ra103477-Adsorção de Ácido Oxálico em Carvão Ativo

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS – DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL II - 3227
TURMA 001
CINETICA DE REAÇÕES
PARTE 2
José Augusto Ribeiro RA:103477
Profa. Dra. Thelma Sley Pacheco Cellet
Maringá, 2021
1. INTRODUÇÃO
1.1. Adsorção: Conceitos e termos empregados
Adsorção se define como sendo um fenômeno de transferência de massa, em que partículas líquidas ou gasosas ficam retidas na superfície de sólidos, esta propriedade pode ser potencializada de acordo com a porosidade do sólido [1].
Existem dois termos para definir os participantes do fenômeno:
· Adsorvato: É a substancia líquida ou gasosa que fica retida na superfície do sólido adsorvente.
· Adsorventes: É a substância sólida que promove a retenção de outras substâncias.
1.2. Adsorção física e química
O fenômeno da adsorção pode se dar a depender da natureza das forças que estarão envolvidas.
Na adsorção física, ou fisissorção, as moléculas ou átomos se aderem á superfície do adsorvente, através de forças de Van der Walls, que são ligações intermoleculares de longo espectro, porém, muito fracas e incapazes de formar ligações químicas. Por esse motivo, a adsorção física é um processo reversível.
Quando o processo de adsorção se da por meio de forças de natureza química, é denominada de quimissorção. Nessa situação, a interação entre o adsorvente e o adsorvato se dá por ligações químicas, em geral, covalentes, porém a depender das substancias que participam do sistema. Como se trata de ligações químicas trata-se de um processo exotérmico e irreversível [2].
1.3. Parâmetros importantes que afetam a adsorção
Os fenômenos de adsorção, geralmente são resultado de um combinação entre fisissorção e quimissorção. Deste modo existem diversos parâmetros que irão interferir no processo de adsorção.
1.3.1. Área superficial
A intensidade da adsorção é proporcional à área superficial específica, visto que a adsorção é um fenômeno de superfície [3].
1.3.2. Propriedades do adsorvente
A natureza físico-química do adsorvente é fator determinante, pois a capacidade e a taxa de adsorção depende da área superficial específica, porosidade, volume específico de poros, distribuição do tamanho de poros, grupos funcionais presentes na superfície do adsorvente e da natureza do material precursor [3].
1.3.3. Propriedades do adsorvato
O tamanho da espécie é sempre importante quando a taxa de adsorção é dependente do transporte intraparticular. Outra característica de forte influencia é a polaridade do adsorvato, uma vez que uma espécie polar terá mais afinidade para o solvente ou para o adsorvente , conforme a polaridade [3]. 
1.3.4. Temperatura
Em processos de adsorção, o efeito da temperatura sobre o sistema afeta, principalmente, a constante de velocidade de adsorção. Um aumento na temperatura pode ocasionar em um aumento de energia cinética e na mobilidade das espécies do adsorvato, e ainda provocar um aumento na taxa de difusão intraparticular do adsorvato, o aumento na temperatura pode afetar a solubilidade e o potencial químico do adsorvato. Desta forma, a alteração na temperatura de um processo conduz a uma mudança na capacidade de adsorção.
A temperatura possui dois efeitos importantes sobre o processo de adsorção. Um aumento da temperatura aumenta a taxa de difusão das moléculas do adsorvato em toda camada limite externa e interna nos poros da partícula do adsorvente, devido á diminuição na viscosidade da solição. Além disso, a variação da temperatura altea o estado de equilíbrio da adsorção para um determinado adsorvato.
Um aumento da temperatura pode produzir uma desobstrução de poros no interior da estrutura do adsorvente, permitindo a penetralao de moléculas maiores do adsorvato [3].
1.3.5. pH
O pH afeta a adsorção na medida em que determina o grau de distribuição das espécies químicas. A intensidade desse efeito de distribuição das espécies químicas. A intensidade desse efeito pode ser maio o menor conforme o adsorvente, uma vez que as cargas da superfície. Um índice conveniente da tendência de uma superfície se tornar positiva ou negativamente carregada em função do pH, é o valor do mesmo requerido para que a carga líquida do adsorvente seja nula, o chamado ponto de carga zero. Para valores de pH inferiores ao ponto de carga zero, a carga superficial é positiva e a adsorção de ânion é favorecida; e para valores de pH superiores ao ponto de carga zero, a carga superficial é negativa e a adsorção de cátions é favorecida [3].
1.3.6. Isotermas de adsorção
As isotermas de adsorção são curvas que indicam a forma como o adsorvente efetivamente adsorverá o soluto, indica também a se a purificação requerida poderá ser obtida. Também, fornece uma estimativa da quantidade máxima de soluto que o adsorvente adsorverá e fornece informações que determinam se o adsorvente pode ser economicamente viável para a purificação do líquido [4].
