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Documento que describe el proceso de adsorción química y física de diferentes especies en aceite, utilizando tierra activada. El documento incluye datos experimentales y gráficos, así como ecuaciones químicas para describir el proceso.
Tipo: Apuntes
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11 .. RESUMENRESUMEN
En esta práctica de laboratorio se trató de la variación de la adsorción física y química, laEn esta práctica de laboratorio se trató de la variación de la adsorción física y química, la cual tuvo como objecual tuvo como objetivo determinar la adsorción de un stivo determinar la adsorción de un soluto sobre la superficie deoluto sobre la superficie de unun sólido poroso, a las condiciones de que se llevó a cabo la práctica a una presión de 756sólido poroso, a las condiciones de que se llevó a cabo la práctica a una presión de 756 mmHg, a una temperatura de 22 °C y a una humedad relativa del 92 %.mmHg, a una temperatura de 22 °C y a una humedad relativa del 92 %.
Primero se desarrolló laPrimero se desarrolló la adsorción física, en el cualadsorción física, en el cual se prepararon soluciones a diferentesse prepararon soluciones a diferentes concentraciones del ácido acético, midiendo las concentraciones corregidas; una vezconcentraciones del ácido acético, midiendo las concentraciones corregidas; una vez realizado esto, se pasó a agregar carbón activado a cada solución diferente, luego serealizado esto, se pasó a agregar carbón activado a cada solución diferente, luego se procedió a la agprocedió a la agitación constante poitación constante por media hora de todar media hora de todas las soluciones las soluciones, se esperó horas, se esperó horass para que se sienpara que se siente el carbón activado pate el carbón activado para luego poder filtrar y extraer 10 ml de soluciónra luego poder filtrar y extraer 10 ml de solución y valorar las muestras en el punto de equilibrio. Con los cálculos respectivos de susy valorar las muestras en el punto de equilibrio. Con los cálculos respectivos de sus concentracionconcentraciones obtenemos valores n y K con unes obtenemos valores n y K con un porcentaje de error de 10,99% yporcentaje de error de 10,99% y 47,5%47,5% respectivamente, llegando a la conclusión que hubo varios errores en el momento derespectivamente, llegando a la conclusión que hubo varios errores en el momento de realizar la experiencia.realizar la experiencia.
La segunda pLa segunda parte se realizó la adsorcarte se realizó la adsorción química el cualión química el cual fue llevar 4 muestras defue llevar 4 muestras de aceiteaceite
sin tratar a temperaturas de 60, 70, 80 y 90°C, teniendo una muestra patrón, una vezsin tratar a temperaturas de 60, 70, 80 y 90°C, teniendo una muestra patrón, una vez llegada a su respectiva temperatura se pasó agregar unallegada a su respectiva temperatura se pasó agregar una porción pesada de tierra activadaporción pesada de tierra activada respectivamenterespectivamente, y luego de su agitación se pasó a, y luego de su agitación se pasó a filtrar a una temperatura constante, sefiltrar a una temperatura constante, se observa que mientras se fueobserva que mientras se fue elevando la temperatura, más decolorada se encontraba cadaelevando la temperatura, más decolorada se encontraba cada aceite, para esto se midió la altura de cada una en su respectiva temperatura de trabajoaceite, para esto se midió la altura de cada una en su respectiva temperatura de trabajo respecto a la muestra patrón, y con los cálculos respectivos, se corroboró que conformerespecto a la muestra patrón, y con los cálculos respectivos, se corroboró que conforme va en aumento la temperatura la concentración y elva en aumento la temperatura la concentración y el color van disminuyendo. Concluyecolor van disminuyendo. Concluyendondo que la tierra activa tuvo un rol ique la tierra activa tuvo un rol importante ya que ayudó en la decoloración del aceite.mportante ya que ayudó en la decoloración del aceite.
