UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

SETOR DE CIÊNCIAS EXATAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL II

PRÁTICA 03 – ADSORÇÃO I

Trabalho apresentado à disciplina de físico-

química experimental II (CQ051) pelas

acadêmicas: Bruna P. Alves; Danielle C.

Vaz; Karen M. Mantovani; Priscila C.

Fidélis; Talita M. Tavares; sobre orientação

da professora Dr. Regina M. Q. de Mello.

Turma de segunda-feira às 09:30, bancada

02.

CURITIBA

2009

INTRODUÇÃO

O fenômeno da adsorção é conhecido desde o século XVIII, quando se observou que certa espécie de carvão retinha em seus poros grandes quantidades de vapor d’água, o qual era liberado quando submetido ao aquecimento.

Adsorção é o termo utilizado para descrever o fenômeno no qual moléculas que estão presentes em um fluido, líquido ou gasoso, concentram-se espontaneamente sobre uma superfície sólida. Geralmente, a adsorção parece ocorrer como um resultado de forças não balanceadas na superfície do sólido e que atraem as moléculas de um fluido em contato por um tempo finito. No entanto, na prática, não há necessidade da presença de um sólido adsorvente para que se possa dizer que está havendo adsorção. O fato de o soluto ter a capacidade de diminuir a tensão superficial da solução em relação à do solvente puro já faz com que ele possua tendência espontânea de dirigir-se para a superfície da solução, e só esse simples fato já caracteriza o fenômeno de adsorção.

Tal fenômeno está intimamente ligado à tensão superficial das soluções, e a intensidade deste fenômeno depende da temperatura, da natureza e a concentração da substância adsorvida (o adsorbato), da natureza e estado de agregação do adsorvente (o sólido finamente dividido) e do fluido em contato com o adsorvente (o adsortivo). [1]

OBJETIVOS

Determinar a quantidade de ácido acético ( adsorvato ) adsorvido pelo carvão ativo ( substrato), e ainda explicar se nossos dados experimentais são explicados pela isoterma de Langmuir ( monocamadas de adsorção) ou pela isoterma de Freundlich (multicamadas de adsorção).

MATERIAIS

BuretaPipetaErlenmeyerBalão volumétricoBéquerÁcido acético 0,5126 mol.L-1

Hidróxido de sódio 0,0976 mol.L-1 e 0,0213 mol.L-1

Fenolftaleína

PROCEDIMENTO

Para a diluição do ácido acético, enchemos um balão volumétrico com 25ml e completamos com água até atingir 100ml.

Após a diluição, transferimos a solução para um béquer e adicionamos 0,3027g de carvão ativo.Tampamos o béquer com um papel filme e aquecemos a mistura, sob agitação contínua, durante 10 minutos.Filtramos e retiramos uma parte do filtrado.

Com uma alíquota do filtrado, titulamos com NaOH 0,0976 mol.L-1 para as bancadas 1, 2 ,3 e 0,0213 Mol.L-1 para a bancada 4, usando fenolftaleína como indicador.

Em paralelo, num outro balão volumétrico adicionamos 20ml de ácido acético e água destilada até a marca de 100ml.

Seguida a diluição, repetimos o processo descrito acima com 0,300g de carvão ativo.

RESULTADOS E DISCUSSÃOTabela 1 - Resultados

Bancada 1 2 3 4Balão volumétrico 1 2 3 4 5 6 7 8

Solução estoque / ml

50,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 2,0

Massa de carvão ativo / g

3,000 3,000 3,027 3,000 3,007 3,000 3,024 3,010

[H Ac] inicial / mol.L-

10,256 0,154 0,128 0,103 0,0769 0,0513 0,0256 0,0103

Vol. Médio de NaOH gasto / ml

23,5 12,7 11,0 8,7 5,5 4,1 12,2 7,70

[H Ac] equilíbrio / mol.L-1

0,2295 0,1240 0,1074 0,0849 0,05368 0,04002 0,02599 0,0164

n ads em 3 gramas 2,68.10-3 2,98.10-3 2,08.10-3 1,76.10-3 2,32.10-3 1,11.10-3 -3,6.10-4 -6,15.10-3

n ads / mol.g-1 8,94.10-4 9,94.10-4 6,93.10-4 5,83.10-4 7,74.10-4 3,69.10-4 -1,2.10-5 -2,05.10-4

Cálculos: Nos cálculos são demonstradas as fórmulas genéricas. Os resultados foram apresentados na tabela acima. Dados que:* Concentração do ácido acético do frasco = 0,5126 mol.L-1

*Concentração de NaOH usado na titulação pelas bancadas 1, 2 e 3 = 0,0976 mol.L-1

*Concentração de NaOH usado para a titulação pela bancada 4 = 0,0213 mol.L-1

1) [H Ac]inicial

Para as bancadas 1, 2 e 31000 ml ----- 0,5126 mol de ác. acéticoSolução estoque ml ----- X mol de ác. acético

[H Ac] inicial = X mol de ác. Acético / 0,1 LPara a bancada 41000 ml ----- 0,0213 mol de ác. acéticoSolução estoque ml ----- X mol de ác. acético

[H Ac] inicial = X mol de ác. Acético / 0,1 L

2) [H Ac]equilíbrio

Pela reação da titulação, a proporção de NaOH e ácido acético são 1:1

NaOH(aq) + C2H4O2(aq) → NaC2H3O2(aq) + H2O(l)

Portanto o número de mols de NaOH é o mesmo de ácido acético no equilíbrio, então:

1000 ml ------ 0,0976 mols NaOHVolume médio de NaOH gasto ml ------ Y mols de NaOH

[H Ac]equilíbrio = Y mols de NaOH / 0,01L

Lembrando que a mesma conta é valida para os dados da bancada quatro, entretanto, com a concentração de NaOH igual a 0,0213 mol.L-1.

