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PRINCIPIOS TEÓRICOS

Procesos de adsorción

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 unfenómeno subsuperficial. 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 tomos de una fase

interpenetran casi uniformemente en los de otra fase constituyéndose una "solución"

con esta segunda.

!l proceso de cambio iónico supone un intercambio de una sustancia o ión por otra

sobre la superficie del sólido.

!l término adsorción incluye la adsorción y la absorción conuntamente, siendo una

expresión general para un proceso en el cual un componente se mue#e desde una fase

 para acumularse en otra, principalmente en los casos en que la segunda fase es sólida.

La principal distinción entre sorción (adsorción y absorción) y cambio iónico es que las

ecuaciones que describen la sorción consideran solamente una especie qu$mica, de

manera que la distribución del soluto entre la disolución y el sólido responde a unarelación simple, lineal o no. Las ecuaciones para el cambio iónico tienen en cuenta

todos los iones que compiten por los lugares de intercambio.

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%

!n general, la adsorción desde una disolución a un sólido ocurre como consecuencia del

carcter liofóbico (no afinidad) del soluto respecto al disol#ente particular, o debido a

una afinidad ele#ada del soluto por el sólido o por una acción combinada de estas dos

fuer&as. !l grado de solubilidad de una sustancia disuelta es el factor ms importante

 para determinar la intensidad de la primera de las fuer&as impulsoras. 'uanta mayor

atracción tiene una sustancia por el disol#ente menos posibilidad tiene de trasladarse ala interface para ser adsorbida. La sorción y el cambio iónico son procesos de gran

interés en idrogeoqu$mica ya que regulan de manera notable el transporte de

contaminantes qu$micos en acu$feros y suelos.

Tipos de adsorción

'abe distinguir tres tipos de adsorción segn que la atracción entre el soluto y el

adsorbente sea de tipo eléctrico, de *an der +aals o de naturale&a qu$mica.

La adsorción del primer tipo cae de lleno dentro del intercambio iónico y a menudo se le

llama adsorción por intercambio, que es un proceso mediante el cual los iones de una

sustancia se concentran en una superficie como resultado de la atracción electrostticaen los lugares cargados de la superficie. Para dos absorbatos iónicos posibles, a igualdad

de otros factores, la carga del ión es el factor determinante en la adsorción de

intercambio. Para iones de igual carga, el tamao molecular (radio de sol#atación)

determina el orden de preferencia para la adsorción. !ste tipo de adsorción se comenta

con detalle ms adelante. La adsorción que tiene lugar debido a las fuer&as de *an del

+aals se llama generalmente adsorción f$sica. !n este caso, la molécula adsorbida no

est fia en un lugar espec$fico de la superficie, sino ms bien est libre de trasladarse

dentro de la interface. !sta adsorción, en general, predomina a temperaturas baas. La

adsorción de la mayor$a de las sustancias orgnicas en el agua con carbón acti#ado se

considera de naturale&a f$sica. -i el adsorbato sufre una interacción qu$mica con el

adsorbente, el fenómeno se llama adsorción qu$mica, adsorción acti#a o quimisorción.

Las energ$as de adsorción son ele#adas, del orden de las de un enlace qu$mico, debido a

que el adsorbato forma unos enlaces fuertes locali&ados en los centros acti#os del

adsorbente. !sta adsorción suele estar fa#orecida a una temperatura ele#ada.

La mayor parte de los fenómenos de adsorción son combinaciones de las tres formas de

adsorción y, de eco, no es fcil distinguir entre adsorción f$sica y qu$mica.

Equilibrio de adsorción e isotermas de adsorción

La adsorción de una especie qu$mica presente en la solución del suelo (adsorbato) por

los constituyentes de la fase sólida del suelo (adsorbente) ocurre debido a lasinteracciones entre la superficie acti#a de las part$culas sólidas y el adsorbato. La

cantidad adsorbida de una determinada especie depende no sólo de la composición del

suelo sino también de la especie qu$mica de la que se trata y de su concentración en la

solución. Para estudiar la adsorción de un compuesto qu$mico sobre un suelo pueden ser 

usadas dos técnicas de laboratorio experiencias en batc y experiencias con columnas.

Las experiencias en batc consisten en me&clar y agitar una cantidad determinada de

suelo con disoluciones de diferentes concentraciones del soluto estudiado, por eemplo,

un metal pesado. Pre#iamente, se tiene que determinar la concentración de este metal en

el suelo. La grfica que representa el metal adsorbido, 's, en función de la

concentración de la disolución, 'm, es la isoterma de adsorción, cuya expresión general

es

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/

's 0 d 'm

2onde d se llama constante de adsorción, coeficiente de distribución o coeficiente de

 partición.

