FISICO QUIMICA LAB,

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

”ADSORCIÓN” FACULTAD: INGENIERIA DE PESQUERA Y ALIMENTOS

ESCUELA: INGENIERIA DE ALIMENTOS

CURSO: FISICOQUIMICA

PROFESOR: MARY MARCELO

INTEGRANTES: Álvarez Segovia Jhoel

Macedo Cuaguila Dany Daniel

Placido Oscco Richard Hansis

Ramirez Sotelo Patricia

BELLAVISTA –CALLAO

2010INFORME Nº8 Página 1

N1V1=N2V2

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ADSORCIÓN

I. OBJETIVOS

Determinar los componentes del adsorbente y del adsorbato

II. CALCULOS Y RESULTADOS

Al desarrollar el procedimiento correctamente obtuvimos los siguientes datos que usaremos para hacer la verificación matemática:

Se preparó 100 ml de ácido acético 2N a partir de ácido acético 17N (patrón)

N1 V1 = N2 V2

(17N) (V) = (2N) (100ml)

V = 11.76ml

VH2O = 88.2ml

A partir de dicho patrón se preparó 100 ml de soluciones de ácido acético a 0.8 N, 0.4N, 0.08N, 0.04N.

Para 0.8N: (2) Vi = (0.8)(100ml) V1= 40m

Para 0.4N : (2) V2 = (0.4)(100ml) V2=20ml

Para 0.08N: (2) V3 = (0.08)(100ml) V3= 4ml

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Luego pasemos a titular las distintas concentraciones (10ml de solución) con NaOH a la concentración de 1N agregando antes a cada concentración de 2 a 3 gotas de fenolftaleína obteniendo así los siguientes resultados.

MUESTRA CONCENTRACION GASTO en ml de NaOH en 100 ml

1 0.8 158

2 0.4 76

3 0.08 13

4 0.04 7

Ahora hallemos “c” mediante la siguiente fórmula:

NaVa =NbVb

Y los gastos del NaOH que se encuentran en la tabla

Para 0.8N: Na1(100ml) = (1N)(158ml) C1 =Na1 = 1.58N

Para 0.4N: Na2(100ml) = (1N)(76ml) C2 = Na2 = 0.76N

Para 0.08 : Na3(100ml) = (1N)(13ml) C3 = Na3 = 0.13N

Para 0.04: Na4(100ml) = (1N)(7ml) C4 = Na4 = 0.07N

Ahora hallemos “x”

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Sabemos que el Acido Acético (CH3COOH) tiene ø= 1 entonces:

N = M =

N = Ni - Na

Peso molecular de CH2COOH = 60 gr/mol

Además: N = M ya que ө = 1

MUESTRA 1:

Na Va= Nb Vb

Na (100ml) = (0.5N) (158ml)

Na = 0.79N

Adsorbida= C=0.8N - 0.79N = 0.01N

Para 0.8 N:

X1= (0.01N) (60) (0.1L)

X1=0.06 g

Ln (X/m) =Ln (0.06 / 0.5)

Ln (X/m) =-2.1203

MUESTRA 2:

Na Va = Nb Vb

Na (100ml)= (0.5N) (76ml)

Na=0.38N

Adsorbida=C=0.4N - 0.38N =0.02N

Para 0.4 N:

X2= (0.02N) (60) (0.1L)

X2= 0.12 gr

Ln (X/m) = Ln (0.12 / 0.5)

Ln (X/m) = -1.4271

MUESTRA 3:

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Na Va =Nb Vb

Na (100ml)= (0.5N) (13ml)

Na=0.065N

Adsorbida= C=0.08N - 0.065N =0.015N

Para 0.08 N:\

X3= (0.015) (60) (0.1) = 0.09gr

Ln (X/m)=Ln (0.09 / 0.5)=-1.7148

MUESTRA 4:

Na Va =NbVb

Na (100ml)= (0.5N) (7ml)

Na= 0.035N

Adsorbida= C=0.04N - 0.035N=0.005N

Para 0.8 N

X4= (0.005) (60) (0.1)= 0.03 gr

Ln (X/m)=Ln (0.03 / 0.5) =-2.8134

Hallando “k” y “b”

[ ] X = Ln (c) Y = Ln (x/m)

