Pre relatorio 9 adsorcao de acido oxalico

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
QUÍMICA EXPERIMENTAL
Adsorção de ácido oxálico em carvão ativado
Acadêmicos:
Caio Grego 112426
Giovanna Gatti Alves 112418
Julia Cardoso Oliveira 112412
Mharia Eduarda Jasper Benavides 112421
Raffaela Bandeira Rodrigues 112420
Turma: 207/05
Professora: Thelma Sley Pacheco Cellet
MARINGÁ, 14 DE FEVEREIRO DE 2022
1. Introdução
Superfície de sólidos: Os átomos ou moléculas na superfície recebem um campo
de força positivo, que resulta em um estado de tensão junto à superfície, originando o
conceito tensão superficial ( ). A energia livre da molécula no interior é menor que naγ
superfície de um sólido ou líquido, é necessário fornecer energia para levar a molécula do
interior para a superfície. A energia adicional é chamada de energia livre de superfície.
A tensão superficial é um fenômeno de superfície por se tratar de um efeito físico que
ocorre na camada superficial de um sólido ou líquido. A partir disso, e sabendo que as
moléculas estão ligadas entre si por uma energia de coesão (E):
(equação 1)ϵ = 𝐸𝑁
Podendo supor que cada molécula está ligada à outras doze, e cada molécula de superfície
tem ligação com apenas nove moléculas, e pela equação 1 podemos ter outra equação:
(equação 2)9ϵ12 =
3
4 ϵ = 75%ϵ
Logo, pode-se dizer que as moléculas na superfície de um sólido ou líquido possuem uma
energia de ligação, que é a coesão, e ela tem cerca de 75% da energia de coesão de uma
molécula do interior.
A tensão superficial pode ser calculada relacionando ela com a área (A) da superfície em
questão, e a energia livre de Gibbs (G). Então:
(equação 3)γ = ∂𝐺∂𝐴( ) 
Onde, = é a energia de Gibbs superficial por unidade de área.γ
Pode-se perceber a partir da equação 3 que a energia de Gibbs aumenta com a área e isso
indica que o movimento não é espontâneo.
Adsorção: conceitos e termos empregados: Define-se adsorção como 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.
Existem dois termos para definir os participantes do fenômeno, são eles o adsorvato: que é
a substância líquida ou gasosa que fica retida na superfície do sólido adsorvente; e o
adsorvente: que é a substância sólida que promove a retenção de outras substâncias.
A adsorção reduz o desequilíbrio das forças atrativas existentes numa superfície, reduzindo
a energia livre superficial de uma superfície heterogênea. Os adsorventes mais eficazes são
sólidos porosos e finalmente divididos, como o carvão ativado por exemplo.
Adsorção química e física: Na adsorção as moléculas do adsorvato sofrem restrições com
relação a seu movimento, então, existe um decréscimo da variação de entropia (ΔS). O
processo de adsorção envolve também um decréscimo da energia livre de Gibbs, é
necessário que a variação da entalpia (ΔH) seja bastante negativa, para que possa
satisfazer a relação:
ΔG= ΔH - TΔS (equação 4)
Na adsorção física, as moléculas ou átomos se aderem à superfície do adsorvente através
de forças de Van der Walls, que são ligações intermoleculares de longo espectro, porém,
elas são muito fracas e incapazes de formar ligações químicas. Por conta disso, a adsorção
física é um processo reversível.
Na adsorção química, a interação entre o adsorvente e o adsorvato se dá por ligações
químicas, na maioria dos casos são ligações covalentes, mas dependem das substâncias
que estão no sistema. A adsorção química é um processo irreversível e exotérmico.
Parâmetros importantes que afetam a adsorção: Os fenômenos de adsorção,
geralmente são resultados da combinação entre quimissorção e fisissorção. Existem vários
parâmetros que irão interferir no processo de adsorção, são alguns deles:
● Temperatura: A temperatura afeta principalmente a constante de velocidade de
adsorção. Um aumento na temperatura pode ocasionar um aumento na energia
cinética e também na mobilidade das espécies do adsorvato, e pode provocar um
aumento na taxa de difusão intrapartícula do adsorvato.