33 .. PARTE TEORICAPARTE TEORICA
3.1.3.1. ADSO RC IO NADSO RC IO N
Muchos de los proceMuchos de los procesos industriales que tienesos industriales que tienen lugar actualmenten lugar actualmente utilizan catalizadoresutilizan catalizadores sólidos. En alguna de sus etapas aparece la aproximación de moléculas en fase gas a lasólidos. En alguna de sus etapas aparece la aproximación de moléculas en fase gas a la
superficie del catalizador sólido, interaccionan y se facilita la reacción química. Elsuperficie del catalizador sólido, interaccionan y se facilita la reacción química. El proceso pueproceso puede tener varias ede tener varias etapas:tapas:
Difusión de reactivos a laDifusión de reactivos a la superficie activasuperficie activa Adsorción de uno o más reactivos en lAdsorción de uno o más reactivos en la superficiea superficie Reacción superficialReacción superficial Desorción de los productosDesorción de los productos Difusión de los productosDifusión de los productos
Todas estas etapas pueden limitar la velocidad de laTodas estas etapas pueden limitar la velocidad de la reacción. Un punto a tener enreacción. Un punto a tener en cuentacuenta es que el proceso de adsorción tiene un proceso contrario de desorción que marcará enes que el proceso de adsorción tiene un proceso contrario de desorción que marcará en gran medida la actividad de catalizador.gran medida la actividad de catalizador.
Enlace superficie-moléculaEnlace superficie-molécula
Las moléculas pueden enlazarse de dos formas a una superficie:Las moléculas pueden enlazarse de dos formas a una superficie:
Adsorción física o fisisorciónAdsorción física o fisisorción Adsorción química o quimisorciónAdsorción química o quimisorción
La adsorción física consiste en un enlace débil originado por fuerzas de Van der Waals,La adsorción física consiste en un enlace débil originado por fuerzas de Van der Waals, y en principio no hay una redistribución de carga en la molécula/átomo y la superficie.y en principio no hay una redistribución de carga en la molécula/átomo y la superficie. La adsorción química implica un cambio sustancial en la densidad electrónica entreLa adsorción química implica un cambio sustancial en la densidad electrónica entre substrato y adsorbato. La naturaleza del enlace puede ser intermedia entre iónico ysubstrato y adsorbato. La naturaleza del enlace puede ser intermedia entre iónico y covalente.covalente.
3.1.1.3.1.1. CINETICA DE ADSORCIONCINETICA DE ADSORCION La velocidad de adsorción de una molécula sobre una superficie tiene la misma formaLa velocidad de adsorción de una molécula sobre una superficie tiene la misma forma que cualquier proceso químico o cinética de una rque cualquier proceso químico o cinética de una reacción elemental:eacción elemental:
Donde:Donde:
XX es el orden cinéticoes el orden cinético, k, k la constante de velocidad yla constante de velocidad y CC la concentración de gas. La mismala concentración de gas. La misma ecuación puede escribirse en función de la presión delecuación puede escribirse en función de la presión del gas, de forma que quedaría:gas, de forma que quedaría:
Si la constante kSi la constante k se expresa por la ecuación de Arrhenius, queda:se expresa por la ecuación de Arrhenius, queda:
Donde:Donde:
No obstante, hay que tener en cueNo obstante, hay que tener en cuenta que si la adsorción es la etapa lenta del proceso nonta que si la adsorción es la etapa lenta del proceso no
se obtendrán buenos resultados en la catálisis.se obtendrán buenos resultados en la catálisis.
La reacción química suele ser la etapa determinante de la velocidad. También hay queLa reacción química suele ser la etapa determinante de la velocidad. También hay que considerar la desorción, ya que si esconsiderar la desorción, ya que si es un paso lento se acumulará producto en la superficieun paso lento se acumulará producto en la superficie del catalizador y la rdel catalizador y la reacción no progresará.eacción no progresará.
3.1.2.3.1.2. ECUACIÓN DE LANGMUIRECUACIÓN DE LANGMUIR
LaLa ecuaciónecuación dede LangmuirLangmuir oo isotermisotermaa dede LangmuirLangmuir oo ecuaciónecuación dede adsorciónadsorción dede Langmuir relaciona laLangmuir relaciona la adsorciónadsorción de moléculas en una superficie sólida con lade moléculas en una superficie sólida con la presión depresión de gasgas oo concentracióconcentraciónn de un medio que se encuentre encima de la superficie sólida a unade un medio que se encuentre encima de la superficie sólida a una temperatura constante.temperatura constante.
Es una ecuación mucho más exacta para las isotermasEs una ecuación mucho más exacta para las isotermas de adsorción.La ecuación fue determinada porLa ecuación fue determinada por Irving LangmuirIrving Langmuir por conpor concentracionesde adsorción.centraciones teóricas eteóricas en 1916.n 1916.
