Estudo da Adsorção do Ácido Acético pelo Carvão

Físico-Química Experimental

Estudo da Adsorção do Ácido Acético pelo Carvão

Data: 16/05/2018 

Temperatura = 25±1ºC

Pressão = 760 mmHg

INTRODUÇÃO

Carvão Ativado é uma forma de carbono puro de grande porosidade, apresenta notáveis propriedades atribuídas à sua área superficial, entre elas, a remoção de impurezas dissolvidas em solução. Os poros em sua estrutura lhe dá uma grande capacidade de adsorção.

A adsorção é caracterizada como um fenômeno de superfície e ela ocorre quando um fluído se adere e é retido à superfície de uma substância. O fluído é nomeado de adsorvido e a substância é chamada de adsorvente. Essa interação entre adsorvido e adsorvente pode ocorrer através de forças físicas ou químicas.

Nessa prática, o ácido acético é o adsorvido e o carvão é o adsorvente. Assim, quando uma solução de ácido acético está em equilíbrio termodinâmico com certa massa de carvão ativado, é possível satisfazer a seguinte relação (Isoterma de Freundlich):

 = 𝑘 .[pic 1][pic 2]

Onde: x = massa de ácido acético adsorvida pelo carvão;

m = massa de material adsorvente;

C = concentração da solução em equilíbrio (g/L);

n = é uma constante maior que a unidade e característica do sistema, que está relacionada com a afinidade do sistema pela adsorção;

k = é outra constante e está relacionada com a capacidade de adsorção.

A quantidade de substância adsorvida na superfície decresce com o aumento da temperatura, já que todos os processos de adsorção são exotérmicos. A uma temperatura constante a quantidade adsorvida aumenta com a concentração do adsorvato (em solução ou na fase gasosa), e a relação entre a quantidade adsorvida (x) e a concentração (C) é conhecida como Isotérmica de adsorção.

Somente para concentrações muito baixas é que x é proporcional a C. Geralmente a quantidade adsorvida aumenta menos do que proporcionalmente à concentração, devido à saturação gradual da superfície.

A equação da Isoterma de Freundlich também pode ser escrita de forma a fornecer uma reta:

𝑙𝑜𝑔 (−𝐶) = 𝑙𝑜𝑔 𝑘 + 𝑙𝑜𝑔  + () 𝑙𝑜𝑔 𝐶[pic 3][pic 4][pic 5]

Assim, é possível encontrar a constante “n” através do coeficiente angular da reta. Nessa mesma equação, pode-se substituir as concentrações Co e C por volumes Vo e V, caso utiliza-se o hidróxido de sódio (NaOH) para o cálculo. Onde Vo é antes da adsorção e V é depois da adsorção.

𝑙𝑜𝑔 (−𝑉) = 𝐴 + ()  𝑙𝑜𝑔 𝑉[pic 6][pic 7]

Onde a constante A seria: 𝑙𝑜𝑔 𝑘 + 𝑙𝑜𝑔 , dependendo do volume de ácido titulado, da concentração da solução de hidróxido de sódio, da massa do carvão ativado, da constante k e do volume da solução em que houve a adsorção.[pic 8]

Os cálculos ainda podem ser realizados por um outro método, o de Langmuir

[pic 9]

Onde: x  = quantidade de soluto adsorvido por massa de adsorvente

Xm = quantidade máxima que pode ser adsorvida por massa de adsorvente

K = constante de adsorção

Ceq = concentração de equilíbrio

Para o gráfico usamos 1/x e 1/Ceq, onde obteremos uma reta, que corresponderá a equação acima. Os dados retirados da reta nos permitiram calcular Xmax, a partir do coeficiente linear e K, a partir do coeficiente angular e do valor de Xmax.

OBJETIVOS

        Calcular a capacidade de adsorção do carvão ativada pelo método de Freundlich e  pelo métodos de Langmuir.

PROCEDIMENTO

• Materiais e Reagentes:
• 5 balões volumétricos de 100 mL;
• 10 erlenmeyers de 100 mL ou 250 mL com rolha;
• Bureta de 50 mL;
• 5 funis;
• Banho termostático ou temperatura ambiente.
• Ácido acético 1,0 mol L-1;
• Hidróxido de sódio 0,1 mol L-1;
• Solução de fenolftaleína;
• Carvão ativo.

A partir de uma solução de ácido acético 1,0 mol. L-1, foi preparado 100 mL de soluções 0,5; 0,3; 0,2; 0,1 e 0,05 mol L-1. Os volumes calculados de ácido foram medidos numa bureta ou pipeta volumétrica e diluídos em balão volumétrico.

Para determinar o volume necessário de ácido acético de 1 mol. L-1 para cada concentração, foi feito o cálculo dos volumes através da fórmula:

C1.V1 = C2.V2

Onde:

C1: concentração da solução de ácido acético (1 mol. L-1);

V1: volume necessário de ácido acético;

C2: concentração da solução que se quer preparar para cada balão volumétrico (variando de: 0,5; 0,3; 0,2; 0,1 e 0,05 mol.L-1)

V2: volume do balão volumétrico (100 mL).

Depois das soluções preparadas foram utilizados cinco erlenmeyers numerados de 1 a 5. Adicionou-se 1,5 g de carvão a cada 50 mL da solução 0,5 M de ácido acético em cada recipiente e assim sucessivamente a cada concentração, fechando-os com uma rolha após a transferência. Posteriormente, todas as soluções foram deixadas em repouso por 30 minutos e agitando-as ocasionalmente.

Durante estes mesmos 30 minutos foram tituladas as soluções dos balões volumétricos (solução padrão). Em outros cinco erlenmeyers, enumerados de 6 a 10, foram colocados 10 mL de cada solução com sua respectiva concentração e com 2 gotas do indicador fenolftaleína. A solução titulante utilizada foi o NaOH a 0,1 mol.L-1 e o volume gasto na titulação será o dado de V0.

Após os 30 minutos, o carvão foi separado de cada uma das soluções através da filtração feita com uma bomba a vácuo.  Pipetou-se 10 mL de cada uma das soluções filtradas da cinética e foi repetido o processo de titulação com hidróxido de sódio conforme feito anteriormente. Dessa vez o volume gasto será o resultado de V.