RELATÓRIO DE FISICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL I - ISOTERMA DE ADSORÇÃO

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS

UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

GRADUAÇÃO EM QUÍMICA INDUSTRIAL

AULA Nº. 11

ISOTERMA DE ADSORÇÃO

Thiago Oliveira Lopes, Glauco César e Eduardo Andrade.

Professora: Msc. Lílian Camargo; Disciplina: Físico-Química Experimental I

Experimentos realizados nos dias 01/06/2009 e 15/05/2009.

1. INTRODUÇÃO:

Quando um sistema é constituído por uma fase condensada em contato com uma solução ou com uma mistura, geralmente há um aumento ou diminuição da concentração do soluto na interface líquido/sólido, esse fenômeno é denominado adsorção [2].

Se entre o adsorvato (solução) e o adsorvente (fase sólida) agirem apenas forças de van der Walls, a adsorção é considerada física ou de van der Walls. As moléculas encontram-se fracamente ligadas a superfície e os calores de adsorção são baixos, de uns poucos quilojoules no máximo, e comparam-se, assim, ao calor de vaporização do adsorvato. O aumento da temperatura produz uma diminuição notável na quantidade adsorvida [1].

Como as forças de van der Walls são iguais às que produzem liquefação, a adsorção não pode ocorrer a temperaturas muito acima da temperatura critica do adsorvato gasoso. Ainda, se a pressão do gás possuir valores próximos à pressão de vapor de equilibro apresentado pelo adsorvato liquido, então ocorrera uma adsorção mais intensa, em camadas múltiplas [1].

Quando as moléculas reagem quimicamente com a superfície, o fenômeno é denominado adsorção química. Como em ligações químicas ligações são rompidas e formadas, o calor de adsorção é da mesma ordem dos calores de reação química, variando em torno de 400 kJ. A adsorção química não procede alem da formação de uma única camada sobre a superfície do adsorvente [1].

Quando H. Freundlich estudava os fenômeno de adsorção ele chegou a seguinte conclusão [2]:

Logxm

=Log k+ 1n

Log c

Onde x é a massa da substância adsorvida, m é a massa do adsorvente sólido, c é a concentração da solução e k e n são constantes.

Para um dado sistema, a quantidade de soluto adsorvido é função da quantidade e da superfície do adsorvente, da concentração do adsorvato e da temperatura. Assim quando a adsorção

medida por

Logxm

, é dada em função do logaritmo da concentração a uma

temperatura fixa, tem-se uma reta denominada isoterma de adsorção.

Para realização dos cálculos e confecção da isoterma de adsorção será usada a relação de Freundlich que corresponde a:

X=k .m . c1n

Onde “X” corresponde a massa adsorvida (HAc), “m” a massa do adsorvente (carvão), “c” é a concentração da solução (HAc) e k e n são constantes.

Para fazer uma relação para o uso na confecção do gráfico usaremos a seguinte ferramenta matemática:

Xm

=k .c1n

LogXm

=Log k+Log c1n

LogXm

=Log k+ 1n

Log c

Fazendo uma comparação com a

equação geral da reta, y=a+bx

, temos:

y=LogXm

, a=Log k

,

b=1n

e

x=Log c.

Com esses dados podemos fazer uma regressão linear e achar a isoterma de adsorção.

2. OBJETIVO:

Estudar a adsorção sofrida pelo carvão ativado, já que o mesmo é usado em laboratórios com a simples importância de reter gases e impurezas, ou seja, sua

adsorção é de suma importância para a química experimental.

No nosso sistema a adsorção será em função do ácido acético em diferentes concentrações.

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL [2]:

Foi colocado 20 g de carvão ativo num béquer, o carvão foi lavado com água destilada, filtrado e seca em estufa a 120°C por uma hora. O carvão foi retirado da estufa e esfriado em dessecador. O carvão permaneceu no dessecador por duas semanas (intervalo entre as duas aulas em que se realizou o experimento).

