Adsorción de ácido acético sobre carbón vegetal e Isoterma de adsorción de Gibbs

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7/23/2019 Adsorción de ácido acético sobre carbón vegetal e Isoterma de adsorción de Gibbs http://slidepdf.com/reader/full/adsorcion-de-acido-acetico-sobre-carbon-vegetal-e-isoterma-de-adsorcion 1/20 06 de Septiembre de 2012 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIAS CAMPUS GUANAJUATO Labratri de Fi!i"#$%mi"a Pra"ti"a & ' 6 (Ad!r"i)* de +"id a",ti" !bre "arb)* -e.eta/ e I!terma de ad!r"i)* de Gibb! Pre!e*ta* O!"ar Era%* Fer*+*de3 De/.ad J$a* Emma*$e/ Ram%re3 Urti3  4-a* Arr' Ga*em 5ir.i*ia arra*

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06 de Septiembre de 2012

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIAS

CAMPUS GUANAJUATO

Labratri de Fi!i"#$%mi"a

Pra"ti"a & ' 6 (Ad!r"i)* de +"id a",ti" !bre "arb)* -e.eta/ e I!terma

de ad!r"i)* de Gibb!

Pre!e*ta*

O!"ar Era%* Fer*+*de3 De/.ad

J$a* Emma*$e/ Ram%re3 Urti3

 4-a* Arr' Ga*em

5ir.i*ia arra*

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Vicky solo la portada del reporte déjala tal cual esta, modifícate lo demás, que quede una

 presentación bien padre; dale tu toque

O7JETI5OS

18 Primera parte: Determinar tanto la isoterma de adsorción como la relación existente entre eácido acético adsorbido por el carbón activado, y comparar su comportamiento por medio de

distintas ecuaciones de adsorción.28 Segunda parte: Identificar el efecto en la adicción de los alcooles sobre la tensión superficiadel agua v!a isoterma de adsorción de "ibbs

INTRODUCCION

PRIMERA PARTE

#anto en $isico%u!mica como en #ermodinámica, necesitaremos conocer el comportamiento de dossustancias %ue no interaccionen entre si pero si exista una adesión de part!culas entre las superficiesde las mismas &sustancia solida con sustancia %u!mica'( me)or conocido como fenómeno de adsorciónpor el cual son retenidos átomos y moléculas de una sustancia %ue se encuentra en determinada fase

por la superficie de otra sustancia %ue se encuentra en otra fase, gracias a este fenómeno, obtenemosla formación de una capa de l!%uido o gas en la superficie de una sustancia sólida o l!%uida.*+*-**/

Ima.e* de $* e*)me* de Ad!r"i)*

Fi.$ra 189 Fe*)me* de ad!r"i)* de $* materia/ pr! para atrapar part%"$/a! de $*a

!$!ta*"ia #$%mi"a

#omando en cuenta una superficie de un material en contacto con el aire, tendremos %ue los enlaces de

material presentaran discontinuidades, las cuales tenderán espontáneamente a formar enlaces con laatmósfera %ue lo rodea siempre %ue el proceso sea energéticamente favorable. Si tenemos unasuperficie sólida con nanoporos, estos poros serán capaces de retener gas de la atmósfera %ue lorodea, gracias al fenómeno de adsorción, siendo los llamados centros activos del adsorbente, %uetienen fuer0as de enlace entre sus átomos %ue no están saturadas, de manera %ue admiten la adsorciónde átomos o moléculas del gas %ue lo rodea. *+*-**/

1n toda adsorción contaremos con dos componentes: adsorbente y adsorbato( donde el adsorbentedispondrá de nanoporos, mediante los cuales las fuer0as de enlace entre los átomos no estaránsaturados y se podrá facilitar el acceso al adsorbato, instalándose moléculas de naturale0a distinta a lasuya procedentes de un gas en contacto con su superficie. 2a adsorción es un proceso exotérmico y seproduce por tanto de manera espontánea si el adsorbente no se encuentra saturado. **/

