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Informe Destilacion Fraccionada Monica

Date post: 08-Jan-2016
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LABORATORIO DE ADSORCIN FISICOQUIMICAKenny Moreno1, Mnica Torres2, William Cendales2Biologa, Ingeniera Ambiental Y Sanitaria, Universidad De La Salle.

RESUMENLa adsorcin es la acumulacin preferencial de una substancia en una fase liquida o gaseosa sobre la superficie de un slido. El objetivo de esta prctica consiste en estudiar la adsorcin del cido actico por carbn activado y comparar los resultados con las ecuaciones de Freundlich y Langmuir, esto se llev a cabo determinando el rea superficial del carbn activado a partir de las isotermas de adsorcin siguiendo los modelos matemticos anteriormente mencionados y comparando los resultados con el valor del rea superficial del carbn activado.

Palabras claves: Adsorcin, isotermas, Freundlich, Langmuir, carbn activado, cido actico.

ABSTRACTAdsorption is the preferential accumulation of a substance in a liquid or gaseous phase onto the surface of a solid. The purpose of this laboratory is to study the adsorption of acetic acid activated carbon and compare the results with the equations of Freundlich and Langmuir, this was carried out by determining the surface area of activated carbon from adsorption isotherms following models mathematical above and comparing the results with the value of the surface area of the activated carbon.INTRODUCCIONLa adsorcin es un proceso mediante el cual se extrae materia de una fase y se concentra sobre la superficie de otra fase (generalmente slida). Por ello se considera como un fenmeno subsuperficial. La sustancia que se concentra en la superficie o se adsorbe se llama "adsorbato" y la fase adsorbente se llama "adsorbente".Los experimentos sobre adsorcin, que con ms frecuencia se realizan, consisten en la medida de la relacin entre la cantidad de gas o lquido adsorbido, sobre una determinada cantidad de adsorbente. Estas medidas se realizaran a una temperatura constante y los resultados se representan grficamente en las llamadasIsotermas de Adsorcin.Lo que se mide experimentalmente es el volumen del lquido o gas adsorbido por una cantidad de adsorbente, o la variacin del peso que experimenta el adsorbente cuando ha estado en contacto con el adsorbato.

Por esta razn el objetivo principal de siguiente informe consiste en estudiar la adsorcin del cido actico por carbn activado y comparar los resultados con las ecuaciones de Freundlich y Langmuir.

OBJETIVO GENERAL

Estudiar la adsorcin del cido actico por carbn activado y comparar los resultados con las ecuaciones de Freundlich y Langmuir.

MATERIALES Y MTODOS:

9 Erlenmeyer con tapa, oxido de titanio, cido actico, NaOH 0,2 N, agitador magntico, soporte universal, embudo de filtracin, papel filtro, bureta, Balanza elctrica.

METODOLOGIA

Ilustracin 1 . Elaboracin PropiaMARCO TERICOEn las interfaces de un sistema la concentracin de la sustancia (ya sea liquida o gaseosa) en la superficie es mayor que en el volumen total. Este fenmeno se llama adsorcin y la sustancia (lquida o gaseosa) en la cual se efecta dicho fenmeno es el adsorbente, la adsorcin abarca varios fenmenos, entre los ms importantes destacan la absorcin y la adsorcin.La adsorcin puede definirse como un fenmeno de superficie en donde ocurre una transferencia de una masa, de un gas a un lquido o a un slido, o de un lquido a un slido3. Tambin puede considerarse como la remocin, por adherencia, de las impurezas de la sustancia en la superficie (que incluye los poros o la superficie interna) del adsorbente (interfase entre las dos fases). Este proceso es sumamente necesario para una planta purificadora de agua.La capacidad de adsorcin esta definida en base a las isotermas de adsorcin en disolucin. La isoterma de adsorcin es la relacin de dependencia, a una temperatura constante, de la cantidad de adsorbato adsorbido por peso unitario de adsorbente, con respecto a la concentracin del adsorbato en equilibrio.Se ha intentado en muchas ocasiones desarrollar ecuaciones o modelos matemticos que se ajusten a las distintas isotermas experimentales. Las ecuaciones que se usan ms frecuentemente son las propuestas por Langmuir y Freundlich:1. LangmuirEs una de las ecuaciones ms conocidas y mejor fundamentadas. Langmuir dedujo la isoterma empleando un modelo simplificado de la superficie de un slido:- La superficie proporciona un cierto nmero de posiciones para la adsorcin y todas son equivalentes- slo se adsorbe una molcula sobre cada posicin- su adsorcin es independiente de la ocupacin de las posiciones vecinas (las molculas adsorbidas no interaccionan entre si).La isoterma de Langmuir en forma de ecuacin se escribe generalmente: (1)Donde:Y: Nmero de gramos adsorbidos por gramo de adsorbente.N: Nmero de gramos de soluto por gramos para cubrir totalmente la superficie.C: concentracin del soluto en la solucin en equilibrio.Al graficar contra C, se obtiene una recta cuya pendiente es y la interseccin .

