exp. 8 - relatório de físico química - isotermas

7/31/2019 Exp. 8 - Relatrio de fsico qumica - isotermas

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Universidade Federal de Santa Catarina

Centro de Cincias Fsicas e Matemticas

Departamento de Qumica

Disciplina de Fsico-Qumica

Relatrio da aula prtica de Fsico-Qumica:

Isotermas de adsoro

Rodrigo Ivan Prim

Bernardo Della Giustina

Mnica Alves Aguiar

Sandro Wopereis

Eros Olmpio

Florianpolis, 12 de junho de 2007.


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Resumo

Num sistema constitudo por duas fases, uma condensada e outra em soluo no

momento em que as fases se encontram h um aumento ou diminuio da concentrao de

uma ou outra das fases neste sistema. Este fenmeno conhecido como adsoro, que

um efeito o qual ocorre a concentrao das molculas na interface do adsorvente.

No caso da adsoro sobre adsoro sobre slidos, como em nosso experimento,

existem dois tipos de adsoro principais: fsica e qumica. A primeira esta relacionada

apenas com interaes do tipo foras de Van Der Walls e a segunda com reaes

qumicas reais. A rea superficial do adsorvente tambm m fator importante nestes

fenmenos.O mtodo consiste em determinar a quantidade de corante adsorvida pelo carvo

ativado atravs da obteno da concentrao do sobrenadante fazendo a leitura da

absorbncia em espectrofotmetro com posterior clculo pela Lei de Beer (equao 1).

Estas etapas foram feitas em vrias concentraes inicias diferentes para serem plotadas

em um grfico, constituindo a isoterma de adsoro.

A = b C (equao 1)

Este experimento importante, pois a adsoro uma propriedade utilizada em

muitos processos, como por exemplo, nas estaes de tratamento de gua.


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Dados Obtidos

Os resultados experimentais das absorbncias constam na tabela 1. Para as

concentraes de 0,4; 0,5; 0,6 e 0,8 foram feitas diluies 1:75 partes de gua, para a

concentrao de 1,0 foi feita uma diluio 1:100 partes de gua e para a concentrao de

0,3 foi feita uma diluio de 1:10 partes de gua.

Concentrao inicial (em g L-1) Absorbncia

0,2 0,068

0,3 0,211

0,4 0,1840,5 0,257

0,6 0,336

0,8 0,600

1,0 0,915


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Tratamento de Dados

As concentraes no equilbrio (Ce) foram calculadas pela equao de Beer como

descrito abaixo:

A = b C;

Sendo: A = absorbncia;

= coeficiente de absortividade molar (para azul de metileno = 139,5 L

g-1 cm-1);

b = caminho ptico;

C = concentrao no equilbrio (Ce)

Para Ci 0,2 g/L: Para Ci 0,3 g/L:

0,068 = 139,5*1*Ce; Ce = 0,0015 g/L.

Ce = 4,87*10-4 g/L.

Para Ci 0,4 g/L: Para Ci 0,5g/L:

Ce = 0,01 g/L. Ce = 0,13 g/L.


Ce = 0,18 g/L. Ce = 0,32 g/L.

Para Ci 1,0 g/L:

Ce = 0,66 g/L.

Obs.: Nos valores de 0,3g L-1 1,0g L-1 foram feitas correes na concentrao de

equilbrio pelo fato de antes de ser realizada a leitura estas solues foram diludas.

Tambm foi calculada a qe para cada concentrao, atravs da diferena entre a

massa inicial e a massa no equilbrio dividida pela massa de carvo ativada contida no

erlenmeyer:

No equilbrio:

Ce 1000ml qe = (minicial me) / mcarvo

me 25ml qe = (minicial me) / 0,1


me = 1,2175*10-5 me = 3,75*10

-3

qe = 0,04988 qe = 0,07463


me = 2,5*10-4

. me = 0,00325.qe = 0,0975 qe = 0,0925


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me = 0,045 me = 0,008.

qe = 0,105 qe = 0,120

Para Ci 1,0 g/L:

me = 0,025

qe = 0,085

O tpico clculos corresponde segunda parte do tratamento de dados:

1. Construa a isoterma fazendo um grfico de qe versus Ce (grfico 1). Lembre-se

que Ce a concentrao obtida aps a adsoro para uma massa de carvo usada nos

experimentos de 0,1g.