'uando la isoterma no es lineal, ay otras aproximaciones para describir la distribución

entre el suelo y la disolución. Las ms utili&adas son las de 3reundlic yLangmuir.

La ecuación general de la isoterma de 3reundlic es

C s= K ×C nm

2onde es la constante de adsorción y n una constante cuyo #alor #ar$a entre 4 y 1.

La forma lineal eslogC s=log K +n× logC m

La isoterma de Langmuir tiene la forma

C s=  a×C m

1+b×C m2onde a y b son constantes que dependen del tipo de suelo y del tipo de especie

qu$mica.

La forma lineal es1

C s

=  1

C m

+a

b

La constante a es m, que representa la mxima capacidad de adsorción. b5a es una

nue#a constante, 6, relacionada con la energ$a de adsorción.

La ecuación final es1

C s=

  1

 K ×C m+ A

Las experiencias en batc no son totalmente representati#as de las condiciones

naturales, ya que ofrecen una gran superficie espec$fica y, por tanto, la mxima

 posibilidad de adsorción. 6dems, se puede considerar que el fluo es nulo.

Las experiencias en columnas reflean meor las condiciones de campo, ya que permiten

controlar la #elocidad de fluo y obtener de este modo coeficientes de distribución msrealistas.

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DETALLES EPERI!ENTAL

!ateriales"

!rlenmeyers con tapón, fiola de 1L, de 144ml, embudos, porta embudos, #asos de %84 y144ml, bureta, pipetas, termómetro, erlenmeyers, tubos de base plana

Reacti#os"

'arbón acti#ado, tierra acti#ada, cido acético, aceite neutrali&ado, fenolftale$na,

 biftalato de potasio, papel filtro, solución de 9a:; ≅  4,19.

Procedimiento E$perimental"

6dsorción del cido acético sobre carbón acti#ado

-e prepararon 144ml de solución de cido acético de 4,4/< 4,4=< 4< 4>< 4<1%< 4,18, 4,/9.

-e peso 8 porciones de 8 g de carbón acti#ado. !n un erlenmeyer se coloco una porción

de carbón acti#ado y se #ertió una solución de acido acético de 84ml de 4,189 y se

remetió este procedimiento con las otras solución de cido acético preparadas, después

se les agito a los erlenmeyers con agitación constante durante media ora. Luego se les

deo reposar durante % oras. ?ientras tanto se #alora las = soluciones de idróxido de

sodio. @na #e& pasada loas dos oras se reali&ó la filtración, desecando los primeros

14ml.3inalmente se #aloraron las soluciones filtradas adecuadamente.

6dsorción qu$mica

-e #ertieron %4ml de aceite neutrali&ado en 7 #asos. -e calentó un #aso asta una

temperatura determinada y luego se agregaron %g de tierra acti#ada. -e me&claron

#igorosamente durante 8 minutos a temperatura constante y luego se filtraron. -e

remetieron el procedimiento para las otras muestras, pero a otras temperaturas.

-e tomaron un tobo %cm de muestra sin tratar, y en un tubo se le llenara de aceite

filtrado, se le en#uel#e a los dos tubos en papel blanco y se llena el tubo asta que la

intensidad sea igual. -e repite este procedimiento para las dems muestras. 3inalmente

se mide la altura alcan&ada de todos los tubos y la altura del tubo de referencia

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TA%&LACIÓN DE DATOS ' RES&LTADOS

Aabla 941 de condiciones experimentales

PRESIÓN (mm)*+ TE!PERA&RA (,C+ -)R  B8= %4 >8

Aabla 94% de la #aloración del 9a:;

. bi/talato (*+ 0 NaO) (mL+ NaO) (N+4,%47= >,C 4,14%%

Aabla 94/ de datos experimentales de la adsorción de cido acético sobre carbón

acti#ado

Carbón acti#ado (*+ 1)Ac2 (N+ 0 NaO) (mL+ 0 )Ac (mL+ 0 NaO) (mL+4,844% 4,18 17,/4 14,44 1/,/4

4,8441 4,1% 11,74 14,44 14,/4

4,8444 4,4> C,=4 14,44 B,B4

4,8447 4,4= 11,/4 %4,44 >,B4

4,844/ 4,4% /,44 %4,44 1,=4

Aabla 94

7 de datos experimentales de la adsorción de aceites con tierra acti#ada

T (3C + 4 alcan5ada (cm+ 4 patrón (cm+84 1,B8 1,%4

=4 %,/4 1,%4

B4 %,=4 1,%4

C4 /,44 1,%4

Aabla 948 #alores calculados de la adsorción de cido acético sobre carbón acti#ado