0.8N -4.6052 -2.1203

0.4N -3.920 -1.4271

0.08N -4.1997 -1.7148

0.04N -5.2983 -2.8134

Mediante la Ecuación de Freundlich:

Ln (x/m) = Lnk + bLnc

Donde:

x: gramos de sustancia adsorbida (adsorbato)m: gramos de adsorbente = 0.5gr (carbón activado)k: constante del adsorbentec: concentración de equilibriob: constante del adsorbato

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Del grafico: m= b=AGREGAR

Hallamos “k”:

Obteniendo “b” del grafico anterior solo nos queda reemplazar en la siguiente fórmula:

Y = AGREGAR x + AGREGAR

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Ln(x/m) = bLn c + Ln k

Entonces:

Ln k = AGREGAR k = AGREGAR

III. CONCLUSIONES:

Para el laboratorio se muestra que a medida que aumenta la concentración del ácido acético (adsorbato) aumenta la relación entre la cantidad adsorbida por gramo de carbono activado (adsorbente).

El carbón activado pulverizado proporciona datos de adsorción de manera eficiente y en un corto tiempo, debido a la velocidad por llegar al equilibrio.

Durante esta práctica la numero ocho realizada en nuestro laboratorio de físico química, se presentó una adsorción de tipo físico debido a que no hubo reacción química entre el ácido acético y el carbón activado.

Hemos hallado en el laboratorio que los gastos han disminuido al igual que su concentración utilizada, siendo ellos esenciales para concluir con nuestro objetivo de esta practica que es hallar b y k.

Nos damos cuenta que a mayor concentración en la solución, mayor será la cantidad de soluto adsorbida cuando se mantiene la cantidad de adsorbente constante.

En la grafica, gracias a Ln(x/m) y Ln(c) encontramos los 4 puntos que nos dieron una línea recta la cual nos sirvió para hallar la pendiente b y Ln(k).

Nos damos cuenta que sus factores como es la naturaleza del adsorbato y el área superficial del adsorbente influyen mucho en la adsorción.

Este laboratorio nos sirvió para aprender mas sobre la adsorción y también saber diferenciar con la absorción las cuales son muy diferentes.

IV. CUESTIONARIO:

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a) Diferencias entre adsorción Física y adsorción Química

ADSORCIÓN FÍSICA

Es la fijación de una molécula de gas en la superficie de un sólido, mediante fuerzas de atracción-repulsión de tipo Van der Waals (análogas a las existentes en gases reales, cambios de fase...) se caracterizan en que:

- Es específica del par gas (adsorbato) sólido (adsorbente),- No se modifica el estado electrónico del gas ni del sólido, entonces las

especies no se alteran,- la energía implicada es del mismo orden de magnitud que un calor latente

de condensación (relativamente baja),- es un fenómeno rápido aunque puede verse disminuida su velocidad por

efectos de difusión del gas en poros,- forma una o más capas de moléculas adsorbidas,- puede acompañarse de condensaciones capilares (efecto negativo) cuando

los sólidos son porosos.

Si el adsórbalo y la superficie del adsorbente interactúan sólo por medio de fuerzas de Van der Waals, se trata de Adsorción Física. Las moléculas adsorbidas están ligadas débilmente a la superficie y los calores de adsorción son bajos, apenas unas cuantas Kilocalorías, comparables al calor de vaporización del adsórbalo. El aumento de la temperatura disminuye considerablemente la adsorción.

Como las fuerzas de Van der Waals son las que producen la licuación, no se produce adsorción a temperaturas superiores a la temperatura crítica del adsórbalo gaseoso; si la presión del gas tiene valores cercanos a presión de vapor de equilibrio para el adsórbalo líquido, se producirá una adsorción más extensa en capas múltiples.

ADSORCIÓN QUÍMICA

Mediante este fenómeno, se fija un gas en la superficie de un sólido, por intermedio de fuerzas de valencia, derivando en nuevos enlaces. Se trata entonces de fuerzas de atracción-repulsión similares a las de una reacción química. Sus características principales son:

- es específica para el par adsorbente-adsorbato,- se modifica el estado electrónico del sistema,- puede alterarse la naturaleza química del gas,- la energía del sistema es del mismo orden de magnitud que aquella de una

reacción química (relativamente grande ≈ 200 kcal/gmol),- no es instantánea (algunas veces, la mayoría, es “activada”),

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- forma una capa unimolecular

La quimisorción puede ser:

No disociativa. Cuando las moléculas de gas no se escinden. Por ejemplo, adsorción de CO sobre metales.

