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Universidade Federal do Amazonas – UFAM Instituto de Ciências Exatas – ICE Departamento de Química – DQ 9° Relatório de Físico-Química Experimental Manaus – AM 2018 Universidade Federal do Amazonas – UFAM Instituto de Ciências Exatas – ICE Departamento de Química – DQ Alunos: Esthefany Guedes Coitim – 21603744 Thiago da Silva e Damasceno – 21457308 Valeria Luana Silva Costa – 2145 4742 Data: 21 / 05 /2018 Professor: Dr. Kelson Mota Adsorção Manaus – AM 2018 RESUMO Utilizando-se de soluções aquosas de ácido acético em diferentes concentra- ções, analisou-se o poder de adsorção que o carvão ativado, adicionado a esta solução possui, verificando a quantidade adsorvida através de um processo de titulação do hidróxido de sódio. Com isso traçou-se a isoterma de Freundlich, e a isoterma de adsorção, considerando a concentração do ácido em equilíbrio e a quantidade de acido que fora adsorvido. Através da isoterma de Freundlich determinou-se os valores das concentrações de adsorção e os parâmetros constante de adsorção do sistema n=1 e K =20mg/g, podendo considerar então a adsorção do carvão ativado quanto ao acido acético como favorável. OBJETIVOS Estudar a adsorção de ácido acético existente em soluções aquosas de dife- rentes concentrações em carvão ativado e determinar as constantes de adsor- ção da isoterma de Freundlich. 1. INTRODUÇÃO Podemos considerar a adsorção como sendo um processo de transfe- rência de massa, o qual estuda a habilidade de certos sólidos em concentrar moléculas na sua superfície, assim como átomos que existam em fluídos líqui- dos ou gasosos, possibilitando a separação de componentes desses fluídos. Por ser um sólido composto por partículas porosas, o carvão ativado pode ser considerado um excelente adsorvente, tendo a espécie acumulada na interface do material de superfície, chamada de adsorvato. (RUTHVEN, 1984) Com isso, podemos considerar que a deposição de adsorvato na su- perfície do adsorvente como um processo onde a energia livre superficial das moléculas diminui consideravelmente. Esse processo pode ser físico ou quími- co, em um processo dirigido pelo elevado número de interações na região da interface do material. Com isso, diversas situações devem ser consideradas, como por exemplo, a solubilidade, a carga superficial do sólido, o pH, a tempe- ratura da solução assim como estrutura química das espécie em questão. (PE- NHA; SPIER; DEBACHER, 2001) O carvão ativado tem sido muito utilizado na remoção de poluentes do meio aquoso em geral. Devido as suas características particulares, o carvão ativado pode ser utilizado como adsorventes e ainda em processos de filtração, separação, desodorização e etc. (CASTRO et al., 2009). Na adsorção química não são todas as superfícies sólidas que possuem características adsorventes. A temperatura do sistema afeta a constante de velocidade de adsorção de for- ma direta, afetando a solubilidade e o potencial químico do adsorvato. (CLAU- DINO, 2003). O carvão ativado é um adsorvente composto por microporos e pode ser obtido através de uma variedade de compostos orgânicos, dentre os quais se pode citar as madeiras, casca de coco e até mesmo açúcares. A sua estrutura permite acomodar uma grande variedade de elementos, como por exemplo, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio. (GUILARDUCI et al., 2006) Em um processo de adsorção a temperatura pode influenciar os resul- tados de modo a aumentar a taxa de difusão das moléculas na solução, au- mentar o estado de equilíbrio da adsorção assim como produzir uma desobs- trução de poros no interior do adsorvente. (DOGAN; ALKAN; DEMIRBAS, 2006). Muitas equações de isotermas foram propostas, com dois ou mais pa- râmetros para ajustar os dados experimentais. Podemos citar a equação de adsorção proposta por Freundlich (SOUSA NETO,2011). 𝑥/𝑚 = 𝐾. 𝐶 1 𝑛⁄ Nessa equação devemos considerar x/m como sendo a relação entre a massa de substância adsorvida por unidade de massa do adsorvente, e C co- mo sendo a concentração da solução no equilíbrio. Os valores de K e n são constantes características do adsorvente e do soluto, respectivamente. Dessa forma, aplicando-se o logaritmo na expressão descrita acima, obtém-se a equação que descreve a isoterma de Freundlich. Da sua equação, obtêm-se os calores de k e n respectivos a inclinação da reta obtida. Onde x/m é a massa da substância adsorvida por unidade de massa do adsorvente, C é a concentração da solução no equilíbrio, k e n são constantes características do adsorvente e soluto, respectivamente, a uma dada tempera- tura. ln(𝑥 𝑚⁄ ) = ln 𝐾 + 1 𝑛 ∙ ln 𝐶 2. MATERIAIS E REAGENTES: 01 bastão de vidro 01 béquer de 250 mL; 02 Funis de vidro; 01 espátula de aço inoxidável; 01 bureta de 50 mL; 12 erlenmeyers de 