Cuando principia la adsorción, cada molécula que colisiona con la superficie puedeCuando principia la adsorción, cada molécula que colisiona con la superficie puede condensarse en ella, pero al proseguir esta acción, cabe esperar que resulten adsorbidascondensarse en ella, pero al proseguir esta acción, cabe esperar que resulten adsorbidas aquellas moléculas que inciden en alguna parte de la superficie no cubierta todavía, peroaquellas moléculas que inciden en alguna parte de la superficie no cubierta todavía, pero además una molécula es capaz de liberarse porademás una molécula es capaz de liberarse por la agitación térmica escapándose hacia ella agitación térmica escapándose hacia el gas.gas.
Cuando las velocidades de condensación y de liberación se hacen iguales entonces seCuando las velocidades de condensación y de liberación se hacen iguales entonces se establece el equilibrio.establece el equilibrio.
La expresión de la ecuación es laLa expresión de la ecuación es la siguiente:siguiente:
Donde:Donde:
θθ es la fracción de cobertura de la superficie, P es la presión del gas o su concentración,es la fracción de cobertura de la superficie, P es la presión del gas o su concentración, yy alphaalpha es una constante, la constante de adsorción de Langmuir, que es mayor cuantoes una constante, la constante de adsorción de Langmuir, que es mayor cuanto mayor sea la energía de lmayor sea la energía de ligadura de la adsorción y cuanto menor seaigadura de la adsorción y cuanto menor sea la temperatura.la temperatura.
44 DETALLESDETALLES EXPERIMENTALESEXPERIMENTALES
4.1.4.1. M AT ERIALESM AT ERIALES
SheyquerSheyquer 5 fiolas de 100 mL5 fiolas de 100 mL (Fortuna & W. Germany, ±0.10mL)(Fortuna & W. Germany, ±0.10mL) 1 fiola de 500 mL1 fiola de 500 mL (Fortuna)(Fortuna) 2 baguetas.2 baguetas. 3 Pipetas volumétricas de 10 mL3 Pipetas volumétricas de 10 mL (Germany, ±0.02mL).(Germany, ±0.02mL). 3 Pipetas volumétricas de 20 mL3 Pipetas volumétricas de 20 mL (Germany, ±0.03mL).(Germany, ±0.03mL). 6 Pipetas volumétricas de 50 mL6 Pipetas volumétricas de 50 mL^ (Germany, ±0.05mL).(Germany, ±0.05mL). 1 Probeta (Pyrex)1 Probeta (Pyrex) 6 Embudos de vástago largo.6 Embudos de vástago largo. 2 matraz Erlenmeyer de 125 m2 matraz Erlenmeyer de 125 mL (Normax, Pirex y Germany),L (Normax, Pirex y Germany), 2 matraz Erlenmeyer de 100 mL (Pyrex)2 matraz Erlenmeyer de 100 mL (Pyrex) 1 pipeta graduada de 10 mL1 pipeta graduada de 10 mL (Germany, ±0.02mL).(Germany, ±0.02mL). 1 B1 Buretaureta dede 50 mL50 mL^ (Hirschmann E.M.).(Hirschmann E.M.). PropipetaPropipeta 5 tubos de base plana5 tubos de base plana 6 matraz Erlenmeyer de 1256 matraz Erlenmeyer de 125 mL con tapón.mL con tapón. 4 Vasos de precipitado de 1004 Vasos de precipitado de 100 mLmL (Pirex & Germany)(Pirex & Germany) 1 vaso de precipitado de 250 mL1 vaso de precipitado de 250 mL (Pirex).(Pirex). 4 baguetas.4 baguetas. .4 embudos de vástago corto..4 embudos de vástago corto. Porta embudos.Porta embudos. Termómetros.Termómetros.
4.2.4.2. REAC T IVO SREAC T IVO S Ácido Acético QP.Ácido Acético QP. Hidróxido de Sodio.Hidróxido de Sodio.Carbon activadoCarbon activado Tierra activoTierra activo Indicador fenolftaleina.Indicador fenolftaleina. Aceite neutralizado.Aceite neutralizado. Biftalato de PotasioBiftalato de Potasio
4.3.4.3. PRO C EDIM IENT OPRO C EDIM IENT O
4.3.1.4.3.1. ADSORCION FISICA: ACIDO ACETICO SOBRE CARBONADSORCION FISICA: ACIDO ACETICO SOBRE CARBON ACTIVADOACTIVADO
4.3.2.4.3.2. ADSORCION QUIMICA: PURIFICACION DE ACEITES CON TIERRAS ACTIVASADSORCION QUIMICA: PURIFICACION DE ACEITES CON TIERRAS ACTIVAS
TABLA Nº4:TABLA Nº4:^ CONCENTRACICONCENTRACION EQUIVALENTE DELON EQUIVALENTE DEL ÁCIDO ACÉTICO 0.15,ÁCIDO ACÉTICO 0.15, 0.12,0.12, 0.09,0.09, 0.06,0.06, 0.03,0.03, 0.015N0.015N CONCON CARBÓNCARBÓN ACTIVADO,ACTIVADO, FILTRADOFILTRADO POSTERIORMENTE.POSTERIORMENTE.