Existem alguns característicos de isotermas:
· Isoterma linear: que sai da origem indica que a aquantidade adsorvida pe proporcional a concentração do fluido, não indicando uma capacidade máxima para adsorção
· Isotermas côncavas: são chamadas favoráveis, por extrair quantidades relativamente altas mesmo em baixos níveis de concentração de adsorvato no fluido.
· Isotermas convexas: são chamadas desfavoráveis ou não favoráveis devido á sua baixa capacidade de remoção em baixas concentrações. Isotermas desfavoráveis são raras, mas muito importantes para entender o precesso de refgeneração, isto é, transferência de massa do sólido pde volta para a fase fluida, quando a isoterma é favorável.
Langmuir propros uma teoria para explicar a adsorção sobre uma superfície uniforme, simples, infinita e não porosa.
O modelo baseia-se na hipótese de movenmento das moléculas adsorvidas pela superfície dos adsorvente, de modo que, a medida que mais moléculas são adsorvidas, há uma distribuição uniforme formando uma monocamada que recobre toda a superfície.
Utiliza o concento dinâmico do equilíbrio de adsorção que estabelece a igualdade nas velocidades de adsorção e dessorção.
A expressão da isoterma de Langmuir é representada pela equação:
Onde:
· Kl é a constante de Lagmuir que dá a capacidade de adsorção teórica na monocamada;
· Qm pe uma constante relacionada com a eergia de adsorção;
· Ce é a concentração do adsorbato no equilíbrio;
· Qe é a quantidade adsorvida por grama do adsorvente.
Agora, no modelo de Freundlich, a capacidade de adsorção é dada pela equação:
Onde:
· Kf é a constante de Freundlich;
· N é um parâmetro empírico.
A constante de Freundlich (Kf) relaciona-se com a capacidade de adsorção, e a constante n relaciona-se com a intensidade de adsorção [4].
Valores de n na faixa 1<n<10 indicam adsorção favorável.
2. OBJETIVOS
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.
3.PROCEDIMENTO
	Serão colocadas 4,0 g de carvão ativo em cada um dos dez Erlenmeyers de 250 mL;
Se adicionará a cada um 100,0 mL de solução de ácido oxálico em diferentes concentrações, preparadas num balão volumétrico de 100 mL seguindo as misturas abaixo:
Se tampará os Erlenmeyers com rolha e se agitará freqüentemente durante mais ou menos uma hora e em seguida se deixará em repouso durante a noite para se obeter o equilíbrio;
Serão filtradas as soluções (molhando o papel de filtro com os primeiros 5 mL de filtrado, que devem ser desprezados) e irão ser tituladas com NaOH 0,1 mol/L (na bureta) utilizando fenoftaleína como indicador;
Para titular, serão tomdas 10,0 mL de solução das primeiras e, 25,0 mL das últimas (titular no mínimo 2 vezes cada solução);
Será usado o ácido oxálico (padrão: 0,25 mol/L) para determinar a concentração correta do NaOH.
3.1. CALCULOS
1. Será calculada a concentração c do ácido oxálico em equilíbrio com o carvão (ácido não adsorvido) em mol/L (para cada solução preparada);
2. Será calculada a quantidade de matéria (n)de ácido oxálico adsorvido por grama de adsorvente (X), em cada caso;
3. Será plotado c/X contra c. Se determinará a quantidade de matéria adsorvida por grama de adsorvente necessária para cobrir totalmente a superfície (N), e o coeficiente de adsorção (K);
4. Será calculada a área de carvão (em metros quadrados por grama), sabendo que a área da secção transversal da molécula de ácido oxálico é 21,0 Å2;
5. Serão calculados os valores de θ, para cada caso. θ = X/N;
6. Tabelar os resultados;
7. Será construido o gráfico log m contra log c, onde m é a razão massa do adsorvido / massa do adsorvente. Se determinará as constantes de Freundlich;
8.Serão analisados os dois gráficos obtidos juntamente com as tabelas.
REFERENCIAS
[1] MAGALHÃES, Lana. Adsorção. [S. l.], 20??. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/adsorcao/. Acesso em: 16 abr. 2021.
[2] CARDOSO, Mayara. Adsorção. [S. l.], 20??. Disponível em: https://www.infoescola.com/quimica/adsorcao/. Acesso em: 16 abr. 2021.
[3] CARDOSO, Mayara. Adsorção. [S. l.], 20??. Disponível em: https://www.infoescola.com/quimica/adsorcao/. Acesso em: 16 abr. 2021.
[4] SCHONS, Elenice. Fenômenos Interfaciais: Adisorção, isotermas e filmes monomoleculares. [S. l.], 20??. Disponível em: https://files.cercomp.ufg.br/weby/up/596/o/fen_int_5.pdf. Acesso em: 16 abr. 2021.