2. FreundlichSe usa para presiones bajas. Expresa la relacin entre la concentracin en el carbn y la concentracin en la solucin. Su ecuacin general viene dada:

En donde:Y= Gramos de sustancia adsorbida por gramos de sustancia adsorbente.X= Gramos de sustancia adsorbida.M= Gramos de sustancia adsorbente.C= concentracin de la solucin en equilibrio.K y n = Constantes bajo las condiciones dadas.La ecuacin de la isoterma de adsorcin puede escribirse en la forma logartmica:

Cuando el log se grafica contra el log de C, se obtiene una lnea recta. Las constantes K y n se toman en la interseccin de la lnea y la pendiente de las misma respectivamente.RESULTADOSPesos de Carbn Activado# SolucinPeso (g)

11.0081

21.0169

31.0023

41.0055

51.0096

61.0097

71.0025

81.0230

91.0396

Tabla 1 Pesos de Carbn Activado

Dentro del laboratorio se obtuvieron los datos de la concentracin inicial del cido actico (), la concentracin de hidrxido de sodio (), el volumen de hidrxido de sodio (). A partir de estos datos se procedi a calcular la concentracin final del cido actico tomando 10 ml de este luego de realizar el proceso de filtracin. Para esto se utiliz la ecuacin de disolucin en donde se establece que:

(1)En donde:: Volumen del cido actico final.: Concentracin del cido actico final.Se procede luego, a despejar de la ecuacin 1 la concentracin del cido actico final obteniendo para el dato nmero 1: (2)Tabla No 2. Datos obtenidos de proceso de titulacin del cido actico con hidrxido de sodio.DatoNoConcentracin inicial del cido actico(N)Concentracin de NaOH(N)Volumen de NaOH (ml)Concentracin final del cido actico(ml)

10,20,29,50,19

20,150,26,80,102

30,120,24,80,0576

40,10,23,80,038

50,050,22,50,0125

60,030,22,30,0069

70,020,21,30.0196

81.10.0166

90.01

Con el fin de evaluar el fenmeno de adsorcin a partir de la ecuacin de Freundlich, se procedi a determinar la cantidad en gramos de cido actico adsorbido por el carbn activado, restando la concentracin inicial menos la final y multiplicndolo por su peso molecular ( y por la alcuota utilizada durante la titulacin (0.001L) con el fin de obtener el dato en las unidades deseadas, ya que, teniendo en cuenta que la concentracin del cido actico en unidades de molaridad es igual la normalidad se podran tomar estas como (: (3)En Donde, X corresponde a la masa en gramos del cido actico adsorbidos.Por ejemplo para el dato No 1 se tendra que: (4)A partir de este dato se calcul la cantidad de gramos de cido actico por gramos de carbn activados representado con la letra Y, a partir de la siguiente ecuacin: (5)En donde:X: Cantidad en gramos de cido actico adsorbido.M: Gramos de sustancia de carbn activado.Siguiente a esto, se procede a determinar el logaritmo en base 10 de la concentracin final y de Y con el fin de poder realizar la grfica que representa la curva de adsorcin, con el fin de obtener el valor de las constantes K y n correspondientes al punto de corte de la recta y a la pendiente respectivamente (Grafica No1).Tabla No 3. Datos obtenidos para realizar la curva de adsorcin a partir de la ecuacin de FreundlichDatoNoX(g)Y= x/MLog CfLog Y

10,03860,0386-0,72-1,221

20,03830,0383-0,991-1,340

30,03740,03744-1,239-1,426

40,02720,0272-1,420-1,429

50,01250,0125-1,903-1,647

60,007860,00786-2,161-1,8582

70,004920,00492-2,744-1,9617

8

Grfica No 1. Grafica de log Y en funcin de log . Isoterma de Freundlich.