Sólido

O2

Pt

CO

Disociativa. Ocurre una ruptura en los enlaces de la molécula de adsorbato, que puede ser, a su vez:

Homolítica: Si la pérdida de electrones al realizarse la ruptura genera moléculas (fragmentos) con el mismo número de electrones.

adsorción de H2 sobre Pt

Heterolítica: Si un fragmento retiene los electrones resultado de la ruptura (formación de cargas + ó - )

Reversible. El gas adsorbido puede ser recuperado mediante la operación inversa (desorción) sin modificación alguna.

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Irreversible. Se modifica el gas adsorbido y en la desorción observamos una especie diferente.

Fig. 3.2 Actividad catalítica para reacciones heterogéneas.

En otros casos no existe una relación directa entre el n° de sitios activos y la velocidad de reacción, esto debido a defectos existentes en la superficie. Estas reacciones se denominan entonces sensibles a la estructura.

b) Factores de los cuales depende la adsorción

La adsorción depende de las concentraciones respectivas del catión en el adsorbente y el líquido. La fuerza iónica de la solución determina la intensidad de la adsorción, pues la adsorción relativa es proporcionalmente más intensa en soluciones diluidas que concentradas. Cuando se incrementa la fuerza iónica de la solución en contacto con la arcilla, la capa difusa se comprime y el potencial eléctrico decae más rápidamente con la distancia a la superficie. Por consiguiente, la superficie potencial variará en función de la concentración de electrolito y del tipo de carga de la superficie de las partículas (constante o dependiente del pH). Para una superficie pH dependiente, un incremento en la concentración de electrolito generará un descenso de potencial al producirse un aumento de la distancia a la partícula.

La temperatura influye en la medida que las reacciones de adsorción son normalmente exotérmicas y por tanto, el grado de adsorción será presumiblemente mayor, al disminuir la temperatura, aunque las variaciones normales de temperatura sólo tienen pequeños efectos sobre el proceso de adsorción.

La fuerza de enlace con que los iones son retenidos o adsorbidos en los lugares deCambio depende, asimismo, de otros factores, entre los cuales cabe citar los siguientes:

- Valencia y tamaño del ión- Densidad de carga, estructura y superficie específica del material de

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intercambio- Concentración relativa de los cationes presentes- Contenido de agua en el sistema (efecto dilución)

La hidratación es directamente proporcional a la carga del ión e inversamente proporcional al radio iónico. Supone un incremento del tamaño del ión y por tanto reduce su movilidad. Los radios iónicos hidratados determinan la movilidad en el filtro de arcilla y, por consiguiente, la concentración relativa de los metales en las aguas.Si se asume que las fuerzas de enlace en la adsorción, son esencialmente electrostáticas y que bajo condiciones ordinarias los iones adsorbidos están hidratados, los cationes con radios hidratados más pequeños se acercarán a los lugares de carga negativa más fácilmente y serán retenidos con más fuerza que un catión de mayor radio hidratado. Según ésto, el Ca2+ será más fuertemente adsorbido que el Mg2+.

La teoría de Gouy establece también que los iones multivalentes se concentran en la doble capa preferentemente sobre los monovalentes. Es decir, los iones divalentes son adsorbidos más fuertemente que los monovalentes. Consecuentemente, la relacion [M2+]/[M+] es mucho menor conforme aumenta la distancia a la superficie de adsorción. Dicha selectividad, que favorece la adsorción de cationes de mayor carga, decrece con el incremento de la fuerza iónica en la solución, mientras que la dilución favorece la retención de los iones de mayor carga. Todo ello puede condicionar de manera importante el proceso de intercambio iónico en un agua salinizada.