Grfico feito em papel milimetrado (anexo 1).

2. Calcule as constantes de Langmuir KL e aL, resolvendo a equao 2 atravs do

grfico Ce/qe versus Ce pelo coeficiente angular e linear (Grfico 2).


Ce/qe= 3,1 1,0 Ce= 0,35 0,11

Ce/qe= 2,1 Ce= 0,24

Coeficiente angular = Ce/qe / Ce

a = 2,1/0,24 ; a = 8,75

Pegando um ponto qualquer do grfico e substituindo equao de Langmuir na

forma linear:

Ce/qe= 1/KL + aL/KL Ce

3,5 = 1/ KL + 8,75*0,35

3,5 = 1/ KL + 3,06

KL = 2,29

Para achar aL usa-se a frmula do coeficiente angular:

a = aL/KL;

8,75 = aL/2,29;

aL = 20,04

3. Calcule as constantes de Freundlich 1/n e kf , resolvendo a equao 5 fazendo

um grfico ln(qe) versus ln(Ce) pelo coeficiente linear e angular (grfico 3).


ln qe = -2,3 (-2,66) lnCe= (-3,5) (-6,0)

ln qe = 0,33 lnCe= 2,5

Coeficiente angular = ln qe / lnCe


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a = 0,33/2,5 ; a = 0,094

a = 1/n ; 1/n = 0,094

Pegando um ponto qualquer do grfico e substituindo equao de Freundlich na

forma linear:

ln qe = ln kf+ 1/n*ln Ce

-2,3 = ln kf+ 0,094*(-2,5);

ln kf= -2,536;

kf= e-2,536;

kf= 0,079 dm3 g3.


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Discusso de resultados

Aps o tratamento de dados, podemos ver pelo grfico da isoterma de adsoro

que, conforme aumentamos a concentrao inicial do corante, tambm aumenta sua

quantidade adsorvida, porm, este valor no se mantm proporcional, pois, em valores

mais altos tende a se manter constante pelo fato de que todo o carvo ativado j est

adsorvendo corante. A partir dai, s ir aumentar a quantidade de corante adsorvido se

aumentarmos a quantidade do carvo ativado.

No experimento, o valor da capacidade mxima de adsoro do soluto numa

monocamada foi determinado em 114,29 miligramas de corante por 1 grama de carvoativado. Este valor se encontra prximo ao obtido na literatura que de 128,43mg g -1.


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Questionrio

1. Discuta a forma do grfico 1. O que acontece com o aumento da concentrao

inicial?

Conforme aumentamos a concentrao inicial, aumenta a quantidade de corante

adsorvido tambm, porm, este valor no se mantm proporcional, pois, em valores mais

altos tende a se manter constante pelo fato de que todo o carvo ativado j est

adsorvendo corante. A partir deste ponto, s ir aumentar a quantidade de corante

adsorvido se aumentarmos a quantidade do carvo ativado.

2. Calcule a razo KL/aL = Q (mg g

-1

) e discuta Q e os valores KL e aL para o azul demetileno/carvo (grfico 2).

Q = 2,29/20,04; Q = 0,11429g g-1 = 114,29mg g-1.

O valor de Q representa a capacidade mxima de adsoro do soluto numa

monocamada. No experimento, este valor foi determinado em 114,29mg g-1, que est

prximo ao valor obtido na literatura, 128,43mg g-1.

As constantes KL e aL esto relacionadas s propriedades fsicas do sistema. KL a

constante de equilbrio de Langmuir e est relacionada a adsortividade do adsorbato. O

valor encontrado para KL foi de 2,29. A constante aL est relacionada com a energia de

adsoro e seu valor determinado experimentalmente foi de 20,04.

3. Discuta os valores de kfe 1/n.

Estes dois valores so constantes empricas relacionadas ao sistema adsorvente/soluto

e foram obtidas a partir do grfico do anexo 3 e da equao de Freundlich. O valor de 1/n

foi determinado em 0,094. Ele indica o quanto a superfcie heterognea e pode variar de

0 1. Como o valor desta constante foi baixa indica que a superfcie do carvo ativo

bastante heterognea.

kf a medida aproximada da capacidade de adsoro do adsorvente. Este valor foi

determinado experimentalmente em 0,079 dm3 g3.