Tip! de ad!r"i)*

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Dentro de este fenómeno cabe distinguir tres tipos de adsorción seg3n su naturale0a, ya sea f!sica o%u!mica, la adsorción del primer tipo se lleva acabo v!a intercambio iónico &proceso mediante el cual losiones de una sustancia se concentran en una superficie como resultado de la atracción electrostática enlugares cargados de una superficie' para dos absorbatos iónicos posibles, donde la carga del ión será efactor determinante en la adsorción de intercambio( esto es por la acción de iones con similitud decargas, donde el tama4o molecular &radio de solvatación' determinara el orden de preferencia para laadsorción. *-*/

2a adsorción f!sica tiene lugar debido a las fuer0as de 5an del 6aals, donde la molécula adsorbida noestá fi)a en un lugar espec!fico de la superficie, sino está libre de trasladarse dentro de la interfasepredominando a ba)as temperaturas. 2a adsorción del ácido acético con carbón activado se considerade naturale0a f!sica. *-*

1n la adsorción %u!mica o %uimisorción, el adsorbato sufre una interacción %u!mica con el adsorbente ylas energ!as de adsorción son elevadas &del orden de las de un enlace %u!mico' por la formación deenlaces fuertes en centros activos del adsorbente, favoreciéndose a una temperatura elevada. *+*

I!terma! de ad!r"i)*

Para poder identificar los fenómenos de adsorción y %ue tipo de adsorción se esta generando

necesitaremos de las isotermas de adsorción, las cuales determinaran la cantidad de gas adsorbido ennanoporos en función de una presión externa( termodinámicamente este concepto sólo puede aplicarsea isotermas de adsorción en e%uilibrio, lo cual se debe poder llegar a cual%uier punto de la curvaelevando o disminuyendo la presión para %ue las curvas de adsorción y desorción coincidan. *+*-*

I!terma de Ad!r"i)* de :e*r'

Imagen extra!da de *ttp:77es.8i9ipedia.org78i9i7dsorci;<;=n

Donde K  es la constante de >enry &el valor de la isoterma de adsorción d n7dP  cuando la presión tiendea cero', m la capacidad de saturación del medio sólido &mol 9g?+' y C i  son los coeficientes del vira@ormalmente tres coeficientes bastan para a)ustar la curva a los datos experimentales.

Grai"a de i!terma! de ad!r"i)*

Ima.e* 289 I!terma! de ad!r"i)* de/ C2:; e* Na<8 E"$a"i)* =1> re*te a dat! e?perime*ta/e!8

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Imagen extra!da de *ttp:77es.8i9ipedia.org78i9i7dsorci;<;=n

I!terma de ad!r"i)* de Fre$*d/i"@

1sta isoterma nos describe una relación establecida entra la masa adsorbida de sustancia por unasuperficie y su masa adsorbente &x7m', en función a una constante para mantener en e%uilibrio efenómeno de adsorción &A', expuesta a una presión de un gas sobre su superficie &p' en base a unasustancia aderida &n'. *-*

I!terma de Ad!r"i)* de La*.m$ir8

Se rige por cuatro postulados

+. 1l adsorbato es aderido al sólido en una sola capa de moléculas. */-. 1l adsorbato es un gas. */. 2a velocidad de adsorción es proporcional al n3mero de colisiones de las moléculas del gas con

respecto a la superficie de la sustancia adsorbente. *//. 1n la adsorción se establece un e%uilibrio entre la cantidad aderida en la superficie y la cantidad

%ue se separa de la superficie. */

De un modo mas sinteti0ado la ecuación nos describe la relación de la fracción en una superficieocupada por moléculas gaseosas &B', %ue se regirá tanto por su constante de adsorción &A+' comodesorción &A-', influida por la presión del gas &p'. *+**/

 plicando algebra y sustituyendo 9+  7 A- C A C b y B por y7ym, transformamos la ecucaion ainvertirla y multiplicaremos por p todos los términos y nos %uedara una ecuación seme)ante a la de larecta yC mx b

1n esta ecuación observaremos la relación entre la presión del gas &p' con la masa adsorbida por gramodel adsorbente a una presión &y', en función a la masa de gas %ue se adsorbe un gramo de adsorbentecuando se encuentra completa su monocapa &ym'. *