125 mL, com rolha; 06 folhas de papel de filtro (velocidade média); 01 balança semi - analítica; 50 g de carvão ativado em pó; Solução de indicador fenolftaleína a 1% alcoólico; 250 mL de solução de ácido acético 0,4 mol L-1; 500 mL de solução de hidróxido de sódio 0,05 mol L-1; 3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL a. Preparação das soluções Transferiu-se com o auxílio de buretas, em seis erlenmeyers numerados e contendo cada um aproximadamente 5 g de carvão ativado e pulveri- zado, os volumes de ácido e água conforme tabela abaixo: Tabela 1. Valores de HAc e de água utilizados no preparo das soluções aquo- sas iniciais de ácido diluído a diferentes concentrações. Erlenmeyer V(HAc)/mL V(H2O)/ mL 1 50 - 2 35 15 3 25 25 4 15 35 5 10 40 6 8 42 Vedou-se os erlenmeyers, com uma rolha, agitando a mistura por apro- ximadamente 8 minutos, tendo o cuidado de não aquecê-las com as mãos, deixando-as à temperatura ambiente. Filtrou-se as soluções dos erlenmeyers numerados para novos erlenme- yers limpos e numerados. Limpou-se os erlenmeyers que foram utiliza- dos anteriormente para serem usados na titulação seguinte. b. Titulação das soluções filtradas Transferiu-se alíquota de 10,0 mL do filtrado para o erlenmeyer 1 e titu- lou-se com hidróxido de sódio 0,05 mol L-1 usando-se como indicador a fenolftaleína. Titulou-se também os outros filtrados na seguinte proporção: 10,0 mL do erlenmeyer 2 e 15,0 mL dos demais erlenmeyers 3,4,5,6. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO: O procedimento consistiu em determinar o grau de adsorção de molé- culas de ácido acético na superfície do carvão ativado. Para isso, foram feita diferentes diluições do ácido acético 0,4 mol/L em 6 erlenmeyers, encontrando- se novos valores de concentrações em cada erlenmeyer, como descritos na Tabela 2, a seguir: Tabela 2: Concentração inicial de ácido acético após as diluições realizadas a partir do ácido 0,4 mol/L Erlenmeyer Volume [HAc] (molL-1) HAc (mL) H₂O (mL) 1 50 0 0,4 2 35 15 0,28 3 25 25 0,2 4 15 35 0,12 5 10 40 0,08 6 8 42 0,064 Das soluções iniciais, sem a presença do adsorvente, alíquotas com os respectivos volumes representados na Tabela 3, foram retiradas e tituladas com NaOH 0,05 molL-1 previamente padronizadas, como mostrado nos cálcu-los abaixo em cada caso: Erlenmeyer 1: Inicialmente, considerando a solução contida no erlenmeyer 1 era composta somente por 50 mL de ácido acético 0,4 molL-1, então a concentra- ção inicial para o ácido acético: 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 = 0,4 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Após a filtragem, e retirada do carvão da solução, retirou-se uma alí- quota de 10 mL da solução inicial do ácido, a qual seria analisada através de uma titulação. Através desta observou-se que consumiu-se apenas 54,5 mL de hidróxido de sódio para a neutralização completa do ácido em solução. Com isso, obteve-se a seguinte concentração para o ácido em solução: 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 𝑉𝐻𝐴𝑐 = 𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 ∙ 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 10 𝑚𝐿 = 0,05 𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 54,5 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖0,2725 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Considerando a presença de 5 gramas de carvão ativado na solução inicial, e que esse tem um grande poder de adsorção, devemos considerar que houve uma perca de ácido acético em solução, de modo que o seu valor perdi- do possa ser obtido da seguinte forma: 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 − 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,4 𝑚𝑜𝑙/𝐿 − 0,2725 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,0765 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶 = 𝑚 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 𝐶 ∙ 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 0,0765𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 60𝑔/𝑚𝑜𝑙 ∙ 0,010𝐿 𝑚 = 0,128 𝑔 𝑑𝑒 𝐻𝐴𝑐 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 Erlenmeyer 2: Considerando a solução contida no erlenmeyer 2 composta por 35 mL de ácido acético e 15 mL de agua, pode-se descrever o processo de diluição do ácido da seguinte forma, onde se obteve uma nova concentração inicial pa- ra o ácido acético: 𝐶𝑖 ∙ 𝑉𝑖 = 𝐶𝑓 ∙ 𝑉𝑓 0,4𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 35 𝑚𝐿 = 𝐶𝑓 ∙ 50 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 = 0,28 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Após a filtragem, e retirada do carvão da solução, retirou-se uma alí- quota de 10 mL da solução inicial do ácido, a qual seria analisada através de uma titulação. Através desta observou-se que consumiu-se apenas 33,5 mL de hidróxido de sódio