Luego se procedi a determinar el valor de N a partir de la teora del fenmeno de adsorcin, desarrollada por Langmuir, por lo que segn la teora es necesario graficar /y contra , de la cual se obtiene una pendiente que representa 1/N y su interseccin 1/Nb.Tabla No 4. Datos obtenidos para realizar la curva de adsorcin a partir de la ecuacin de Langmuir.No DatoConcentracin final de cido actico

10,1925

20,10224,561

30,057610,606

40,0384,894

50,01252,631

60,00691,454

70,00181.194

8

Grfica No 2. Grafica de /y en funcin de . Isoterma de Langmuir

A partir del valor obtenido de las pendientes en cada isoterma se procede a determinar el rea superficial de contacto, por medio de la siguiente frmula: (6)En Donde:A: rea superficial de contacto en metros cuadrados por gramo: Nmero de Avogadro.

: rea ocupada por una molcula adsorbida, sobre la superficie: Pendiente de cada Isoterma.Asumiendo que es igual a 21 A.+Remplazando se tendra que, para la pendiente obtenida de la isoterma Freundlich:

Ahora para la pendiente obtenida de la isoterma de Langmuir se tiene en cuenta que , despejando y remplazando:

ANLISIS DE RESULTADOSInicialmente hay que tener presente que la relacin entre la cantidad de sustancia adsorbida por un adsorbente y la presin o concentracin de equilibrio a una temperatura constante se denomina isoterma de adsorcin.La imagen uno en donde se grafican los valores de log Y contra log c da como resultado una lnea recta cuya pendiente es 1/N que vendra siendo una constante que representa una isoterma til para determinar el comportamiento del carbn activado, evidenciando que a medida que aumenta la concentracin del cido actico en la solucin aumenta la cantidad o el volumen de la base titulante, retardando la llegada al equilibrio,La siguiente grafica relaciona la cantidad de cido adsorbido por gramo de carbn vs la concentracin de cido explicando de forma completa el proceso que conduce a la formacin de multicapas, ya que las isotermas correspondientes que tienen formas no dan lugar en la representacin de Langmuir a una lnea recta, y por consiguiente la teora expuesta del mismo no es aplicable en estos casos, sin embargo hay que tener en cuenta que aunque la grfica de la Isoterma de Freundlich que representa un valor ms cercano a 1en su pendiente en relacin a la grfica del isoterma de Langmuir para hallar el rea superficial experimental del carbn activado se sale del rango establecido por la bibliografa, por lo contrario el isoterma de Langmuir que da un valor ms lejano a 1 en su pendiente da un valor de que corresponde a un valor terico acertado y dentro del rango usable para determinar la adsorcin del cido actico por carbn activado suponiendo las molculas de cido actico debieron penetrar los poros del carbn activado y por ende los mismos deben de tener un dimetro mayor que las molculas de impurezas y en este caso se cumple debido al rango arrojado por Langmuir.Los diferentes errores se atribuyen a la mano de los integrantes a la hora de la titulacin, debido a que el viraje con NaOH se haca muy rpido impidiendo el cierre del dosificador de manera inmediata.

CONCLUSION A medida que aumenta la concentracin del cido actico (adsorbato) aumenta la relacin entre la cantidad adsorbida por gramo de carbono. A mayor porosidad, mayor ser la adsorcin de la sustancia. Debido a la velocidad por llegar al equilibrio del carbn activado se determina que es buen adsorbente del cido actico. Se comprob la utilidad de las isotermas de Langmuir y de Freundlich para determinar el rea superficial experimental del carbn activado encontrando a la isoterma de Langmuir en el rango de los datos tericos.

BIBLIOGRAFA1. Procesos De Adsorcin. [En lnea] 2 De Abril del 20122. Adsorcin [En lnea] 2 de Abril del 20123. Superficies slidas: adsorcin y catlisis heterognea. [En lnea] 2 de Abril del 2012