E"$a"i)* de 7r$*a$er Emmet ' Te//er =7ET>8

1sta ecuación toma se basa en el eco de %ue un sólido se cubre de varias capas por lasustancia adsorbida &adsorbato', por lo %ue la ecuación de la isoterma de 2angmuir de)a de ser 3til parael estudio de estos fenómenos. *-**/

2a ecuación de =1# tiene la forma:

Donde:

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1stableciendo una relación entre la presión de un gas &p' con la presión de vapor saturado en eadsorbato &PE', en función de la masa %ue a sido adsorbida por un gramo del adsorbente a una presióndada &y' y masa de gas %ue se adsorbe cuando se encuentra completa la primera capa &ym' en relacióna la constante de proporcionalidad &b' %ue mantendrá el sistema en e%uilibrio %u!mico. *-**/

Ap/i"a"i*e!

• Industrial: la extracción de umedad del aire comprimido.• Purificación de agua, tratamiento de aguas residuales, %uitar olores, sabores o colores no

deseados en aceites, )arabes de a03car, en la desumidificación de gasolinas, o en el secado deaire.

• Fbtención de nitrógeno.• Industria farmacéutica, para la obtención de medicamentos

*+*

SEGUNDA PARTE

I!terma de ad!r"i)* de Gibb!

2a isoterma de adsorción de "ibbs se establece para:

+. Sustancias %ue presentan en su estructura una parte polar y una no polar y son solubles tanto eagua como en disolventes no polares e idrocarburos. *-

-. Si las moléculas de las sustancias se sit3an en una interfase y se orientan de tal forma %ue sugrupos idrof!licos %uedan en la fase acuosa y las cadenas idrocarbonadas escapan a la faseno polar. *

. ctividad superficial: fuerte adsorción desustancias en una superficie o interfase formando capamonomoleculares y orientadas. *+*/

/. 2a tendencia de moléculas surfactantes en el adsorbato a acumularse en la interfase ymanipulando la expansión de la misma. *-*

$avoreciendo en base a los puntos dilucidados, calcular la magnitud de la adsorción en la superficie deun l!%uido, a partir de datos de tensión superficial. *+*/

Por lo %ue todo fenómeno de adsorción %ue desee aplicarse con esta isoterma debe tener:

Interfase: Gegión tridimensional de contacto entre dos fases H y , en la %ue sus propiedades

var!an desde las correspondientes a la fase H asta lasde la fase . **/ #ensión superficial: tendencia espontánea de todo sistema a minimi0ar su área superficia

Donde su efecto minimi0ara el área interfacial, provocando cambios de la presión de vapor y lacapilaridad. **/

<apilaridad: determinado por las interfaces %ue limitan la columna de l!%uido: la interface

l!%uido7tubo &li%7sol'( interface del l!%uido con la fase %ue este por encima &gas normalmente', y lainterface entre el sólido del tubo y esta fase &sol7gas'. **/

2a 3nica interface %ue puede modificarse ba)o la acción de las tensiones superficiales es la formadaentre el l!%uido y el gas.

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O

Donde las ecuaciones dilucidan la relación entre la concentración en función de la tensión superficial, latemperatura y la respectiva constante de los gases ideales, %ue será la me)or forma de representar unfenómeno adsorbido por "ibbs. *-*

CUESTIONARIO PRE5IO

Vicky por favor investiga y contesta las preguntas 2, ,! y "#; y claro se$ala la referenciaal final de tus respuestas donde la investigaste

+.? <uales son las limitantes para la aplicación de la ley de 2angmuir.

