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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Relatório de Físico-Química Experimental – 517/
ADSORÇÃO DE ÁCIDO OXÁLICO EM CARVÃO ATIVO
Resumo
Com soluções de ácido oxálico, à diferentes concentrações e em equilíbrio com carvão ativo (adsorvente), foram realizadas medidas de adsorção, onde por titulação com NaOH 0,1 mol.L -1, determinou-se a quantidade do ácido adsorvido por gramas de adsorvente. Através de um gráfico de C/X versus C , onde C é a concentração do ácido em cada solução e X é a quantidade de matéria adsorvida por grama de adsorvente, obteve-se a quantidade de substância adsorvida por gramas de adsorvente necessária para cobrir totalmente a superfície, N , do carvão e o coeficiente de adsorção, K. As constantes de Freundlich, n e k foram também determninadas empregando o método gráfico de log m em função de log C , obtendo-se os valores 1,418 e 1,64 respectivamente.
Objetivo
Determinar a relação existente entre a quantidade de ácido oxálico adsorvido pelo carvão vegetal e a concentração de equilíbrio do ácido na fase aquosa. Aplicar as isotermas de Langmuir e Freundlich.
Procedimento Experimental
Colocou-se 4,0g de carvão ativo em cada um dos dez erlenmeyers de 250 mL e adicionou-se a cada um 100,0 mL de solução de ácido oxálico em diferentes concentrações, preparadas num balão volumétrico de 100,0 mL seguindo as misturas abaixo:
Solução (mL) Ac.Oxál.(0,25 mol/L) mL Água Destilada 1ª 100,0 0, 2ª 90,0 10, 3ª 80,0 20, 4ª 60,0 40, 5ª 50,0 50, 6ª 40,0 60, 7ª 20,0 80, 8ª 10,0 90, 9ª 5,0 95, 10ª 4,0 96,
Tampou-se os erlenmeyers com rolha e agitou-se freqüentemente durante mais ou menos uma hora e em seguida deixou-se em repouso durante a noite para obter-se o equilíbrio (todas estas etapas já foram preparadas pelo técnico). Filtrou-se as soluções (molhou-se o papel de filtro com os primeiros 5 mL de filtrado, que foram desprezados), e titulou-se com NaOH 0,1 mol/L (na bureta) utilizou-se fenolftaleina como indicador. Para titular, tomou-se 10,0 mL de solução das primeiras (da 1ª à 8ª ) e 25,0 mL da 9ª e 10ª (titulou-se no mínimo duas vezes cada solução). Usando o ácido oxálico ( padrão: 0,25 mol/L) determinou-se a concentração do NaOH.
Resultados
Após a filtração da mistura, para retirar o carvão com o ácido oxálico adsorvido, realizou-se a titulação do filtrado, em temperatura ambiente de 26,4 ºC, afim de calcular a concentração do ácido em equilíbrio com o adsorvente. A solução de NaOH 0,1 mol.L-1, foi primeiramente padronizada com solução de ácido oxálico de concentração 0,25 mol.L-1, obtendo um fator de correção, f , no valor de 0,. Na Tabela I estão contidos os valores da concentração inicial do ácido oxálico, Ci , o volume médio gasto de titulante^ e^ a^ concentrção^ do^ ácido^ em equilíbrio com o carvão, C (^) eq.
Os valores são: N = 8,21 mmol.g -1^ e K = 9,369 g/L
Sabendo-se que a área da secção transversal da molécula de ácido oxálico é 21,0x10-21^ m^2 determinou-se^ a^ área^ de^ carvão, A,^ em^ metros^ por^ grama, utilizando a equação l.
A = N. N 0. σ equação l onde N 0 é o número de Avogadro; σ é a área da secção transversal da molécula de ácido.
O valor encontrado para A foi de 1037,91 m 2 .g -. Calculou-se a fração da superfície coberta pelo ácido, θ, (θ = X / N ) e, aplicando-se logaritimo na isoterma de Freundlich, graficou-se log m em função de
log Ceq ( Fig. 2) onde, as constantes k e n foram determinados pelos coeficientes linear e angular respectivamente, da reta obtida. Os valores de θ, log m e log Ceq , encontram-se na Tabela lll.
Tabela lll – Valores de θ, log m e log C (^) eq Amostra θ log m log C (^) eq 01 0,704 -0,28 -0, 02 0,635 -0,33 -0, 03 0,566 -0,38 -0, 04 0,428 -0,50 -1, 05 0,357 -0,58 -1, 06 0,289 -0,67 -1, 07 0,146 -0,97 -1, 08 0,073 -1,27 -2, 09 0,037 -1,58 -2, 10 0,029 -1,67 -2,
Fig. 2 – Gráfico de log m em função de log Ceq
Os valores das constantes de Freundlich foram k = 1,64 e n = 1,.
Discussão
Após obter-se o equilíbrio entre o adsorvente e o adsorvido, filtrou-se a solução, titulando o filtrado e determinando o número de mols livres de ácido oxálico e conseqüentemente a quantidade de matéria adsorvida por grama de adsorvente, em cada caso. Observa-se que o valor de X diminuiu a medida que foi diminuindo a concentração da solução inicial. Isto provavelmente pois, com a diminuição da
concentração, a probabilidade dos íons do ácido atingirem os sítios ativos do adsorvente também diminuiu. O valor de θ calculado a partir dos valores encontrados de N (obtido do gráfico de C eq /X^ em função de^ C^ eq , utilizando a isoterma de Langmuir) e^ X , indica a fração de superfície coberta. A reta esperada se comportou desta maneira (uma curva), provavelmente devido a saturação na adsorção do ácido oxálico, pelo carvão ativo. Pôde-se observar que o carvão ativo possui uma grande área superficial, visto que o valor calculado para esta área foi de 1037,91 m 2 /g. Isto se deve pelo fato do mesmo tem uma porosidade elevada. De acordo com o gráfico obtido da isoterma de Freundlich comprovou-se que esta falha quando a concentração do adsorvato é muito elevada, visto que esta continuou apresentando linearidade mesmo ao se atingir a saturação do adsorvente detectada pela isoterma de Langmuir.
Conclusão
A relação C (^) eq /X diminuiu com a diluição da solução. Com esta diluição também houve um menor número de sítios ativos do carvão sendo preenchidos, com isso os valores de X e θ diminuiram. O carvão apresentou grande área superficial (1037,91 m 2 .g^ -1^ ) devido a elevada porosidade. Comprovou-se, experimentamente, que a isoterma de Freundlich falha quando a concentração do adsorvato é muito elevada. Nada se pôde afirmar quanto a adsorção ser física ou química, isso porque não foi feito nenhum estudo do grau de dessorção do ácido no carvão, variando-se a temperatura. Na adsorção física o grau de dessorção aumenta ao se aumentar a temperatura visto que, as forçar atuantes são relativamente fracas (van der Waals)
Referencias Bibliográficas
Castellan, G.; Fundamentos de Físico-Química ; Ed. LTC; Rio de Janeiro, 1989.
Daniels, F.; Alberty, R. A.; Williams, J. W.; Cornwe, C. D.; Blender, P. e Harriman, J. E.; Experimental Physical Chemistry , McGraw-Hill, Kogakusha Ltda.; 7ª ed., Japão, 1970.