Existindo um aumento na temperatura,
aumenta a taxa de difusão das moléculas do adsorvato, devido à diminuição de viscosidade
da solução, e também pode produzir obstrução dos poros do interior da estrutura do
adsorvente, permitindo a penetração de moléculas maiores do adsorvato. A temperatura
também altera o estado de equilíbrio de adsorção para um determinado adsorvato.
● Natureza e concentração do adsorvato: O tamanho da partícula é sempre muito
importante quando a taxa de adsorção depende do transporte intraparticular. Além
disso, a polaridade do adsorvato desempenha papel de grande importância, pois
espécie polar terá mais afinidade para o solvente ou adsorvente dependendo da
polaridade dos mesmos.
● Área de superfície efetiva: A intensidade da adsorção é proporcional à área
superficial específica, visto que a adsorção é um fenômeno de superfície. Para
partículas maiores, a resistência à difusão é menor e grande parte da superfície
interna da partícula não é disponibilizada para adsorção.
● Natureza e estado de agregação de adsorvente: A natureza físico química do
adsorvente é fator de grande importância, pois a capacidade e taxa de adsorção
dependem da área superficial específica, porosidade, volume específico de poros,
distribuição do tamanho de poros, dos cheiros funcionais presentes na superfície do
adsorvente e da natureza do material precursor.
Tipos de adsorventes: O carvão é um adsorvente muito utilizado para retirar odores de
geladeiras, ele tem uma grande quantidade de poros em sua superfície que adsorvem os
gases causadores do mau cheiro.
Nas estações de tratamento de água, se utiliza o carvão do tipo ativado, para a eliminação
de determinadas impurezas. Esse tipo de carvão tem uma maior eficiência quando se trata
de adsorção. Por fim, outro exemplo de substância que atua como adsorvente é a sílica em
gel, que é um composto sintético muito utilizado para reter a umidade de ambientes.
Quantização. Isoterma Langmuir e de Freundlich: Equação e conceitos.
Representação gráfica e análise de resultados: A quantificação de material adsorvido
sobre a superfície do adsorvente em dada temperatura a diferentes pressões são feitos a
partir de isotermas de adsorção. Essas isotermas expressam a relação entre a quantidade
de material adsorvido e a concentração de material livre na solução. Dentre essas
isotermas, existem as isotermas de Langmuir e Freundlich.
● Isoterma de Freundlich: O modelo proposto por Freundlich foi um dos primeiros a
estabelecer a relação entre a quantidade de material adsorvido e a concentração do
material na solução em um modelo com características empíricas. A equação da
isoterma de Freundlich é:
(Equação 5)𝑞 = 𝐾𝐶
1
𝑛 
onde, q= número de mols de adsorvato adsorvido/ massa de adsorvente (g);
K= constante de capacidade de adsorção de Freundlich;
n= intensidade de adsorção;
Essa equação acima é especialmente válida em concentração ou pressão moderada.
Aplicando o logaritmo na equação 5 temos:
(Equação 6)log 𝑙𝑜𝑔 𝑞 = log 𝑙𝑜𝑔 𝐾 + 1𝑛 log 𝑙𝑜𝑔 𝐶 
A partir da equação 6, é possível construir a isoterma de Freundlich:
Figura 1
● Isoterma de Langmuir: A superfície contém sítios ativos de adsorção; Existem um
número definido de sítios ocupados (θ); Existe um número definido de sítios
desocupados (1-θ); Cada sítio pode conter apenas uma molécula adsorvida; As
moléculas entram e saem independentemente da ocupação de seus vizinhos.
O fenômeno de adsorção resulta de processos opostos. A adsorção, onde ocorre a
condensação de moléculas de adsorvato na superfície do adsorvente. E, por outro lado,
acontecea dessorção das mesmas para a solução.