3) n ads em 3g de carvão ativo

[H Ac] = [H Ac] inicial - [H Ac]equilíbrio

[H Ac] mol ----- 1000 ml Z mol ----- 100 ml 4) n ads

n ads = Z mol / 3g

Para a construção do gráfico da isoterma de Langmuir utilizamos a seguinte equação:

1/n = (1/ nmax) +(1/K.nmax).(1/c)

Em que y = 1/n e x = 1/c, sendo n a quantidade de matéria de moléculas adsorvidas por grama de sólido e c a concentração em equilíbrio.

Tabela 2 - LangmuirN° do balão 1 2 3 4 5 6 7 8

1/n 1119.44 1006,74 1443,00 1705,61 1292,49 2712,23 -83333,3 -4878,041/c 4,36 8,07 9,32 11,8 18,6 25,0 38,5 61,0

Para a construção do gráfico da isoterma de Freundlich utilizamos a seguinte equação:

Log n ads = log k + N log cEm que y = log n ads e x = log c, sendo que n ads é a quantidade de matéria de moléculas adsorvidas por grama de sólido em equilíbrio com uma solução de concentração c.

Tabela 3 - FreundlichN° do balão 1 2 3 4 5 6 7 8

log n ads -3,05 -3,03 -3,16 -3,23 -3,11 -3,43 -4,92 -3,69log c -0,64 -0,91 -0,97 -1,07 -1,27 -1,40 -1,59 -1,79

Os gráficos estão em anexo.

5) Área superficial em m2 . g-1 de carvão ativoCalcularemos a área pela seguinte equação:

A = n max NA sendo que NA é o numero de Avogadro, é a área ocupada por uma molécula na superfície do sólido e nmax é o inverso do coeficiente linear da reta de Langmuir.Como o gráfico correspondente não é perfeitamente uma reta, para um cálculo aproximado, consideramos que o trecho entre os pontos 2 e 5 seria uma reta, e a partir disto calculamos o coeficiente linearn max = (18,6 – 8,07) / (1292,49 -1006,74) = 0,037

Sabendo que uma molécula de ácido acético possui uma área igual a 21.10-20 m, NA igual a e nmax igual a ,então a área é dada por :

A = 0,037.6,022.1023.21.10-20

A = 4,68.103 m2

“A adsorção de HAc sobre carvão ativo é um fenômeno de caráter intermediário entre as isoterma de Langmuir e Freundlich.”

Tanto no gráfico para a isoterma de Langmuir quanto no gráfico para a isoterma de Freundlich não obtivemos retas perfeitas. Para o primeiro gráfico, fazendo uma grosseira aproximação, os dados que podem ser explicados por uma reta são os dados dos balões volumétricos de número 2,3,4 e 5; já para o segundo caso, uma aproximação explicaria mais dados (balões 1, 2, 3, 4, 5, 6).Sendo assim , como nos dois casos as retas podem ser encontradas, o fenômeno estudado pode ser descrito como um intermediário das duas isotermas.“Como o modelo para a isoterma de Langmuir é um conjunto de sítios de adsorção uniformes, não é nada surpreendente que, em vista da não uniformidade das superfícies reais, muitos casos de adsorção forte ao se ajustem a esta isoterma.Em alguns exemplos, uma isoterma empírica devida a Freundlich apresenta mais sucesso”[2].Essa citação pode esclarecer essa situação intermediária: Langmuir explica um número menor de dados por se tratar de uma isoterma aplicada a casos mais “ideais”; já Freundlich explica um número maior de dados por se tratar de uma isoterma para “dados reais”.Então para a interseção dos dados as duas explicações são válidas. CONCLUSÃO

O experimento realizado alcançou seus objetivos, pois não foram encontradas dificuldades no cálculo da quantidade de ácido acético adsorvido pelo carvão ativado.

Também foi possível a comparação dos resultados obtidos com as isotermas de Langmuir e de Freundlich. A existência de alguns pontos fora das retas, durante a plotagem dos gráficos, podem ser consideradas conseqüências de erros experimentais, causados por má calibração das vidrarias, erros na medição de volumes e na pesagem de massas, perda quantitativa de reagentes durante o processo, entre outros.

REFERÊNCIAS

[1]http://74.125.47.132/search?q=cache:eLmCVMOp6F8J:www.deq.ufpe.br/disciplinas/Processos%2520Qu%C3%ADmicos%2520de%2520Tratamento%2520de

%2520Efluentes/Fundamentos%2520de%2520Adsorcao.doc+adsors%C3%A3o&cd=2&hl= pt-BR&ct=clnk&gl=br&client=firefox-a

[2] Moore, W. J. .Físico-Química Vol 2.. Tradução Chun H.L., Jordan I. e Ferreroni M.C..São Paulo Edgar Blucher, 1976. 4ªEdição em inglês, 1972.