Carbón acti#ado (*+ 1)Ac23 (N+ 1)Ac2/  (N+ $ $6m4,844% 4,178> 4,1/8B 4,4/4= 4,4=1%

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=

4,8441 4,11=/ 4,1481 4,4//B 4,4=B/

4,8444 4,4CBB 4,4BC8 4,4%B8 4,4881

4,8447 4,48B= 4,47>8 4,4%78 4,47C>

4,844/ 4,418/ 4,44C% 4,4%17 4,47%C

Aabla 94= #alores calculados de la adsorción de cido acético sobre carbón acti#ado

$6m 1)Ac2/ (N+ lo*($6m+ lo*( C +4,4=1% 4,1/8B D1,%1/7 D4,C=B8

4,4=B/ 4,1481 D1,1B1> D4,>BC=

4,4881 4,4BC8 D1,%8>4 D1,147>

4,47C> 4,47>8 D1,/148 D1,/48B

4,47%C 4,44C% D1,/=C7 D%,4CC/

Aabla 94B #alores calculados de la adsorción de aceites con tierra acti#ada

T (3C + C relati#a

84 4,=C=

=4 4,8%%

B4 4,7=%

C4 4,744

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B

E7E!PLOS DE C8LC&LOS

 C9lculos de la adsorción de 9cido ac:tico sobre carbón acti#ado"

a) 'alcule la concentración inicial en el equilibrio en cada matra&.

-e reali&ara el clculo para el primer matra&. 'alculamos la concentración, con lasiguiente fórmula general

[ HAc ]0=V  NaOH ×[ NaOH ]

V  HAc

Eempla&ando los datos y e#aluando, obtenemos para la primera muestras

[ HAc ]0=0,1459  N 

Para la concentración final, usamos la siguiente formula general

[ HAc]f =V  NaOH ×[ NaOH ]

V  HAc

Eempla&amos datos y e#aluamos, obtenemos para la primera muestra

[ HAc]0=0,1357 N 

 b) @sando los datos obtenido en (a), calcule los gramos de ;6c adsorbidos (x) y

los gramos de ;6c adsorbidos por gramo de carbón (x5m).

 x=([ HAc ]0−[ HAc]f  )×PM  HAc×V  HAc

Eempla&ando datos y e#aluando, obtenemos para la primera muestra

 x=0,0306 g

c) Frafique la isoterma de adsorción de 3reundlic.

!sta se encuentra al final del informe en el apéndice

d) Frafique log (x5m) #s log '. 2e la grafica de termine G y n. 'ompare con los

#alores teóricos.

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C

La grafica se encuentra al final del informe en el apéndice.

2e la grafica se calculo la pendiente y el intercepto, obteniéndose los #alores de n y ,

que son los siguientes

n=0,1908    K =9,638

C9lculos de la adsorción de aceite con tierra acti#ada;

a) 'alcule la concentración de materia coloreada remanente en los aceites ,

mediante la siguiente ecuación

C 1=(h0 /h1)C 0

Eempla&ando datos y e#aluando, obtenemos para la primera muestra

C 1=0,686

 b) Frafique la concentración relati#a del material coloreado en función de la

temperatura.

!l grafico se presentara el final del informe en el apéndice.

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>

%I%LIO<RA=IA

P9*; .eb"

ttp55HHH.monografias.com5trabaos%B5informeDabsorcion5informeDabsorcion.stml

ttp55HHH.alegsa.com.ar52efinicion5de5fisisorcion.pp

ttp55HHH.agua.ui.es5pdf5leccion;I1B.pdf ttp55HHH.sinia.cl51%>%5articlesD7>>>4J41.pdf 

C&ESTIONARIO

1) 2esde el punto de #ista del fenómeno de la adsorción explique el tratamiento de

agua con resinas sintéticas.

%) !n reacciones qu$micas en face eterogénea, explique el efecto de la superficie

sólida./) Kndique los adsorbentes industriales ms importantes.

6dsorción.J !s un fenómeno superficial, por el cual tomos, iones moléculas son

atrapadas o r7etenidas en la superficie de un sólido, debido a fuer&as superficiales no

compensadas.

6dsorción f$sica o fisisorción.J La fisisorción o adsorción f$sica es la forma ms simple

de adsorción, y es debida a débiles fuer&as atracti#as, generalmente fuer&as de *an der+aals.

La fisisorción es el fenómeno por el cual un compuesto qu$mico (agente adsorbente) se

adiere a una superficie, y en el que la especie adsorbida conser#a su naturale&a 

qu$mica.