Universidade Federal de PernambucoCentro de Tecnologia e GeociênciasDepartamento De Engenharia QuímicaFísico-Química ExperimentalQuímica IndustrialAluna: Karina Maria Mendes

RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA

PRÁTICA 3 : ADSORÇÃO

Recife, abril de 2011.

1. Introdução

Adsorção é a adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma superfície sólida (o adsorvente); o grau de adsorção depende da temperatura, da pressão e da área da superfície - os sólidos porosos como o carvão ativado são ótimos adsorventes. A adsorção química, também chamada quimissorção, é específica e é empregada na separação de misturas. Nela as moléculas (ou átomos) unem-se à superfície do adsorvente através da formação de ligações químicas (geralmente covalentes) e tendem a se acomodarem em sítios que propiciem o maior número de coordenação possível com o substrato. Uma molécula quimicamente adsorvida pode ser decomposta em virtude de forças de valência dos átomos da superfície e é a existência de fragmentos moleculares adsorvidos que responde, em parte, pelo efeito catalítico das superfícies sólidas. Na adsorção física as moléculas fixam-se na superfície do adsorvente utilizando as forças de Van der Waals. A quantidade de substância adsorvida na superfície decresce com o aumento da temperatura, pois todos os processos de adsorção são exotérmicos. A uma temperatura constante, a quantidade adsorvida aumenta com a concentração do adsorbato (em solução ou na fase gasosa), e a relação entre a quantidade adsorvida (x) e a concentração (c) é conhecida como aisoterma de adsorção.

Em alguns casos o sistema pode ser descrito pela Isoterma de Freundlich, o H. Freundlich, chegou a está isoterma estudando o fenômeno da adsorção, quantitativamente, chegou através da seguinte equação:

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.Também pode-se utilizar essa equação linearizada como segue: (x/m) = log k + (1/ n) Log (c). O expoente 1/n é adimensional, tem valor menor do que um, e está relacionado com a intensidade da adsorção.O objetivo principal dessa prática será estudar a adsorção do ácido acético sobre o carvão vegetal, com a variação da concentração do ácido acético.

2. Materiais e Procedimento experimental

2.1 Materiais

6 Erlenmeyers de 250 mL;

6 Balões volumétricos de 100 mL;

1 Pipeta de 10 mL;

1 Pipeta de 25 mL;

1 Pipeta de 50 mL;

2 Buretas de 50 mL;

1 Béquer de 250 mL;

1 Funil, papel de filtro;

1 Termômetro (0 – 100 ⁰C);

200 mL de Ácido Acético (CH3COOH) 1 M;

500 mL de Hidróxido de sódio (NaOH) 1 M;

20 g de Carvão Ativado;

Fenolftaleína.

2.2 Procedimento experimental

Colocou-se 20 g de carvão ativado num béquer, foi lavado com água destilada, filtrado e colocado numa estufa pelo menos a 120 ºC por uma hora, retirou-se o carvão da estufa e deixou esfriar em dessecador. Preparou-se 200 mL de uma solução de ácido acético 1M e padronizou-se, titulando 25 mL de uma solução de NaOH 1M, usando fenolftaleína como indicador. Com o restante da solução padronizada preparou-se seis soluções de 100 mL de ácido acético nas concentrações 0,5 a 0,01 M. Para isto tomou-se seis balões volumétricos de 100 mL e adicionou-se:

Tabela 1 – Preparação das Concentrações de Ácido acético

Amostra 1 2 3 4 5 6

Ácido acético (mL)

50 25 10 5 2 1

Água destilada (mL)

50 75 90 95 98 99

Concentração obtida

0,5 0,25 0,10 0,05 0,02 0,01

Pesou-se em seis erlenmeyers com rolhas seis amostras de carvão de 2 g cada uma. Transferiu-se as soluções preparadas para os erlenmeyers contendo carvão ativado e anote o tempo. Deixou-se a adsorção perfazer-se por 45 minutos, agitando esporadicamente. Em seguida deixou-se o carvão decantar e filtrou-se. Tomou-se 10 mL da amostra 1 e titulou-se com NaOH 1M, utilizando como indicador a fenolftaleína. Em seguida fez-se a mesma titulação com as amostras 2, 3, 4, 5 e 6, tomando porções de 10, 25, 25, 50 e 50 mL, respectivamente.

3. Resultados e Discussão

Inicialmente verificamos a massa inicial de ácido acético antes do inicio do experimento. A fórmula utilizada para tais cálculos foi a seguinte:

CHAc =

Onde, CHAc, inicial – concentração inicial do ácido acético;

MMHac – massa molar do ácido acético ;

CHAc = 1mol/L MMHAc = 60g/mol VHAc = 50 mL = 0,05L CHAc = mHAc, inicial / MMHAc . VHac

1mol/L = mHAc, inicial / 60g/mol . 0,05L mHAc, inicial = 3g

Seguindo este mesmo modelo, calculou-se para os outros volumes de ácido acético e os resultados encontram-se na tabela 1, abaixo :Tabela 1 : volumes x mHAc, inicial

Volumes (mL) mHAc, inicial (g)

25 1,5

10 0,6

5 0,3

2 0,12

1 0,06

Após isso calculamos a massa final, após a adsorção, que ficou no erlenmeyer, para cada amostra de acordo com o modelo a seguir :