2a siguiente ley postula: J2os gases al ser absorbidos por la superficie del sólido, forman 3nicamenteuna capa de espesor monomolecularK. Donde el proceso de adsorción consta de dos accioneopuestas, una de condensación de las moléculas en la fase de gas sobre la superficie, y la otra de laevaporación de las situadas en la superficie del gas( por lo tanto cuando principia la adsorción cadamolécula %ue colisiona con la superficie puede condensarse en ella, pero al proseguir esta accióncabe esperar %ue resulten adsorbidas a%uellas moléculas %ue inciden en alguna parte de la superficieno cubierta todav!a, pero además una molécula es capa0 de liberarse por la agitación térmicaescapándose acia el gas. <uando las velocidades de condensación y de liberación se acen igualesentonces se establece el e%uilibrio.  *http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuac%C3%B3n_de_Langmuir]

Por tanto cuando un solido se cubre de varias capas de la sustancia adsorbida, esta isoterma ya noes 3til. *-

 

-.? Investigar cuándo la ecuación de $reundlic se transforma en la ecuación de la ley de 2angmuir.

.? Indicar algunos compuestos %ue pueden ser adsorbidos por carbón activado.

•  lacloro•  ldrin

•  ntraceno• Desetilatracina• +,/?Diclorobenceno• -,L?Diclorofenol• p?@itrofenol• F0ono• Pentaclorofenol• Paration• -,/?Dinitrotolueno• =utilbenceno

*ttp:77888.lenntec.es7adsorcion.tm

/.? Indicar %ué otras sustancias pueden ser empleadas como adsorbentes.

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• <arbonato de <alcio•  lmidon• 1stearato de Minc• #risilicato de Nagnesio• <aol!n• #alco

*ttp:77es.8i9ipedia.org78i9i7genteOadsorbente

L.? 1xplicar por%ue se llaman isotermas.

Por%ue describen el e%uilibrio de la adsorción de un material en una superficie l!mite atemperatura constante v!a una curva grafica %ue describe mencionado comportamiento **/

.? Definir %ue es la tensión superficial e interfacial.

#ensión superficial: Gepresenta en l!%uidos la cantidad de energ!a necesaria para aumentar su

superficie por unidad de área. *+**/

#ensión Interfacial: Ne)or conocida como la energ!a libre existente en la 0ona de contacto de dosl!%uidos inmiscibles *+**/

Q.? Describir el método de ascenso capilar para determinar la tensión superficial de un l!%uido.

<uando un l!%uido asciende por un tubo capilar y mo)a las paredes del tubo, forma un meniscocóncavo en la superficie l!%uido?aire en virtud de una diferencia de presión entre el l!%uido contenidoen el recipiente y la presión del l!%uido en el interior del capilar. 1sta diferencia de presión provoca un

ascenso del l!%uido en el interior del capilar %ue se detiene en el momento en %ue las presiones soniguales, es decir la presión idrostática de la columna de l!%uido en el capilar y la presión fuera demismo.

Por tanto, mientras más suba el l!%uido por el capilar, la diferencia de presiones es mayor y por lotanto mayor es el valor de la tensión superficial del l!%uido. 1sto están representado en la ecuaciónde Roung?2aplace

Donde se observa %ue la tensión superficial depende directamente de la diferencia de presionesmientras %ue el radio del capilar la afecta inversamente. *+*-

.? Describir como se calibra el dispositivo para medir tensión superficial por el método de ascensocapilar.

T.? <omprobar las unidades de U aciendo el análisis de unidades de la ecuación de "ibbs.

+E.? V1n %ué casos Ui presenta valor positivo y negativoW.

MATERIALES REACTI5OS 4 EBUIPO

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Vicky, elaborate las tablas conforme a los reactivos y materiales que utili%amos estas

 practicas & y ', mejoraras si puedes 

Primer a parte

Materia/ Rea"ti-!

=uretas de -L ml Disolución valorada de @aF> E.+ @+ "radilla Disolución de fenolftale!na al +;

- Pin0as para bureta Xcido acético glacial+ nillo metálico <loroformo

+ =a4o mar!a a /E Y<+/ #ubos de ensayo de E ml con tapón

- Soportes universales- 1mbudos de separación de LE ó +EE ml

- Probetas de LE mlL 5asos de precipitados de +EE ml/ Natraces 1rlenmeyer de +EE ml

+ #ermómetro ?+E a -EE Y< 

Se.$*da Parte

Materia/ Rea"ti-!