La adsorción es, por tanto, ión selectivo. Las series respectivas, para iones mono y bivalentes, ordenadas atendiendo al tamaño de los iones son las siguientes:

Li+<Na+<K+ <Cs+ Mg2+<Ca2+<Sr2+<Ba2+

No existe unanimidad entre los autores a la hora de establecer un orden prioritario de adsorción, entre los diferentes cationes. La serie liotrópica o de Hofmeister es la siguiente:

Li+< Na+< K+< NH4+< Mg2+< Ca2+< Sr2+< Ba2+< Al3+< H+

Factores característicos de los procesos de adsorción

Los factores a considerar en un proceso de adsorción son los siguientes:

El sistema adsorbente-adsorbato, en lo relativo a:

Superficie específica y porosidad del sólido. Tamaño de partícula. Tamaño, estructura y distribución de los poros.

Estas características son muy importantes en las etapas de transferencia de masa por adsorción:

Difusión del soluto desde el seno de la fase fluida hasta superficie externa del adsorbente.

Difusión de las moléculas de adsorbato hasta el interior de los poros para alcanzar la superficie libre de los mismos.

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Adsorción de las moléculas de soluto sobre la superficie del sólido, por fuerzas de tipo físico o químico.

En general, la etapa de adsorción es muy rápida en relación con los procesos de difusión.En sistemas hidrodinámicos bien agitados (elevada velocidad relativa entre fases) la difusión externa es muy rápida y resulta cinéticamente controlante el proceso de difusión interna, siendo determinante al respecto, el tamaño de las partículas del adsorbente y el diámetro de poro del mismo.

Afinidad respecto del adsorbato, que depende de los grupos funcionales existentes en la superficie del adsorbente.

Presión parcial o concentración del adsorbato en la fase fluida.

La capacidad final del adsorbente para un determinado soluto puede utilizarse o no plenamente en las condiciones del proceso real.Es importante el carácter más o menos polar de las moléculas de adsorbato, así como el tamaño de las mismas. Se puede decir que el soluto se adsorberá más fácilmente cuando la afinidad de aquél por la superficie sea superior a su afinidad por el disolvente. Por tanto, la energía de unión entre la superficie y la sustancia considerada depende de la naturaleza de los solutos que han de adsorberse.Por ello, hay que conocer los aspectos cinéticos y termodinámicos del proceso, con los mecanismos y las resistencias que los regulan, pues éstas determinan el tiempo de contacto necesario y, así, el tamaño de las instalaciones.

c) Aplicaciones de la adsorción en la industria alimentaria

Se usa la mayoría de las ocasiones en la purificación de corrientes líquidas o

gaseosas, en la decoloración y para eliminar el sabor y olor de diversas

sustancias que quedan finamente retenidas por los poros del adsorbente

Industria alimentaria: estas aplicaciones incluyen muchos alimentos

habituales como aceite, bebidas alcohólicas y no alcohólicas, café

descafeinado, etc.

En la industria alimentaria:

Decoloración en la industria azucarera

Decoloración de aceites en la refinación

Procesos de potabilización de aguas:

Control de sabor y olor

Eliminación de microcontaminantes

Eliminación de exceso de desinfectante (cloro, ozono)

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d) Utilización de la ecuación LANGMIUR

La adsorción es un fenómeno dinámico que sucede al ocurrir una colisión entre una molécula de gas y la superficie del sólido.

Así, cuando ocurre un choque gas-sólido pueden pasar 2 cosas:

Si asumimos que las moléculas gaseosas únicamente pueden chocar contra la fracción de la superficie, no cubierta, la velocidad de adsorción será proporcional a

. Se define como la fracción de la superficie de sólido recubierta por el gas.

Además la velocidad de adsorción dependerá del número de moléculas susceptibles de chocar con el sólido (ó su concentración o presión parcial) entonces

Donde:

= velocidad de adsorción de un gas A,

= presión parcial del gas A.

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Para eliminar la proporcionalidad se introduce una constante , llamada “constante cinética de adsorción”.

La velocidad de la operación inversa, donde las moléculas de gas se “despegan” de la superficie, está gobernada por la cantidad de moléculas adsorbidas. En ese caso, la velocidad de desorción se escribe:

ó

Debido a que la adsorción es un fenómeno dinámico, ocurre un equilibrio entre las moléculas que se adhieren y se desprenden en la superficie entonces

, igualando y despejando .

Si definimos la constante de equilibrio de adsorción, entonces la ecuación se

rearregla al dividir ambos términos.

Resulta importante considerar las hipótesis inherentes al modelo de Lagmuir (ecn. Son:

Las fuerzas de interacción entre moléculas adsorbidas son despreciables. Entonces la probabilidad de desorción es igual para todas las moléculas adsorbidas.