PREGUNTAS DE INVESTIGACIN Tipos de adsorcin Cabe distinguir tres tipos de adsorcin segn que la atraccin entre el soluto y el adsorbente sea de tipo elctrico, de Van der Waals o de naturaleza qumica. La adsorcin del primer tipo cae de lleno dentro del intercambio inico y a menudo se le llama adsorcin por intercambio, que es un proceso mediante el cual los iones de una sustancia se concentran en una superficie como resultado de la atraccin electrosttica en los lugares cargados de la superficie. Para dos absorbatos inicos posibles, a igualdad de otros factores, la carga del in es el factor determinante en la adsorcin de intercambio. Para iones de igual carga, el tamao molecular (radio de solvatacin) determina el orden de preferencia para la adsorcin. La adsorcin que tiene lugar debido a las fuerzas de Van del Waals se llama generalmente adsorcin fsica. En estos casos, la molcula adsorbida no est fija en un lugar especfico de la superficie, sino ms bien est libre de trasladarse dentro de la interfase. Esta adsorcin, en general, predomina a temperaturas bajas. La adsorcin de la mayora de las sustancias orgnicas en el agua con carbn activado se considera de naturaleza fsica. Si el adsorbato sufre una interaccin qumica con el adsorbente, el fenmeno se llama adsorcin qumica, adsorcin activa o quimisorcin. Las energas de adsorcin son elevadas, del orden de las de un enlace qumico, debido a que el adsorbato forma unos enlaces fuertes localizados en los centros activos del adsorbente. Esta adsorcin suele estar favorecida a una temperatura elevada. La mayor parte de los fenmenos de adsorcin son combinaciones de las tres formas de adsorcin y, de hecho, no es fcil distinguir entre adsorcin fsica y qumica.Aplicaciones de la adsorcin Industria alimentaria Decoloracin en la industria azucarera Decoloracin de aceites en la refinacin

Ingeniera Ambiental Desulfuracin del gas natural (eliminacin de H2S) Eliminacin de agua en efluentes gaseoso (secado) Eliminacin de olores o impurezas desagradables de gases industriales como el dixido de carbono o del aire Recuperacin de compuestos orgnicos voltiles (acetona) de corrientes gaseosas Procesos de potabilizacin de aguas Control de sabor y olor Eliminacin de microcotaminantes Eliminacin de exceso de desinfectante (cloro, ozono) Depuracin de aguas residuales: tratamiento terciario

Ejemplos de adsorcin fsica Adsorcin fsica de gases y vapores por carbones Adsorcin de agua sobre el desecante slice gel, vapores de disolventes sobre Carbn activado, depsito de vapor de agua sobre vidrios, espejos,

Ejemplos de adsorcin qumica Formacin de xido de Fe, por la reaccin del oxgeno con la superficie de objetos de Fe. Reacciones covalentes para inmovilizar enzimasAdsorcin en anlisis cromatografico La separacin depende de los equilibrios de adsorcin-desorcin de los componentes de la mezcla, entre la fase estacionaria slida y la fase mvil liquida o gaseosa. La fuerza con que es adsorbido un componente depende de la polaridad de este, de la actividad del adsorbente y de la polaridad de la fase mvil. En general cuanto ms polar es un compuesto ms fcilmente ser adsorbido. Isoterma de adsorcin La relacin entre la cantidad de sustancia adsorbida por un adsorbente y la presin o concentracin de equilibrio a una temperatura constante se denomina isoterma de adsorcin. Se han observado en general cinco tipos de isotermas en la adsorcin de gases en slidos, en los casos de quimiadsorcion solo se presentan isotermas del tipo I.Un concepto til en las discusiones de isotermas de adsorcin es el de cobertura o recubrimiento. Consideremos una superficie que ha establecido un equilibrio con un adsorbato a una presin P menor que la presin de saturacin Po.El nmero de sitios libres para que el adsorbato se adsorba nl ser menorque el nmero total de sitios de donde el adsorbato puede adsorberse nt. Designamos como cobertura, , al cociente: = (nt- nl)/nt

Cuando un proceso se lleva a cabo sin que el recubrimiento cambie, se le llama esotrico.

Calor diferencial de adsorcin y calor integral de adsorcin Existen dos formas de expresar el calor de adsorcin: el calor integral de adsorcin, que es sencillamente la cantidad global de calor que genera el sistema durante el proceso de adsorcin; se expresa como cantidad de energa (caloras, julios, etc) por gramo de adsorbente, y calor diferencial de adsorcin que tiene e cuenta la naturaleza del adsorbato, y que se expresa como cantidad de energa por mol del adsorbato particularmente considerado. Desorcin Es una operacin unitaria en la cual se pone en contacto una corriente lquida con una corriente gaseosa, con el fin de realizar la transferencia de uno de los componentes de la corriente lquida a la corriente gaseosa. Por definicin la desorcin es lo contrario a la adsorcin; la eliminacin de materia desde un medio adsorbente, usualmente para recuperar material.


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