4. Compare as duas teorias; Langmuir e Freundlich.

A teoria de Langmuir se baseia no estabelecimento de um equilbrio entre o soluto

adsorvido e o soluto em soluo, em sua equao Langmuir pressupe que as molculas


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de solvente e de soluto ocupam a mesma rea quando adsorvidas na superfcie de um

adsorvente. Esta equao est intimamente ligada com as propriedades fsicas do sistema.

A teoria de Freundlich uma equao de curva exponencial, ela utilizada no

caso de energias superficiais do adsorvente distintas, e com esta equao possvel a

adsoro infinita de um soluto sobre uma superfcie.

5. A adsoro de azul de metileno em carvo vegetal uma adsoro qumica ou

fsica? Discuta.

A adsoro do azul de metileno em carvo vegetal uma adsoro fsica, pois est

relacionada com as foras de interao Van Der Walls entre o azul de metileno e a

superfcie do carvo, no sendo caracterizada nenhuma ligao qumica entre as

molculas do azul de metileno e do carvo.

6. Veja a rea superficial do carvo ativado e discuta suas aplicaes como adsorvente

baseado na tabela abaixo que relaciona os valores encontrados para a constante de

Langmuir KL e aL na adsoro de antidepressivos em carvo ativo.

O carvo ativo um adsorvente muito til devido sua extensa rea superficial e o

grande volume nos poros em sua superfcie de adsoro estas propriedades so muito

teis para melhorar a adsoro de certos frmacos como os antidepressivos em questo,

tendo em vista que muitos destes antidepressivos tem um baixo valor de KL ( quanto

menor o KL menor a adsortividade) e um maior aL que acarreta uma maior energia de

adsoro.

7. Para a tabela abaixo, calcule a razo KL/aL = Q (mg g-1) e discuta que concluses

voc pode tirar em relao adsoro do carvo ativo para esta srie de antidepressivos.

Tabela 2: Adsoro em carvo ativo para esta srie de antidepressivos.Droga 103 aL (em mol g-1) 10

-4 KL (em L mol-1) 10-7 Q (em mg g-1)

Amitriptilina 2,05 2,07 1,01

Imipramina 1,80 1,48 0,82

Carpipramina 1,54 2,36 1,53

Opipramol 1,51 1,77 1,17

Desipramina 1,36 4,70 3,46

Atravs do valor de Q pode-se ver que a desipramina a droga que melhoradsorvida e a imipramina a que menos adsorvida comparando-se esta srie. Em um caso


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de intoxicao, por exemplo, o carvo ativado atua como melhor antdoto para a ingesta

de desipramina do que para as outras drogas desta srie.

8. Que tipo de resduos foram gerados neste experimento e como foram tratados ou

armazenados. Explique.

Os resduos gerados no experimento foram colocados em um becker e foi adicionado

a este mais um pouco de carvo ativado para adsorver o azul de metileno. Aps este

tratamento, os resduos poderam ser descartados na pia.

Concluses


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A adsoro um dos fenmenos de transporte e a transferncia de massa se d

quando existe uma superfcie de contato entre um slido e um gs ou um lquido e a

concentrao de determinado componente deste soluto maior nesta superfcie do que no

interior da soluo que contm o soluto.

A adsoro est relacionada diretamente tenso superficial das solues e a

intensidade deste fenmeno depende de outros fatotes tais como temperatura, natureza e

concentrao da substncia adsorvida (o adsorbato), natureza e estado de agregao do

adsorvente e do fluido em contato com o adsorvente.

Atravs do experimento, pode-se notar que o carvo ativado tem um determinado

comportamento com o azul de metileno, e pelas absorbncias obtidas e tratamento de

dados foi possvel quantificar a adsoro.


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Bibliografia

MOORE, Walter J. Fsico-Qumica. Rio de Janeiro: Ao Livro Tcnico e S.A. e

Editora da Universidade de So Paulo, 1968.

MURRAY, R. K.; GRANNERD. K.; MAYES P. A.; RODWELL V. W. Harper:

Bioqumica, 7 ed. So Paulo: Editora Atheneu, 1994.

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