I. Objetivos

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I.

Fisicoquímica

OBJETIVOS   

II.

Estudiar la adsorción de un soluto en solución acuosa sobre la superficie de un sólido. Determinar la curva de adsorción de ácido acético según el cambio en la concentración del ácido. analizar como el cambio de concentración de ácido acético afecta la adsorción en carbón activado.

MARCO TEORIO

La adsorción es un proceso mediante el cual se extrae materia de una fase y se concentra sobre la superficie de otra fase (generalmente sólida). Por ello se considera como un fenómeno superficial. La sustancia que se concentra en la superficie o se adsorbe se llama "adsorbato" y la fase adsorbente se llama "adsorbente”. Por contra, la absorción es un proceso en el cual las moléculas o átomos de una fase interpenetran casi uniformemente en los de otra fase constituyéndose una "solución “con esta segunda.

ECUACIONES EMPLEADAS: Para poder describir conveniente un fenómeno de adsorción en equilibrio se hace uso de relaciones a temperatura constante, en otras palabras, es necesario el conocimiento y construcción de isotermas para estimar la cantidad adsorbida. En el momento que un soluto se adsorbe sobre una superficie. Hay dos clases de isotermas de adsorción en disolución principales: 

la primera es la isoterma de Langmuir que considera la superficie de adsorción homogénea con una mono capa de moléculas adsorbidas en posiciones fijas y sin interacciones laterales entre ellas, esta mono capa implica un recubrimiento Pá gina 1

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

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completo en la superficie por tanto se tendrá una cantidad máxima de adsorbato, n máx. la segunda es la isoterma Freundlich que es aplicable a superficies sólidas heterogéneas y con interacción entre las moléculas adsorbidas, expresa la cantidad adsorbida como proporcional a una potencia de la presión de adsorbente.

A continuación, se muestra la forma general de las dos isotermas:

ISOTERMA DE FREUNDLICH: La isoterma de adsorción de Freundlich o ecuación de Freundlich es una isoterma de adsorción, que es una curva que relaciona la concentración de un soluto en la superficie de un adsorbente, con la concentración del soluto en el líquido con el que está en contacto. Fue desarrollada por el matemático, físico y astrónomo alemán Erwin Finlay Freundlich. Se basa en la hipótesis que todos los centros ácidos de absorción son equivalentes y que la capacidad de una molécula para unirse a la superficie es independiente de si hay o no posiciones próximas ocupadas, además la adsorción se restringe a una monocapa y no existe interacciones laterales entre las moléculas de adsorción.

y  k .c1/ n y DONDE:

o también

x  k .c b m ……………………………(1)

x 1 b m y n

X= masa en gramos de soluto absorbido. m= masa en gramos de adsorbente. C= concentración de soluto en el equilibrio. K y b = constantes propias dela adsorbente y soluto a una temperatura dada. Pá gina 2

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Tomando logaritmo a la ecuación (1) se tiene: log

x  b log c  log k m log

Nosotros podemos calcular las constantes K y b mediante la gráfica de

III. MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES:                

Erlenmeyer de 250ml Vaso de precipitación de 250ml Espátula Porta embudo Buretas de 50ml y 10ml Pipeta de 5ml, 10ml, 25ml y 50ml Fiolas d e250ml Papel de filtro

Pá gina 3

X vs log C m

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 Termostato REACTIVOS:  Carbón activado  Ácido acético glacial  NAOH 0.1M  Fenolftaleína 