A velocidade de adsorção (VA) é proporcional à fração de sítios disponíveis (1-θ) e à
concentração de adsorvato (C ) :
VA = kA (1-θ) C (equação 7)
A velocidade de dessorção (VD) é proporcional à fração de sítios ocupados (θ):
VD = kD θ (equação 8)
Sabendo que no equilíbrio, as velocidades de adsorção e dessorção são iguais:
kA C (1-θ) = kD θ (equação 9)
Rearranjando a equação:
𝑘
𝐴
𝑘
𝐷
1 − θ( )𝐶 = θ; 
𝑘
𝐴
𝑘
𝐷
= 𝐾
𝐿
 (𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 10)
Onde, KL= representa o coeficiente de adsorção.
Agora isolando θ na equação 9:
θ (equação 11)=
𝐾
𝐿
𝐶
1+𝐾
𝐿
𝐶 =
𝑞
𝑄
Onde, q= número de mols de adsorvato adsorvido/ massa de adsorvente (g);
Q= número de mols total de sítios/ massa de adsorvente (g);
Rearranjando a equação 11:
(equação 12)𝐶𝑞 =
1
𝑄𝐾
𝐿
+ 1𝑄 𝐶
A partir da equação 12 é possível se construir um gráfico de isoterma de Langmuir:
Figura 2
2. Parte Experimental
O técnico preparou as etapas iniciais colocando 4,0 g de carvão ativo em cada um
dos dez Erlenmeyers de 250 mL, logo após, ele adicionou 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:
Figura 3: Tabelas de Misturas do roteiro do experimento.
Em seguida, ele tampou os Erlenmeyers com rolha e agita-se freqüentemente
durante mais ou menos uma hora e por conseguinte, deixou em repouso durante a noite
para obter-se o equilíbrio.
Posteriormente, filtre as soluções e titule-as com NaOH 0,1 mol/L, na bureta,
utilizando fenolftaleína como indicador. Para realizar a titulação, tome 10,0 mL de solução
das primeiras e, 25,0 mL das últimas - titule no mínimo duas vezes cada solução. Por fim,
usando o ácido oxálico (padrão: 0,25 mol/L) determine a concentração correta do
NaOH.
3. Objetivos
Os objetivos desta prática será:
- 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.
4. Referências:
- https://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/10267/1/2014_liv_rfdnascimento.pdf
>acessado dia 7 de abril de 2022<;
- https://www.infoescola.com/quimica/adsorcao/ >acessado dia 7 de abril de 2022<;
- Figura 1: https://www.researchgate.net/figure
- /Figura-8-Graficos-da-Isoterma-de-Freundlich-a-e-Langmuir-b_fig2_331460649
>acessado dia 11 de abril de 2022<;
- Figura 2:
https://www.researchgate.net/figure/Figura-23-Grafico-de-C-e-q-e-versus-C-e-para-d
eterminacao-dos-parametros-de-Langmuir_fig1_270272604 >acessado 11 de abril
de 2022<;
- CASTELLAN, Gilbert, Fundamentos da Físico Química, LTC- Rio de Janeiro-2003;
https://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/10267/1/2014_liv_rfdnascimento.pdf
https://www.infoescola.com/quimica/adsorcao/
https://www.researchgate.net/figure/Figura-8-Graficos-da-Isoterma-de-Freundlich-a-e-Langmuir-b_fig2_331460649
https://www.researchgate.net/figure/Figura-8-Graficos-da-Isoterma-de-Freundlich-a-e-Langmuir-b_fig2_331460649
https://www.researchgate.net/figure/Figura-23-Grafico-de-C-e-q-e-versus-C-e-para-determinacao-dos-parametros-de-Langmuir_fig1_270272604
https://www.researchgate.net/figure/Figura-23-Grafico-de-C-e-q-e-versus-C-e-para-determinacao-dos-parametros-de-Langmuir_fig1_270272604