Relatorio 3:ADSORÇÃO I: Determinação da Isoterma para a Adsorção do ácido acético pelo carvão ativo

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Universidade Federal do Paraná

Setor de Ciências Exatas

Departamento de Química

CQ051 – Físico-química Experimental II

 

 

 

 

 

 

 EXPERIÊNCIA 3 - ADSORÇÃO I: Determinação da Isoterma para a Adsorção do ácido acético pelo carvão ativo

Alunos:

Bruno Dalavia Souza

Hugo Cesar da Cruz

Liah Aira

Luis Fernando Amorim Batista

Odilon Alves Alexandre Neto

Patricia Diehl

 

Profª Liliana Micaroni

 

Curitiba - PR

Outubro, 2015

Introdução         

A adsorção é a acumulação de uma substância em uma interface e pode ocorrer em todos os tipos de interface, como gás-sólido, solução-sólido, solução-gás. Pode-se dividir em duas classificações, a adsorção física e a química. A adsorção física é não-específica, rápida e reversível. O adsorbato encontra-se ligado à superfície somente por forças van der Waals. A adsorção química envolve uma interação química com transferência de elétrons entre adsorventes e adsorbato. As espécies adsorvidas são ligadas por força de valência que são as mesmas que ligam os átomos numa molécula.

A quantidade de substância adsorvida decresce com o aumento da temperatura, já que os processos de adsorção são exotérmicos. A uma temperatura constante a quantidade adsorvida aumenta com a concentração do adsorbato e a relação entre número de moléculas adsorvida  e a concentração (C) é conhecida como isoterma de adsorção.

A isoterma de Langmuir corresponde a um tipo de adsorção altamente idealizado onde são feitas as seguintes hipoteses:

• As moléculas são adsorvidas em pontos discretos da superfície que são chamadas "sítios de adsorção".
• A energia de uma espécie adsorvida é a mesma em qualquer ponto da superfície e é independente da presença ou ausência de moléculas adsorvidas na vizinhança, isto é, a superfície é completamente uniforme sob o ponto de vista energético.
• A quantidade máxima possível de adsorção é a que corresponde à monocamada.
• A adsorção é localizada e ocorre por colisão de moléculas com sítios vazios. A expressão pode ser utilizada para isoterma do Langmuir:

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Objetivos

Quantificar a adsorção de ácido acético em carvão ativo através das isotermas de Langmuir e Freundlich.

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Resultados e discussão

O uso do carvão ativado como adsorvente decorre de suas propriedades texturais e natureza química de sua superfície, responsáveis por sua grande capacidade de adsorção. Essas propriedades vão de encontro ao que objetivou a realização deste experimento.

Foi reagida certa quantidade de ácido acético com uma massa conhecida de carvão ativado. Sob agitação magnética, o processo de reação durou 10min para cada análise. Ao fim da reação o produto foi separado por filtração em papel filtro, onde, o carvão ativado com ácido acético adsorvido ficou retido no papel filtro e o filtrado, contendo a quantidade de ácido acético não adsorvida, foi recolhido em um recipiente adequado.  Posteriormente o filtrado foi quantificado em termos de quantidade de matéria de ácido acético pela titulação com hidróxido de sódio como titulante. A quantidade de ácido adsorvido foi calculada por

nads = ([HAc]inicial – [HAc]equilíbrio)V

onde a quantidade de matéria adsorvida é a diferença entre a quantidade inicial de ácido acético da quantidade de ácido determinada pela titulação, representada por

NaOH(aq) + HAc(aq) → Na+(aq) + Ac-(aq) + H2O

Os dados experimentais encontrados pelas bancadas são descritos na tabela 1 a seguir:

Sistema (HAc/carvão)	1	2	3	4	5	6
Solução estoque (mL)	30,0	25,0	20,0	10,0	5,0	3,0
Massa de carvão ativo(g)	0,999	1,001	1,005	1,024	1,004	1,002
[HAc] incial (mol/L)	0,1639	0,1366	0,1092	0,05462	0,02231	0,01639
Volume médio de NaOH gasto(mL)	14,3	11,5	9,2	4,1	17,8	8,1
[HAc] equilíbrio(mol/L)	0,1446	0,1163	0,09301	0,04145	0,01800	0,008189
n ads (mol/g)	0,0002603	0,0002335	0,0001482	0,00001726	0,00007641	0,00006630

Tabela 1: Dados experimentais

Como dito anteriormente, as propriedades adsorventes do carvão ativado foram de encontro com o objetivo do experimento que é a construção das isotermas de Langmuir e Freunlich.

        Para determinação da isoterma de Langmuir temos que

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Dessa expressão tem-se que quando a isoterma de adsorção de Langmuir representa de um  modo adequado um processo de adsorção, então um gráfico de 1/n versus 1/c (onde c = concentração em equilíbrio) deverá resultar numa reta, cujo coeficiente angular será igual a 1/K.nmax ,e o coeficiente linear será igual a 1/nmax .