IV . Procedimiento experimental. a) Lavar y secar 6 matraces Erlenmeyer de 250ml y enumerarlos. b) Prepara 250 mL de solución de NaOH 0,5 M y valorar 10 ml de esta solución con biftalato de potasio. c) Preparar 500ml de solución de ácido acético 0,15 M y valorar 10ml de esta solución con la solución valorada de NaOH. d) Prepara 5 fiolas de 100ml diversas concentraciones de ácido acético, las concentraciones apropiadas son: 0,15; 0,12; 0,09; 0,06 y 0,03M, las cuales se preparan diluyendo la solución de ácido acético 0,15 M son: 100, 80, 60, 40 y 20ml. e) Colocar aproximadamente 1g (cantidad exactamente medida) de carbón activado en los 6 matraces Erlenmeyer de 250ml limpios, secos y enumerados. f) Agregar 5 matraces 100ml de la solución de ácido acético de diferentes concentraciones. Al sexto matraz agregarle 100ml de agua destilada. g) Colocar los matraces en un baño de agua de temperatura controlada (25 0C) y dejarlos permanecer durante 2 horas aproximadamente. h) Filtrar con papel filtro cada una de las soluciones, desechar los primeros 10ml de solución, en donde podría haber ocurrido adsorción en el papel filtro. i) Tomar alícuotas de 10ml de cada una de ellas y adicionarle 1 o 2 gotas de fenolftaleína. j) Titular cada una de las soluciones acidas con la solución valorada de NaOH.

Pá gina 4

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V. Cálculos y resultados Determinación de la normalidad en el equilibrio del (

Muestra N° 1 Base:  NaOH  N B  0,5 N VB  G 

Acido: ( CH 3COOH ) N A  0  blanco 

VA  20ml Por lo tanto

N A 0

Muestra N° 2 Base:  NaOH  N B  0,5 N VB  G  0,8ml

Acido: ( CH 3COOH ) N A  0  blanco 

VA  20ml Por lo tanto

Pá gina 5

CH 3COOH )

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N B  VB  N A  VA NA 

N B  VB VA

N A  0.02 N

Muestra N° 3 Base:  NaOH  N B  0,5 N VB  G  1,9ml

Acido: ( CH 3COOH ) N A  0  blanco 

VA  20ml Por lo tanto

N B  VB  N A  VA NA 

N B  VB VA

N A  0.048 N

Muestra N° 4 Base:  NaOH  N B  0,5 N VB  G  3ml

Acido: ( CH 3COOH ) N A  0  blanco 

VA  20ml Por lo tanto Pá gina 6

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N B  VB  N A  VA NA 

N B  VB VA

N A  0.075 N

Muestra N° 5 Base:  NaOH  N B  0,5 N VB  G  4,1ml

Acido: ( CH 3COOH ) N A  0  blanco 

VA  20ml Por lo tanto

N B  VB  N A  VA NA 

N B  VB VA

N A  0.1025 N

Muestra N° 6 Base:  NaOH  N B  0,5 N VB  G  5,3ml

Acido: ( CH 3COOH ) N A  0  blanco 

VA  20ml Por lo tanto Pá gina 7

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N B  VB  N A  VA NA 

N B  VB VA

N A  0.13N

Pá gina 8

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Cálculos de los gramos de ácido acético adsorbido por gramos de carbón activado

y1  0  0  0 eg  g eg  g eg  g 60 g 1  0.02  0.01  0.1L    0.06 g AcAc gC L L L eq  g 1gC eg  g eg  g eg  g 60 g 1  0.06  0.048  0.012  0.1L    0.072 g AcAc gC L L L eq  g 1gC eg  g eg  g eg  g 60 g 1  0.09  0.075  0.015  0.1L    0.090 g AcAc gC L L L eq  g 1gC eg  g eg  g eg  g 60 g 1  0.12  0.1025  0.0175  0.1L    0.105 g AcAc gC L L L eq  g 1gC eg  g eg  g eg  g 60 g 1  0.15  0.13  0.02  0.1L    0.12 g AcAc gC L L L eq  g 1gC

y2  0.03 y3 y4 y5 y6

DATOS EXPERIMENTALES Temperatura del experimento: T  20C

log(Y )

log(C )

0.00

0.00

0.00

0.02

0.060

-1.22

-1.69

0.06

0.048

0.072

-1.15

-1.32

1

0.09

0.075

0.090

-1.04

-1.12

5

1

0.12

0,1025

0.105

-0.98

-0.1

6

1

0.15

0.13

0.12

-0.92

-0.89

Matraz N°

Carbón activado (g)