Unicamente las moléculas que chocan contra la superficie desnuda se adsorben.

Es posible explicar la ecuación de Langmuir a partir de diferentes magnitudes termodinámicas.

Debe mencionarse que la ecuación de Langmuir posee serias limitaciones para ciertas condiciones. Además no debe olvidarse que se trata de procesos a temperatura constante (isotérmicos).

La ecuación de Langmuir generalmente funciona bien para el ajuste de datos experimentales cuando se absorbe una sola capa de gas. Sin embargo, cuando ocurre adsorción en multicapas o cuando ocurren fenómenos de condensación capilar (ambos en el caso de la adsorción física) se requiere de una ecuación que tome en cuenta esos fenómenos.

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ECUACIÓN TIPO DE ADSORCIÓN

Langmuir Unimolecular,

Freundlich Unimolecular,

Temkin Unimolecular,

BET Multicapas (generalización)

e) Absorbentes Más Utilizados en la Industria Alimentaria

Absorbentes de carbón activado

Son materiales porosos de diversos tamaños (gránulos, polvo, monolito, etc.) construidos a base de carbón activado y cuya finalidad es la de retener partículas de contaminantes o moléculas no deseadas entre los poros de la estructura del carbono.

Usos de los ABSORBENTES DE CARBON ACTIVADO

Se utiliza en tratamiento de agua y aire, en filtros para aire y gas comprimido, en procesos químicos, minería, en productos farmacéuticos y alimenticios, control de emisión de gases de automóviles e industrias, etc.

Proceso

Para "activar" el carbono, debe ser sometido, antes o después del proceso de carbonizado a reacción con gases oxidantes como CO2 o aire, con vapor de agua; o bien a un tratamiento con adición de productos químicos como el H3PO4.

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Propiedades de los ABSORBENTES DE CARBON ACTIVADO

Es altamente inflamable, de elevada superficie específica (600- 1 500 m2/g), se considera el mejor adsorbente de sustancias orgánicas.

Las características específicas dependen de la materia prima y del procesos de activación; obteniendo así diferentes superficies, porosidad, densidad, granularidad, coeficiente de uniformidad, etc.

En general se dice que el carbón activado posee grupos fenólicos, ácidos carboxílicos, lactonas, éteres, carbonilos, los cuales le confieren propiedades de ácido o base.

Obtención de los ABSORBENTES DE CARBON ACTIVADO

Prácticamente se puede preparar carbón activado a partir de cualquier material orgánico; industrialmente se obtiene de madera, turba, hueso de coco, lignito u otros tipos de biomasa.

Absorbentes Universales

Indicados para todo tipo de líquidos no agresivos. Absorben agua, líquidos refrigerantes, aceites, combustibles, disolventes, acetonas, etc.

Absorbentes Químicos

Indicados para líquidos agresivos. Absorben ácidos como el sulfúrico, hidroclorhídrico, nítrico, fosfórico, fórmico, así como hidróxido sódico, solución de amoníaco.

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Absorbentes Hidrofóbicos

Indicados para absorber hidrocarburos sin absorber el agua, la repelen. Especialmente indicados para aceites, petróleo, combustibles de motores, gasolina, etc.

Kit de emergencia para vertidos

Son paquetes preparados y pensados para controlar un derrame imprevisto. Cuando un derrame debe ser controlado de inmediato, el kit debe estar a mano y contener todos los elementos básicos para actuar sin demora.

Dependiendo del tipo de derrame que se pueda producir, hay kits de diferentes tamaños y de distinta composición, para derrames universales, para hidrocarburos o para químicos.

Bayetas en hojas o rollos

Tienen una gran capacidad de resistencia a la abrasión y gran capacidad de absorción a un precio razonable. Indicados para la limpieza de cristales, manos sucias, motores, etc. Se pueden reutilizar y absorben todo tipo de líquidos.

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V. BIBLIOGRAFÍA :

http://taho.servidoraweb.net/~exfakoc/consejos_tecnicos/Consejo-adsorcion-

Definicion-y-grafica-Comparativa.pdf

http://www.slideshare.net/sthefaniealonso/practicaradsorcionfisicaquimica

http://www.cienciapopular.com/n/Experimentos.php

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