CNaOH = 1mol/L

Vgasto de NaOH = 4,5mL = 0,0045L Vpipetado = 10mL = 0,01L C1 . V1 = C2 . V2

1mol/L . 0,0045L = CHAc . 0,01L CHAc = 0,45mol/L CHAc = mHAc, final / MMHAc . VHAc

0,45mol/L = mHAc, final / 60g/mol . 0,05L mHAc, final = 1,35g

Utilizando este modelo, calculou-se para as outras amostras como mostrados por volume na tabela 2 a seguir :

Volumes (mL) mHAc, final (g)

25 0,33

10 0,0468

5 0,0108

2 0,00084

1 0,00018

De posse desses resultados calculou-se a massa que foi adsorvida do ácido em cada amostra.

w = mHAc, inicial – mHac, final

w = 3g - 1,35g = 1,65g

w = 1,5g – 0,33g = 1,17g

w = 0,6g – 0,0468g = 0,5532g

w = 0,3g – 0,0108g = 0,2892g

w = 0,12g – 0,00084g = 0,11916g

w = 0,06 - 0,00018g = 0,05982gNas tabelas abaixo, encontram-se os resultados gerais de massa adsorvida, e do log da massa, para montar o gráfico:

Tabela 3: Massa adsorvida x log massa adsorvida

Amostra MHAc inicial (g) MHAc final (g) m (g) x (g) logx log[HAc]

1 3 1,35 20 1,65 0,217484 -0,301029995

2 1,5 0,33 20 1,17 0,068185861 -0,602059991

3 0,6 0,0468 20 0,5532 -0,257117828 -1

4 0,3 0,0108 20 0,2892 -0,538801711 -1,3010299996

5 0,12 0,00084 20 0,11916 -0,923869505 -1,698970004

6 0,06 0,00018 20 0,05982 -1,223153591 -2

Tabela 4: Dados para linearização da equação

Amostra

m (g) x (g) log x x/m log x/m [HAc] log[HAc]

1 20 1,65 0,217484 0,0825 -1,083546051 0,500 -0,301029995

2 20 1,17 0,068185861 0,058 -1,23657201 0,250 -0,602059991

3 20 0,5532 -0,257117828 0,027 -1,56863624 0,100 -1

4 20 0,2892 -0,538801711 0,014 -1,85387196 0,050 -1,3010299996

5 20 0,11916 -0,923869505 0,006 -2,22184875 0,020 -1,698970004

Através dos gráficos conseguimos calcular a constante da reaçãoLog k = - 0,7538k=0,1762

E o 1/n que é um valor adimensional que tem a ver com a intensidade da adsorção.1/n = 0,864 n = 1,1574

Comparando o valor de R² na reta, vimos que esse valor é satisfatório já que este se aproxima de 1.

4. Conclusão

A prática foi de bom proveito, já que conseguimos cumprir o objetivo principal que era calcular o k e o n através do esboço dos gráficos e aplicando a teoria da isoterma de adsorção, além de que pudemos verificar e fixar utilizando a prática os principais conceitos de adsorção

5. Questões 1 – Discuta o valor de n e K calculados.

R- Os valores de n e k são coerentes se formos compará-los com o que seria esperado teoricamente.

2 – Qual a importância do conhecimento da Isoterma da adsorção?

R- Para o conhecimento das constantes de adsorção, sendo importantes para saber do andamento da reação.

3 – Explique o mecanismo responsável pela adsorção.

R- O carvão ativado tem inúmeros microporos, que aumentam a superfície de contato com o adsorbato, facilitando a adsorção.

4 – Quais os fatores que poderiam influenciar a adsorção?

R- A natureza química dos adsorventes (grupos funcionais na superfície que conferem alta reatividade), adsorvatos e pH das soluções. Outros fatores que podem afetar a adsorção de modo significativo são a granulometria, teor de cinzas, alta resistência mecânica e o processo de ativação a que o carvão foi submetido, a viscosidade e temperatura da fase líquida e o tempo de contato do adsorvente com a solução.

5 – Discuta algumas aplicações gerais da adsorção.

R- Pode ser fundamental para o controle de uma variedade de processos de interface como detergência, floculação, dispersão, flotação de minérios bem como em outras separações sólido-líquido.

6 – A adsorção do ácido acético em carvão ativado é uma adsorção química oufísica? Por que? Segundo sua resposta, foi válida usar a isoterma de Freundlichneste experimento?

R- É uma adsorção física, visto que se dá por polaridade. Sim.

6. Referências Bibliográficas

1. http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:dpkQRlqxtbMJ:www.iqm.unicamp.br/~wloh/offline/qp433/seminarios/adsorcaosurf-melissa.pdf

2. http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:wuhajTlcymwJ:www.posalim.ufpr.br/Pesquisa/pdf/DissertacaoDIANA.pdf

3. http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:nqhww0e3pqEJ:www.editora.ufrrj.br/revistas/exatas/rce/v24n1-2/3.pdf

4. www.wikipedia.com/adsorção5. www.qmc.ufsc.br/.../20061_qmc5409_experimento_carvao_adsorcao.pdf6. educacao.uol.com.br/.../adsorcao-diferentes-interacoes-entre-moleculas.jhtm