser regenerado fcilmente oxidando la materia orgnica. La eficacia del carbn activo disminuye en un 5-10% tras cada regeneracin (1). Una parte pequea del carbn activo se destruye durante el proceso de la regeneracin y debe ser sustituida. Si usted trabaja con diversas columnas en serie, puede estar seguro de que no tendr un agotamiento total de su sistema de purificacin.

Descripcin de la adsorcin:

Las molculas en fase de gas o de lquido sern unidas fsicamente a una superficie, en este caso la superficie es de carbn activo. El proceso de la adsorcin ocurre en tres pasos:

Macro transporte: Movimiento del material orgnico a travs del sistema de macro-poros del carbn activo (macro-poros > 50nm)

Micro transporte: Movimiento del material orgnico a travs del sistema de micro-poros del carbn activo (microporo < 2nm; meso-poro 2-50nm)

Absorcin: Adhesin fsica del material orgnico a la superficie del carbn activo en los meso-poros y micro-poros del carbn activo

El nivel de actividad de la adsorcin depende de la concentracin de la sustancia en el agua, la temperatura y la polaridad de la sustancia. Una sustancia polar (= soluble en agua) no puede ser eliminada o es malamente eliminada por el carbn activo, una sustancia no polar puede ser totalmente eliminada por el carbn activo. Cada clase de carbn tiene su propia isoterma de adsorcin (vase la figura 1) y en el campo del tratamiento de aguas esta isoterma viene definida por la funcin de Freundlich.

Funcin de Freundlich:

x/m = sustancia adsorbida por gramo de carbn activoCe = diferencia de concentracin (entre antes y despus)Kf, n = constantes especficas

La segunda curva del carbn activo (figura 2) muestra el agotamiento del filtro. Normalmente nosotros colocamos las unidades depuradoras-UV despus de la columna de carbn activo.

Cul es la diferencia entre adsorcin y absorcin?

Cuando una sustancia se adhiere a una superficie se habla de adsorcin, es este caso, la sustancia se adhiere a la superficie interna del carbn activo. Cuando la sustancia es absorbida en un medio diferente esto es llamado absorcin. Cuando un gas es atrado dentro de una solucin se habla de absorcin.

Figura 1 :se ve la adsorcin isotrmica especfica para el carbn activo. En el eje horizontal se encuentra la concentracin, y en el eje vertical la cantidad necesaria de carbn. Usted puede utilizar este tipo de grficos para optimizar su columna.

Figura 2: nos muestra el agotamiento durante el uso de su columna. En el punto C3 la columna empieza a romper en el punto mas bajo y cerca del punto C4 su columna ya no purifica. Entre el punto C3 y C4 usted necesita regenerar la columna.

Factores que influyen en la adsorcin de compuestos presentes en el agua:

El tipo de compuesto que desee ser eliminado. Los compuestos con elevado peso molecular y baja solubilidad se absorben ms fcilmente.

La concentracin del compuesto que desea ser eliminado. Cuanto ms alta sea la concentracin, ms carbn se necesitar.

Presencia de otros compuestos orgnicos que competirn con otros compuestos por los lugares de adsorcin disponibles.

El pH del agua. Por ejemplo, los compuestos cidos se eliminan ms fcilmente a pHs bajos.

Segn esto podemos clasificar algunos compuestos segn su probabilidad de ser eficazmente adsorbidos por el carbn activo en el agua:

1.- Compuestos con muy alta probabilidad de ser eliminados por el carbn activo:

2,4-D

Deisopropiltatracina

Linuron

Alacloro

Desetilatracina

Malation

Aldrin

Demeton-O

MCPA

Antraceno

Di-n-butilftalato

Mecoprop

Atracina

1,2-Diclorobenceno

Metazaclor

Azinfos-etil

1,3-Diclorobenceno

2-Metil bencenamina

Bentazona

1,4-Diclorobenceno

Metil naftaleno

Bifenil

2,4-Diclorocresol

2-Metilbutano

2,2-Bipiridina

2,5-Diclorofenol

Monuron

Bis(2-Etilhexil) Ftalato

3,6-Diclorofenol

Naftaleno

Bromacil

2,4-Diclorofenoxi

Nitrobenceno

Bromodiclorometano

Dieldrin

m-Nitrofenol

p-Bromofenol

Dietilftalato

o-Nitrofenol

Butilbenceno

2,4-Dinitrocresol

p-Nitrofenol

Hipoclorito de calcio

2,4-Dinitrotolueno

Ozono

Carbofurano

2,6-Dinitrotolueno

Paration

Cloro

Diuron

Pentaclorofenol

Dixido de cloro

Endosulfan

Propacina

Clorobenceno

Endrin

Simacina

4-Cloro-2-nitrotolueno

Etilbenceno

Terbutrin

2-Clorofenol

Hezaclorobenceno

Tetracloroetileno

Clorotolueno

Hezaclorobutadieno

Triclopir

Criseno

Hexano

1,3,5-Trimetilbenceno

m-Cresol

Isodrin

m-Xileno

Cinacina

Isooctano

o-Xileno

Ciclohexano

Isoproturon

p-Xileno

2.- Compuestos con alta probabilidad de ser eliminados por el carbn activo:

Anilina

Dibromo-3-cloropropano

1-Pentanol

Benceno

Dibromoclorometano

Fenol

Alcohol benclico

1,1-Dicloroetileno

Fenilalanina

cido benzoico

cis-1,2- Dicloroetileno

cido o-ftlico

Bis(2-cloroetil) ter

trans-1,2- Dicloroetileno

Estireno

Bromodiclorometano

1,2-Dicloropropano

1,1,2,2-Tetracloroetano

Bromoformo

Etileno

Tolueno

Tetracloruro de carbono

Hidroquinona

1,1,1-Tricloroetano

1-Cloropropano

Metil Isobutil Ketona

Tricloroetileno

Clorotoluron

4-Metilbencenamina

Acetato de vinilo

3.- Compuestos con probabilidad moderada de ser eliminados por el carbn activo*:

cido actico

Dimetoato

Metionina

Acrilamida

Etil acetato

Metil-tert-butil ter

Cloroetano

Etil ter

Meti etil ketona

Cloroformo

Fren 11

Piridina

1,1-Dicloroetano

Fren 113

1,1,2-Tricloroetano

1,2-Dicloroetano

Fren 12

Cloruro de vinilo

1,3-Dicloropropeno

Glifosato

Dikegulac

Imazipur

*(Para estos compuestos el carbn activo es una tecnologa efectiva solo en ciertos casos).

4.- Compuestos para cuya eliminacin no es probable que el carbn activo sea efectivo. Sin embargo s lo es en ciertos casos en los que el flujo o la concentracin del compuesto son muy bajos:

Acetona

Cloruro de metileno

Acetonitrilo

1-Propanol

Acrilonitrilo

Propionitrilo

Dimetilformaldehido

Propileno

1,4-Dioxano

Tetrahidrofurano

Isopropil alcohol

Urea

Cloruro de metilo

Factores que influyen en la adsorcin de compuestos presentes en el aire:

El tipo de compuesto que desea ser eliminado: En general los compuestos de alto peso molecular, baja presinde vapor/alto punto de ebullicin y alto ndice de refraccin son mejor adsorbidos.

La concentracin: Cuanto mayor sea la concentracin, mayor ser el consumo de carbn.

La temperatura: Cuanto ms baja sea la temperatura, mejor ser la capacidad de adsorcin.

Presin: Cuanto mayor sea la presin, mayor ser la capacidad de adsorcin.

Humedad: Cuanto ms baja sea la humedad, mayor ser la capacidad de adsorcin.

DETALLES EXPERIMENTALES:

MATERIALES Y REACTIVOS:

Erlenmeyer de 250 ml.

Vasos de precipitacin de 250 ml.

Esptula.

Porta embudos.

Buretas de 50 y 10 ml.

Pipetas de 5, 10, 25 y 50 ml.

Fiolas de 250 ml.

Termostato.

Carbn activado.

cido actico glacial.

Hidrxido de sodio 0.1 M.

Fenolftalena.

PARTE EXPERIMENTAL:

Lavar y secar 7 matraces erlenmeyer de 250 ml y enumralos.

Colocar en 6 de ellos, aproximadamente 1 gramo de carbn activado (pesado exactamente al mg).

Agregar a cada matraz 100 ml de solucin de cido actico de cada una de las concentraciones siguientes: 0.15M, 0.12M, 0.09M, 0.06M, 0.03M y 0.015M

Al sptimo matraz que no tiene carbn activado se le agrega 100 ml de cido actico 0.03M (esta solucin sirve como testigo).

Tapar lo matraces y agitarlos peridicamente dentro de 30 min.

Dejarlos luego en el bao a temperatura constante por dos horas.

Filtrar las soluciones con papel filtro fino.

Desechar los 10 primeros ml, como medida de precaucin por la absorcin del cido por el papel filtro.

Valorar porciones de 20 ml con solucin de NaOH 0.1M empleando fenolftaleina como indicador.

Completar los datos del cuadro siguiente.

CALCULOS Y RESULTADOS

Volumen del matraz #1:V1= 25ml = 0.025Lt

Volumen del matraz #2:V2= 19.3ml = 0.0193Lt





Volumen del matraz #7:V7= 6ml = 0.006Lt

Para el matraz #1:

COOH

CH

COOH

CH

COOH

CH

PE

W

g

Eq

3

3

3

#

=

-

00250

.

0

)

025

.

0

(

1

.

0

3

=

-

Lt

Lt

g

Eq

COOH

CH

q

COOH

CH

COOH

CH

M

PE

3

3

_

=

, pero

1

=

q

60

3

=

COOH

CH

PE

g

W

COOH

CH

1500

.