CH 3COOH i

CH 3COOH

nicial (N)

en equilibrio (C)

1

1

0.00

0.00

2

1

0.03

3

1

4

Pá gina 9

(Y)

g AcAc

gdeC

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VI. CONCLUCIONES  El carbono activado es mucho más efectivo para adsorber no electrolitos de una solución que electrolito, debido a su naturaleza no polar por lo que es un adsorbente excelente para las soluciones de Agua y Ácido Acético.  La cantidad de ácido acético adsorbida aumenta según aumenta la concentración de este en la disolución (Le´ Chatelier).  La adsorción es un fenómeno que ocurre en la superficie, mientras mayor área superficial disponible tenga un sólido, mejor adsorbente podrá ser.  El carbón activado en polvo facilita los datos obtenidos debido a que se alcanza el equilibrio en un tiempo relativamente corto.  Se comprobó que a medida que aumenta la concentración del soluto, aumenta la cantidad de soluto adsorbido por una misma masa de carbón activado.  Se verifica la exactitud de la isoterma de Freundlich.

VII. RECOMENDACIONES  Se recomienda siempre corroborar las concentraciones de las soluciones a utilizar en caso de que estás hayan sido preparadas por otras personas.  Con respecto a la recomendación anterior, es más conveniente preparar en el momento las soluciones que se utilizarán en el desarrollo de la práctica para tener la seguridad de que la experiencia de resultados satisfactorios.  Etiquetar los Erlenmeyer para evitar confusiones, ya que presentarán concentraciones distintas de ácido acético.  No regresar el carbón activado no utilizado al recipiente de donde fue tomado ya que podría contaminar toda la muestra. El carbón activado no utilizado debe desecharse  Cuando se emplea carbón activado pulverizado en los procesos de adsorción es recomendable el empleo de filtros especiales para obtener una filtración más eficiente.

Pá gina 10

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VIII. BIBLIOGRAFIA  Chang, R. Química. 4º Edición.  Yupanqui T. Manual de laboratorio de fisicoquimica  Castellan G. “Fisicoquímica” 2da. Edición.  Maron S. Prutton “Fundamentos de Fisicoquímica” 1era. Edición.

Web grafía :  http://lqi.tripod.com/FQAv/isoterms.htm  http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Unidad3Adsorcion_19664.pdf

Pá gina 11

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IX. Cuestionario 1. ¿Qué tipo de absorción se da en el experimento? La adsorción que se llevó a cabo es de tipo físico, ya que no se vio reacción química entre el ácido acético y el carbón activado. 2. Construir la isoterma de Freundlich, graficando: log X/m (logY) vs LogC, en papel milimetrado y hallar los valores de sus constantes: k y b.

3. De tres usos prácticos de la absorción de un soluto liquido o gaseoso sobre un absorbente.  Absorción de agua sobre el desecante silica gel.  Depósito de vapor de agua sobre vidrios.  Formación de óxido de Fe, por la reacción del oxígeno con la superficie de objetos de Fe. 4. Con los mismos datos experimentales obtenidos graficar la isoterma de Langmuir. Comparar los resultados de ambas isotermas.

5.¿Para sirve el carbón activado? Enumere dos usos del mismo  El carbón activado ayuda a reducir los olores desagradables en individuos que sufren de trimetilaminuria (TMAU), también conocido como el síndrome de olor de pescado.  El carbón activado puede ayudar a promover la función renal reduciendo la cantidad de desechos que los riñones deben filtrar

ANEXO: Pá gina 12

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Se muestra 5 fiolas de 100ml diversas concentraciones de ácido acético, 6 matraces Erlenmeyer de 250ml limpios, que contienen 1g de carbón activado.

Agregado de 100ml de ácido acético de diferentes concentraciones

Agitar cada cierto tiempo las soluciones

Pá gina 13

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Titular cada una de las soluciones, excepto la primera

Tomar la medida de los gastos para los caculos

Pá gina 14