Ao mesmo tempo estavam sendo preparadas soluções de Ácido Acético (4mol/L) e Hidróxido de sódio (1mol/L). A solução de hidróxido foi padronizada com um padrão primário, biftalato de potássio, e a de ácido acético com a solução de NaOH.

Na segunda aula do experimento a turma foi divida em três grandes grupos. Cada grande grupo realizou duas das diluições de ácido acético programadas, que seriam:

Amostra 1 2 3 4 5 6

HAc 50 25 10 5 2 1

Água 50 75 90 95 98 99

[ ] final (M) 2 1 0,4 0,2 0,08

0,04

Ficamos com as amostras 5 e 6.

Foram pesados dois erlenmeyer com 2 g do carvão ativado seco na aula anterior e as soluções de ácido acético, por nós, diluídas foram viradas no erlenmeyer. Esperou-se 60 minutos, logo após foi filtrado o carvão e guardadas as soluções ácidas do filtrado.

Dessas soluções foram tiradas alíquotas de 10 mL e tituladas com uma solução de NaOH (0,5 mol/L) recém preparada e padronizada.

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Os cálculos foram realizados e compartilhados com os outros grupos.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES:

Por questão de logística, os resultados das amostras 1 e 2 não haviam sido computados até a data desse relatório. Portanto os valores finais ficaram, todas as massa estão em gramas:

Amostra mHAc inicial mHAc final m

3 0,2402 0,2042 2

4 0,1201 0,1133 2

5 0,048 0,0306 2

6 0,024 0,0153 2

Amostra X Log (X/m) Log (c)

3 0,0360 -1,7447 -0,3979

4 0,0068 -2,4685 -0,6990

5 0,0174 -2,0605 -1,0969

6 0,0087 -2,3615 -1,3979

Utilizando o software Origin © 5.0, foi feito os seguintes gráficos:

Gráfico 1 – regressão linear dos dados encontrados

Gráfico 2 – regressão polinomial de segunda ordem dos dados encontrados.

Gráfico 2 – regressão polinomial de terceira

ordem dos dados encontrados

Os coeficientes de regressão linear e polinomial de 2ª e de 3ª ordem encontrados foram, respectivamente, 0,52938; 0,78909 e 1. Demonstrando assim que os resultados encontrados descrevem, visivelmente uma equação de terceiro grau.

5. CONCLUSÃO:

O esperado para uma

isoterma de adsorção é um comportamento

linear, ou próximo da linearidade, mas o

encontrado não só foi um comportamento

3

polinomial, como foi polinomial de terceira

ordem.

Apesar dos dados completamente

anômalos encontrados há possíveis

explicações para os erros.

Em primeiro lugar, o prazo de 2

semanas em que o carvão ficou em estufa e

a solução de ácido acético ficou estocada,

não como garantir uma possível

contaminação ou perda de padrão.

Em segundo, a mistura de dados

entre os grupos, não uma forma de confiar

cegamente nos dados compartilhados e nem

nos padrões realizados pelos grupos

parceiros.

Em terceiro o rearranjo do grande

grupo para a segunda aula, a falta de

compatibilidade de elementos e até mesmo

a incompetência de diversas pessoas

afetaram seriamente o experimento.

Ou seja, esses diversos erros

analíticos causaram esses dados

alienígenas, sem um conhecimento prévio

do comportamento de uma isoterma, esse

experimento seria dado como verdadeiro.

6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA:

[1] Adaptado de: “Fundamentos de Físico-Química”; CASTELLAN. Gilbert; traduzido de “Physical Chemistry” por SANTOS, Cristina Maria Pereira e FARIA Roberto de Barros; Rio de Janeiro, RJ, Brasil; Ed. LTC; 2001.

[2] Adaptado de: “Apostila de Físico-Química Experimental I e II”; SILVA, Valmir Jacinto.

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