MatrazMatraz (^) activado (g)activado (g)W carbónW carbón^ V HAc.V HAc. (mL)(mL) NaOH (mL)NaOH (mL)^ V gastadoV gastado^ N corregida delN corregida del HAc. (CHAc. (C eqeq))
11 0.50150.5015 1010 16.2516.25 0.13940. 22 0.50300.5030 1010 13.5013.50 0.011580.
33 0.50020.5002 1010 10.5510.55 0.09050.
44 0.50090.5009 1010 6.556.55 0.05620.
55 0.50040.5004 1010 3.053.05 0.02620.
66 0.50060.5006 1010 1.551.55 0.01330.
Tubo N°Tubo N° TemperaturaTemperatura (°C)(°C)^ AlturaAltura (cm)(cm)
11 5050 1.21. 22 6060 2.12. 33 7070 3.33. 44 8080 4.14.
5.2.5.2. TABLA DE DATOS TEORICOSTABLA DE DATOS TEORICOS
ConstantesConstantes ValorValor teóricoteórico
NN 2.322.32 ()() KK 0.1600.160 ()() () VALORES OBTENIDOS DEL LABORATORIO DE FISICOQUIMICA AII() VALORES OBTENIDOS DEL LABORATORIO DE FISICOQUIMICA AII
5.3.5.3. TABLA DE CALCULOSTABLA DE CALCULOS
TABLATABLA Nº7:Nº7: ADSORCIÓN DEL ÁCIDO ACÉTICO SOBRE EL CARBÓNADSORCIÓN DEL ÁCIDO ACÉTICO SOBRE EL CARBÓN ACTIVADO Y PARA LA GRÁFICA N° 1 (X/M VS C)ACTIVADO Y PARA LA GRÁFICA N° 1 (X/M VS C)
MatrazMatraz CC^00 (N)(N) CCeqeq^ (N)(N) XX (g)(g)
m carbónm carbón activado (g)activado (g) x/mx/m
11 0.150150.15015 0.13940.1394 0.03230.0323 0.50130.5013 0.06440.
22 0.120120.12012 0.011580.01158 0.01300.0130 0.50220.5022 0.02580.
33 0.094380.09438 0.00.0905 905 0.011650.01165 0.50180.5018 0.02330.
44 0.060060.06006 0.00.0562 562 0.011580.01158 0.50190.5019 0.02310.
55 0,034320,03432 0.00.0262 262 0.024380.02438 0.50120.5012 0.04870.
66 0.0150150.015015 0.01330.0133 0.005150.00515 0.50060.5006 0.01030.
TABLA Nº8:TABLA Nº8: RESULTADOS DE LOG(X/M) Y LOG (CRESULTADOS DE LOG(X/M) Y LOG (CEQEQ)) PARAPARA LALA GRÁFICAGRÁFICA N° 2.N° 2.
MatrazMatraz Log(x/m)Log(x/m) Log(CLog(Ceqeq))
11 -1.19-1.19 -0.86-0.
22 -1.59-1.59 -0.94-0.
33 -1.63-1.63 -1.04-1.
44 -1.64-1.64 -1.25-1.
55 -1.31-1.31 -1.58-1.
66 -1.99-1.99 -1.88-1.