- soportes universales 1tilénglicol- pin0as de tres dedos con nue0. gua destilada

+ refrigerante 2iebig

+ termómetro.+ termómetro diferencial.

+ matra0 balón+ )uego de conexiones para destilación.

- matraces 1rlenmeyer 

+ parrilla eléctrica+ bomba para recircular agua

.

DIAGRAMAS DE FLUJO METODOLOGIA

.

Vicky, elabora por favor los diagramas de flujo con base a la practica que acabamos de reali%ar y ', si puedes mejorar el dise$o y presentación de los diagramas, perfecto, recuerda si somomas el reporte tiene que mejorar 

Preparar me0clasde ácido acético

como se indica entubos de ensayo de

E ml.

Nedir volumen decada sustancia

con ayuda debureta

Geali0ar Ne0clasanteriores a

#emperaturaambiente

Después de cadagota adicionada

agitar la me0cla yobservar laapariencia

 gregar aguadestilada a cada tubo

por medio de unabureta, gota gotaasta enturbiar 

2levar un registroadecuado de los

experimentos

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Determi*a"i)* de /a! /%*ea! de $*i)*

Prpiedade! C/i.ati-a! 1

Prpiedade! C/i.ati-a! 2

<on los datos delregistro construir la

isotermacorrespondiente

Narcar - embudosde separación con

y = y colocar lasme0clas se4aladas

 gitar ambas me0clasdurante E min. Demanera continua

liberando el exceso depresión interna

Después del tiempode)ar reposar durante

+L minutos

 dicionar LE ml de aguadestilada y titular con@aF> E.+ @ valorado

previamente empleandofenoftaleina comoindicador 

#omar con una pipetaE.+ ml de cada fase y

colocarla en matra01rlenmeyer

Separar la fase etéreade la fase acuosa,

medir el volumen total yla densidad década

fase

Gepetir punto anterior por duplicado tanto

para la fase orgánicacomo para la acuosa

Determine el punto deebullición del agua

destilada, antes de iniciar elcalentamiento agregar 

perlas de ebullición

<olocar el aguadestilada y el 1" en un

matra0 bola de

acuerdo a lo indicado

Nontar e%uipo parapunto de ebullición deacuerdo con la figura

 notar observaciones

 4adir el tubo asta

%ue se aya disuelto laurea por completo y setenga una disolución

if

Pese al tubo de

ensayo pe%ue4o yluego por diferenciapesar alrededor de +

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RESULTADOS

(epresentación y descripción previa del diagrama que ustedes emplearan )uan e *van, si lesirven estas elucidaciones adelante, si no pueden borrarlas con confian%a+

i pueden investiguen también la veracidad de ciertas elucidaciones, para que lo complementeaca que la maestra -na diga sssss+ .stedes pueden

.

DISCUSION

Durante el desarrollo de la practica pudimos observar la relación entre la cantidad de sustanciaadsorbida por un adsorbente, ácido acético con carbón activado, y la presión o concentración dee%uilibrio a una temperatura constante &isoterma de adsorción'.

2os resultados arro)aron valores congruentes, ya %ue a medida %ue aumenta la concentración del ácidoacético &adsorbato' aumenta la relación entre la cantidad adsorbida por gramo de carbono y eso fue lo%ue sucedió( por lo tanto para %ue el ácido acético aya sido adsorbido por el carbón activado, susmoléculas debieron de penetrar los poros del mismo, en consecuencia, los poros del carbón deben detener un diámetro mayor %ue las moléculas de impure0as, y en este caso se logra el ob)etivo, tal efectolo notamos al titular.

 l graficar log v vs. log c, dio como resultado una l!nea recta cuya pendiente positiva es igual a +7n %ue es una

constante. 1sta isoterma es 3til para predecir el comportamiento del carbón activado en la mayor!a de lasaplicaciones tanto en fase li%uido, observando %ue el aumento en la concentración del ácido acético en la soluciónes proporcional a la cantidad y el volumen de la base titulante &@a F> y fenoftaleina como indicador' retardando lallegada al e%uilibrio.

