Instituto Politécnico Nacional

Escuela Nacional de Ciencias Biológicas

Ingeniería Bioquímica

Laboratorio de Fisicoquímica II

Practica: Adsorción I

Equipo: 3

Integrantes:

Colorado terrazas reyna Bibiana

Garcia Bernabe Amado Jovani

Yescas Zamudio Guadalupe

Solorzano Ledezma Esthefany Montserrat

Grupo: 3IM1

INTRODUCCION

ADSORCION: El fenómeno de adsorción es el proceso por el cual átomos o moléculas de una sustancia que se encuentra en determinada fase, son retenidas en la superficie de otra sustancia, que se encuentra en otra fase. Como resultado de este proceso, se forma una capa de líquido  o gas en la superficie de una sustancia sólida o líquida.

Si consideramos una superficie de un material en contacto con aire, los enlaces del material presentan discontinuidades, las cuales tenderán espontáneamente a formar enlaces con la atmósfera que lo rodea, siempre que el proceso sea energéticamente favorable. Dicho de otra manera, si tenemos una superficie sólida con nanoporos, estos poros serán capaces de retener gas de la atmósfera que lo rodea, gracias al fenómeno de adsorción. Los nanoporos son los llamados centros activos del adsorbente, que tienen fuerzas de enlace entre sus átomos que no están saturadas, de manera que admiten la adsorción de átomos o moléculas del gas que lo rodea.El mecanismo exacto del proceso de adsorción depende de qué sustancias estén involucradas.La cantidad de material adsorbido depende de las tasas de adsorción y desorción  de la sustancia, y del punto en el cual se alcance el equilibrio entre ambas. Cuanto mayor sea la adsorción y menor se la desorción, hallaremos mayor cantidad de material adsorbido en equilibrio.

Tipos de adsorciónPodemos diferenciar tres tipos de adsorción, dependiendo de qué tipos de fuerzas existan entre el soluto y el adsorbente. Estas fuerzas pueden ser de tipo eléctrico, de fuerzas de Van der Waals o de tipo químico.

Adsorción por intercambio. En este proceso el soluto y el adsorbente se atraen por fuerzas electrostáticas. Dicho de otra manera, los iones del soluto se concentran en la superficie del sorbente, que se halla cargada eléctricamente con signo contrario a los iones del soluto. Si tenemos dos adsorbatos iónicos iguales en varios factores, pero uno con mayor carga que otro, el de mayor carga será el que se adsorbido. Para adsorbatos con igual carga, el tamaño molecular es el que determina cuál será adsorbido.

Adsorción por fuerzas de Van der Waals. También llamada adsorción física o fisisorción. En este tipo de adsorción, el adsorbato no está fijo en la superficie del adsorbente, sino que tiene movilidad en la interfase. Ejemplo de este tipo de adsorción es el de la mayoría de las sustancias orgánicas en agua con carbón activado. En este tipo de adsorción el adsorbato conserva su naturaleza química.

Adsorción química. Sucede cuando hay interacción química entre adsorbato y adsorbente. También llamada quimisorción. La fuerza de la interacción entre adsorbato y adsorbente es fuerte, casi como un enlace químico. En este tipo de adsorción el adsorbato sufre una transformación, más o menos intensa, de su naturaleza química.

La mayoría de los fenómenos de adsorción son combinaciones de estos tres tipos de adsorción, y muchas veces resulta difícil distinguir la fisisorción de la quimisorción.Una de las más importantes aplicaciones del fenómeno de adsorción a nivel industrial, es de la extracción de humedad del aire comprimido. En este proceso se hace pasar el aire comprimido por un lecho de alúmina u otro material activo, que retiene las moléculas de agua por adsorción.

El carbón activado es carbón poroso que atrapa compuestos, principalmente orgánicos, presentes en un gas o en un líquido. Lo hace con tal efectividad, que es el purificante más utilizado por el ser humano.Los compuestos orgánicos se derivan del metabolismo de los seres vivos, y su estructura básica consiste en cadenas de átomos de carbono e hidrógeno. Entre ellos se encuentran todos los derivados del mundo vegetal y animal, incluyendo el petróleo y los

compuestos que se obtienen de él.A la propiedad que tiene un sólido de adherir a su paredes una molécula que fluye, se le llama “adsorción”. Al sólido se le llama “adsorbente” y a la molécula, “adsorbato”.

Después de la filtración –que tiene por objeto retener sólidos presentes en un fluido-,

no existe un sólo proceso de purificación con más aplicaciones que el carbón activado.

Entre ellas están:

Potabilización de agua (el carbón retiene plaguicidas, grasas, aceites,

detergentes, subproductos de la desinfección, toxinas, compuestos que producen

color, compuestos originados por la descomposición de algas y vegetales o por el

metabolismo de animales…).

Refinación de azúcar (el carbón retiene las proteínas que dan color al jugo de

caña; el objetivo fundamental de este proceso es evitar que el azúcar fermente y

se eche a perder).

Decoloración de aceites vegetales (como el de coco), glucosa de maíz y otros

líquidos destinados a la alimentación.

Decoloración y deodorización de bebidas alcohólicas (como vinos de uva y

destilados de cualquier origen).

Recuperación de oro (el oro que no se puede separar de los minerales por los

procesos de flotación, se disuelve en cianuro de sodio y se adsorbe en carbón

activado).