66 .. DISCUSION DE RESULTADOSDISCUSION DE RESULTADOS
En la adsorción física se observó en la gráfica N° 1 una tendencia exponencial, por estaEn la adsorción física se observó en la gráfica N° 1 una tendencia exponencial, por esta
razón se pasó a linealizar la gráfica, por esto en la gráfica Nº2 de log(x/m) vs log C,razón se pasó a linealizar la gráfica, por esto en la gráfica Nº2 de log(x/m) vs log C,
observamos que los puntos se encuentran parcialmente lineal, razón por la cual elobservamos que los puntos se encuentran parcialmente lineal, razón por la cual el
porcentajeporcentaje de error esde error es alto, una raalto, una razón que sezón que se puede dpuede deducir queeducir que en el procen el procedimiento antesedimiento antes
de realizar la practica el carbón activado se habría depositado en las paredes del matrazde realizar la practica el carbón activado se habría depositado en las paredes del matraz
debido a una agitación fuerte o una inadecuada manipulación del agregado, una de otrasdebido a una agitación fuerte o una inadecuada manipulación del agregado, una de otras
razones pudo deberse a una valoración no exacta de la concentración inicial o delrazones pudo deberse a una valoración no exacta de la concentración inicial o del
equilibrio, cuando se preparó las diluciones o después de realizar la filtraciónequilibrio, cuando se preparó las diluciones o después de realizar la filtración
correspondiecorrespondiente dente de las soluciones con carbón activado.las soluciones con carbón activado.
En la gráfica Nº3 la adsorción química se observó que a mayor temperatura, tuvo unaEn la gráfica Nº3 la adsorción química se observó que a mayor temperatura, tuvo una
tendencia a la decoloración del aceite, en presencia detendencia a la decoloración del aceite, en presencia de tierra activada, esta tierra presentatierra activada, esta tierra presenta
afinidad en la muestra donde la presencia de fuerzas químicas de interacción entre elafinidad en la muestra donde la presencia de fuerzas químicas de interacción entre el
adsorbente y el adsórbalo evidencian la decoloración; en esta experiencia si se cumplióadsorbente y el adsórbalo evidencian la decoloración; en esta experiencia si se cumplió
con lo esperado, a mayor temperatura, la decoloración será mayor, y su concentracióncon lo esperado, a mayor temperatura, la decoloración será mayor, y su concentración
menor.menor.
77 .. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
presión o depresión o de la concentración yla concentración y de la temperatura.de la temperatura.
decolorante de la tierra activada.decolorante de la tierra activada.
8.2.8.2. GRAFICOSGRAFICOS
8.2.1.8.2.1. EXCELEXCEL
00
0,0050,
0,010,
0,0150,
0,020,
0,0250,
0,030,
0,0350,
0,040,
0,0450,
0,050,
0,0550,
0,060,
0,0650,
00 00 ,, 0011 00 ,, 0022 00 ,, 0033 00 ,, 0044 00 ,, 0055 00 ,, 0066 00 ,, 0077 00 ,, 0088 00 ,, 0099 00 ,, 11 00 ,, 1111 00 ,, 1122 00 ,, 1133 00 ,, 1144
00
0,20,
0,40,
0,60,
0,80,
11
1,21,
1,41,
1,61,
1,81,
22
2,22,
00 00 ,, 22 00 ,, 44 00 ,, 66 00 ,, 88 11 11 ,, 22 11 ,, 44 11 ,, 66 11 ,, 88 22
/ /
//
99 .. BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
Libros:Libros:
Maron Samuel H-Prutton Carl.Maron Samuel H-Prutton Carl. FundamentosFundamentos dede lala FisicoquímicaFisicoquímica. Editorial Limusa,. Editorial Limusa, México 1996. Páginas 825-833México 1996. Páginas 825- Farrington Daniels -Robert A. AlbertyFarrington Daniels -Robert A. Alberty. Físico Química. Físico Química. 4º Edición, Compañía Editorial. 4º Edición, Compañía Editorial Continental S.A. Páginas 370 - 377Continental S.A. Páginas 370 - 377 Atkins.Atkins. FisicoquímicaFisicoquímica. 3 era Edición,. 3 era Edición, Addison Wesley. Páginas 900-913.Addison Wesley. Páginas 900-913.
Página Web:Página Web:
http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/adsorcionhttp://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/adsorcion Revisado: 22 de Octubre del 2016Revisado: 22 de Octubre del 2016 file:///C:/Users/Julio%20Nu%C3%B1ez/Desktop/rtq10115-downloaded-with-file:///C:/Users/Julio%20Nu%C3%B1ez/Desktop/rtq10115-downloaded-with- 1stBrowser.pdf1stBrowser.pdf Revisado: 22 Octubre del 2016Revisado: 22 Octubre del 2016 http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/23131/Capitulo4.pdfhttp://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/23131/Capitulo4.pdf Revisado: 22 Octubre del 2016Revisado: 22 Octubre del 2016
00
0,10,
0,20,
0,30,
0,40,
0,50,
0,60,
0,70,
0,80,
0,90,
00 1100 2200 3300 4400 5500 6600 7700 8800 9900
º º