1n nuestros resultados pudimos obtener la recta +7 v vs. +7 c( esta isoterma representa el comportamiento ennuestro fenómeno de adsorción, su magnitud fue dependiente de la temperatura, confirmando seg3n lo elucida laliteratura %ue la ecuación de 2angmuir es superior frente a la isoterma de $reundlic, debido a la naturale0a denuestro fenómeno.

@uestra grafica %ue indica la relación entre la cantidad de ácido adsorbido por gramo de carbón, con nuestraconcentración del ácido, nos detalla el proceso %ue conduce a la formación de multicapas, debido a %ue lasisotermas correspondiente %ue tienen forma s no dan lugar en la representación de 2angmuir a una l!nea recta, ypor consiguiente la teor!a expuesta del mismo no es aplicable en estos casos.

<olocar este tubodentro del tubo

grande para armar ele%uipo

Gepetir el experimentoa4adiendo + gr de urea

mas la disolución anterior y determinar de nuevacuenta el descenso

 gitar la disolucióncontinua y vigorosamente

con movimientosverticales a una

frecuencia de + por segundo

#omar lecturas detemperatura cada

minuto para elaborar lacurva de enfriamiento

en disolución

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1sta isoterma =.1.#. sugiere por su conducta %ue la adsorción en varias capas tiene un comportamiento donde supunto principal corresponde al volumen adsorbido necesario para dar una capa monomolecular del l!%uido en lasuperficie. Debido a ello el área del sólido para u peso definido de carbón activado de +,TTg sea de E.E/+- m-&área del carbón'.

Por lo tanto para %ue el ácido acético alla sido adsorbido por el carbón activado, sus moléculas debieron depenetrar los poros del mismo, en consecuencia, los poros del carbón deben de tener un diámetro mayor %ue lasmoléculas de impure0as, y en este caso se determino por medio del filtrado y posteriormente la titulación de los

filtrados.

O7SER5ACIONES

Para poder elaborar con éxito la practica y elucidar con certe0a nuestros resultados y discusiones( senecesito determinar la isoterma de absorción, determinando primero el peso molecular en función de laconstante crioscopia del solvente o adsorbato &ácido acético', también se determino para la función consu punto de congelación.

 un%ue el tama4o de las part!culas del carbón no influyen directamente en la adsorción ni con edisolvente o adsorbato &propiedades coligativas', resulta provecoso el empleo de carbón pulveri0adopara disminuir el tiempo de contacto necesario para %ue ocurra la adsorción de manera apreciable, ello

lo pudimos determinar a la ora de agitar los matraces durante los tiempos se4alados y al filtrar.<uando se emplea carbón activado pulveri0ado en los procesos de adsorción, es recomendable eempleo de filtros especiales para obtener una filtración más eficiente, debido a %ue el papel filtro delaboratorio es susceptible al solido( esto lo comprobamos al reali0ar una comparación entre nuestrosresultados y los del e%uipo +.

CONCLUSIONES

• Se reviso y comprobó sobre la exactitud y linealidad en las Isotermas, tanto la de langmuir como

la de $reundlic, elucidándolas como factores importante en estudios de adsorción.

• Se determino experimentalmente, %ue a medida %ue aumenta la concentración del ácido acético

&adsorbato', también aumenta la relación entre la cantidad adsorbida por gramo de carbono&adsorbente', y afecta la concentración del compuesto %u!mico al momento de titular, debido a%ue el carbón activado &como comprobamos' arro)aba datos de adsorción de manera eficiente yen un corto tiempo, debido a la velocidad por llegar al e%uilibrio.

• 2a isoterma =.1.#. era la mas indispensable indispensable para medir el área del carbón vegetal

ya %ue los estudios de adsorción son muy irregulares y porosos y por ello no es posible obtener

ese valor directamente.

7I7LIOGRAFIA

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[2] Ira *. +eine. (200). "isio#u$mia -ol. 1. Editorial / ra ilInterameriana. '13 paginas

[3] Ra4mond 5hang. (200). "isio#u$mia. Editorial / ra ill Interameriana100 paginas

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[] ans 6uhn. (2012). Prinipios de "isio#u$mia. Editorial 5engage +earning103 paginas

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