0

3

=

Para el matraz #2:

COOH

CH

COOH

CH

COOH

CH

PE

W

g

Eq

3

3

3

#

=

-

00193

.

0

)

0193

.

0

(

1

.

0

3

=

-

Lt

Lt

g

Eq

COOH

CH

q

COOH

CH

COOH

CH

M

PE

3

3

_

=

, pero

1

=

q

60

3

=

COOH

CH

PE

g

W

COOH

CH

1158

.

0

3

=

Para el matraz #3:

COOH

CH

COOH

CH

COOH

CH

PE

W

g

Eq

3

3

3

#

=

-

00142

.

0

)

0.0142

(

1

.

0

3

=

-

Lt

Lt

g

Eq

COOH

CH

q

COOH

CH

COOH

CH

M

PE

3

3

_

=

, pero

1

=

q

60

3

=

COOH

CH

PE

g

W

COOH

CH

0852

.

0

3

=

Para el matraz #4:

COOH

CH

COOH

CH

COOH

CH

PE

W

g

Eq

3

3

3

#

=

-

00092

.

0

)

0.0092

(

1

.

0

3

=

-

Lt

Lt

g

Eq

COOH

CH

q

COOH

CH

COOH

CH

M

PE

3

3

_

=

, pero

1

=

q

60

3

=

COOH

CH

PE

g

W

COOH

CH

0562

.

0

3

=

Para el matraz #5:

COOH

CH

COOH

CH

COOH

CH

PE

W

g

Eq

3

3

3

#

=

-

00037

.

0

)

0.0037

(

1

.

0

3

=

-

Lt

Lt

g

Eq

COOH

CH

q

COOH

CH

COOH

CH

M

PE

3

3

_

=

, pero

1

=

q

60

3

=

COOH

CH

PE

g

W

COOH

CH

0222

.

0

3

=

Para el matraz #6:

COOH

CH

COOH

CH

COOH

CH

PE

W

g

Eq

3

3

3

#

=

-

00012

.

0

)

0.0012

(

1

.

0

3

=

-

Lt

Lt

g

Eq

COOH

CH

q

COOH

CH

COOH

CH

M

PE

3

3

_

=

, pero

1

=

q

60

3

=

COOH

CH

PE

g

W

COOH

CH

0072

.

0

3

=

Para el matraz #7:

COOH

CH

COOH

CH

COOH

CH

PE

W

g

Eq

3

3

3

#

=

-

00060

.

0

)

0.006

(

1

.

0

3

=

-

Lt

Lt

g

Eq

COOH

CH

q

COOH

CH

COOH

CH

M

PE

3

3

_

=

, pero

1

=

q

60

3

=

COOH

CH

PE

g

W

COOH

CH

0360

.

0

3

=

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones:

Al preparar la solucin acuosa sobre la superficie slida en el matraz #1, se observo que la concentracin en equilibrio haba disminuido con respecto a la concentracin inicial

Lo mismo ocurri con los matraces #2, #3, #4,#5, y #6.

El volumen de titulacin iba disminuyendo al titular matraz po matraz en orden. .

Recomendaciones:

Realizar el experimento tal como dice en la gua para poder observar que solucin contiene mayor precipitacin.

Al colocar una solucin en el matraza, enjuagarlo antes de realizar el experimento, para no alterar los resultados de la misma.

CUESTOINARIO

Resumiendo tenemos:

Matraz N

Peso del carbn activado (m)

Concentracin inicial de HA (M)

Concentracin en equilibrio de HA (M) (C)

Gramos de Hac Absorbidos (X)

m

X

m

X

Log

LogC

1

1

0.15

0.12500

0.1500

0.1500

-0.823908741

-0.90308998699

2

1

0.12

0.09650

0.1158

0.1158

-0.936291441

-1.01547268666

3

1

0.09

0.07100

0.0852

0.0852

-1.069560405

-1.14874165128

4

1

0.06

0.04600

0.0552

0.0552

-1.258060922

-1.33724216832

5

1

0.03

0.01850

0.0222

0.0222

-1.653647026

-1.73282827160

6

1

0.015

0.00600

0.0072

0.0072

-2.142667504

-2.22184874962

7

1

0.03

0.03000

0.0360

0.0360

-1.443697499

-1.52287874528

Para:B = 1

K = 60

Clculo grficamente de K Y B:

1)

1

142667504

.

2

653647026

.

1

142667504

.

2

653647026

.

1

=

+

-

+

-

=

=

b

b

m

2)

LogK

+

-

=

-

60205991

.

2

82390841

.

0

778151169

.

1

=

LogK

778151169

.

1

10

=

K

60

6

59.9999887

=

=

K

APENDICE

1. MATERIALES Y REACTIVOS:

BURETA

BALANZA

2. PARTE EXPERIMENTAL

BIBLIOGRAFIA

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7

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