¿Qué le da al carbón activado la propiedad de adsorber, principalmente moléculas orgánicas?

Cualquier partícula de carbón tiene la capacidad de adsorber. Es por ello que algunas personas colocan carbón de leña en el refrigerador para eliminar los olores. Lo mismo sucede si se coloca carbón en un recipiente con agua: elimina color, sabor y olor. O bien, en el campo, las personas queman tortilla y la ingieren para aliviarse de problemas digestivos (como infecciones ligeras, indigestión o flatulencia).Activar un carbón consiste en hacerlo poroso para ampliar su capacidad de adsorción.

Un gramo de carbón de leña tiene un área superficial de alrededor de 50 m2. Con la activación, ésta llega a 600 u 800 m2. Es decir, aumenta entre 12 y 16 veces.Los átomos de carbono que forman un sólido al que llamamos “carbón”, se ligan entre sí mediante uniones de tipo covalente. Cada átomo comparte un electrón con otros cuatro átomos de carbono (hay que recordar que en las uniones iónicas, el átomo más electronegativo le roba uno o más electrones al otro).

Los átomos que no están en la superficie, distribuyen sus cuatro uniones en todas las direcciones. Pero los átomos superficiales, aunque están ligados con otros cuatro, se ven obligados a hacerlo en menor espacio, y queda en ellos un desequilibrio de fuerzas. Ese desequilibrio es el que los lleva a atrapar una molécula del fluido que rodea al carbón.

La fuerza con la que el átomo superficial de carbono atrapa a la otra, se llama “Fuerza de London”, que es uno de los siete tipos de “fuerzas de Van der Waals”. Se considera una unión fisicoquímica, suficientemente fuerte para retener al adsorbato, pero no tan fuerte como para considerarla una unión química irreversible que forma una nueva estructura molecular. Por ello, la adsorción es reversible y el carbón activado puede reactivarse para utilizarse de nuevo.

No todas las moléculas orgánicas tiendan a ser covalentes. Suelen contener átomos de oxígeno, azufre y otros de alta electronegatividad, que dan tendencia iónica a la parte de la molécula que los contiene. Por otro lado, no todas las moléculas inorgánicas tienden a ser iónicas; también las hay de tendencia covalente. Tal es el caso del dicianuro de oro, que hace del carbón activado una parte esencial del proceso de extracción de este metal precioso.

OBJETIVO (S)

Realizar el estudio de la adsorción de acido acético en solución acuosa en carbón activado, las isotermas de adsorción y encontrar el modelo marematico al que se ajusten los resultados experimentales obtenidos.

DESARROLLO RXPERIMENTAL

PROCEDIMIENTO

MATERIALES

12 MATRACES Erlenmeyer De 125 ml6 embudos de filtración6 pipetas volumetricas

REACTIVOS

Soluciones valoradas de acido acéticoSolución de fenolftaleinaSolución valorada de NaOH 0.1N

1 g+ 25mlAc. acético

Intervalos de 2 min

Cada matraz debe de dejarse 40 min

Filtrar

Alícuota: 10 ml

Titular con NaOH

DATOS EXPERIMENTALES

Ci (mol/l)Cantidad de

ác. Antes de la

adsorción

m (g)masa del

adsorbente

V (l)Volumen de ác. Acético

(ml)Cantidad de NaOH que se gastó en la titulación

Cf (mol/l)Concentración

de ác. después de la

adsorción

Adsorción a

a=(Ci−Cf )m

Vx1000

0.025 10 0.025 1.3 0.480x10−3 0.0613

0.05 10 0.025 3.3 0.378x10−3 0.124055

0.1 10 0.025 7.1 0.352x10−3 0.24912

0.2 10 0.025 15.1 0.331x10−3 0.4991725

0.3 10 0.025 23.6 0.317x10−3 0.7492075

0.45 10 0.025 37.6 0.299x10−3 1.1242525

PROCESAMIENTO DE DATOS

# matraz gramos de carbón acético

M de ác. acético

gasto

1 1 0.025 1.32 1 0.05 3.3

3 1.03 0.1 7.14 1.02 0.2 15.1

5 1.02 0.3 23.66 1 0.45 37.6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

isoterma

isoterma

a=mmg

CON LA ECUACION DE LANGMUIR

ca= 1amax∗k

+ 1amax

∗C 1

Ci=molL

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50.396

0.398

0.4

0.402

0.404

0.406

0.408

0.41

Valores Y

Valores Y

r=0.72

A(ord)=0.4046

B(pend)= -0.01279

CON LA ECUACION DE FREUNDLICH

log (a )=log (m )+ 1n∗C 1

(eje Y) c/a

(eje X) C1

0.4078 0.025

0.4032 0.05

0.4014 0.1

0.4007 0.2

0.4004 0.3

0.4002 0.45

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Valores Y

Valores Y

r= 0.9999

A (ord)= 0.4015

B (pend)= 1.0073

COMPARANDO RESULTADOS

r(langmuir) << r(freundlich)

Esto quiere decir que existe una policapa

CONCLUCION

(eje Y)Log (a)

(eje X)Log (C1)

1.2125 1.60

0.9065 1.30

0.6036 1

0.3018 0.6989

0.1254 0.5228

-0.0508 0.3467

Se puede concluir que el modelo matemático que rige el experimento es el modelo de Freudlich y que en este experimento, se dio una policapa en la adsorción.