para a neutralização completa do ácido em solução. Com isso, obteve-se a seguinte concentração para o ácido em solução: 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 𝑉𝐻𝐴𝑐 = 𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 ∙ 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 10 𝑚𝐿 = 0,05 𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 33,5 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖0,168 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Considerando a presença de 5 gramas de carvão ativado na solução inicial, e que esse tem um grande poder de adsorção, devemos considerar que houve uma perca de ácido acético em solução, de modo que o seu valor perdi- do possa ser obtido da seguinte forma: 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 − 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,28 𝑚𝑜𝑙/𝐿 − 0,168 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,0675𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶 = 𝑚 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 𝐶 ∙ 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 0,0675𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 60𝑔/𝑚𝑜𝑙 ∙ 0,015𝐿 𝑚 = 0,113𝑔 𝑑𝑒 𝐻𝐴𝑐 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 Erlenmeyer 3: Considerando a solução contida no erlenmeyer 3 composta por 25 mL de ácido acético e 15 mL de agua, pode-se descrever o processo de diluição do ácido da seguinte forma, onde se obteve uma nova concentração inicial pa- ra o ácido acético: 𝐶𝑖 ∙ 𝑉𝑖 = 𝐶𝑓 ∙ 𝑉𝑓 0,4𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 25 𝑚𝐿 = 𝐶𝑓 ∙ 50 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 = 0,2 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Após a filtragem, e retirada do carvão da solução, retirou-se uma alí- quota de 15 mL da solução inicial do ácido, a qual seria analisada através de uma titulação. Através desta observou-se que consumiu-se apenas 30,5 mL de hidróxido de sódio para a neutralização completa do ácido em solução. Com isso, obteve-se a seguinte concentração para o ácido em solução: 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 𝑉𝐻𝐴𝑐 = 𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 ∙ 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 15 𝑚𝐿 = 0,05 𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 30,5 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖0,102 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Considerando a presença de 5 gramas de carvão ativado na solução inicial, e que esse tem um grande poder de adsorção, devemos considerar que houve uma perca de ácido acético em solução, de modo que o seu valor perdi- do possa ser obtido da seguinte forma: 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 − 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,2 𝑚𝑜𝑙/𝐿 − 0,102𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,0885𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶 = 𝑚 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 𝐶 ∙ 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 0,0885𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 60𝑔/𝑚𝑜𝑙 ∙ 0,015𝐿 𝑚 = 0,098𝑔 𝑑𝑒 𝐻𝐴𝑐 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 Erlenmeyer 4: Considerando a solução contida no erlenmeyer 3 composta por 15 mL de ácido acético e 35 mL de agua, pode-se descrever o processo de diluição do ácido da seguinte forma, onde se obteve uma nova concentração inicial pa- ra o ácido acético: 𝐶𝑖 ∙ 𝑉𝑖 = 𝐶𝑓 ∙ 𝑉𝑓 0,4𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 15 𝑚𝐿 = 𝐶𝑓 ∙ 50 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 = 0,12 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Após a filtragem, e retirada do carvão da solução, retirou-se uma alí- quota de 15 mL da solução inicial do ácido, a qual seria analisada através de uma titulação. Através desta observou-se que consumiu-se apenas 13 mL de hidróxido de sódio para a neutralização completa do ácido em solução. Com isso, obteve-se a seguinte concentração para o ácido em solução: 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 𝑉𝐻𝐴𝑐 = 𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 ∙ 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 15 𝑚𝐿 = 0,05 𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 13 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖0,043 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Considerando a presença de 5 gramas de carvão ativado na solução inicial, e que esse tem um grande poder de adsorção, devemos considerar que houve uma perca de ácido acético em solução, de modo que o seu valor perdi- do possa ser obtido da seguinte forma: 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 − 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,12 𝑚𝑜𝑙/𝐿 − 0,043𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,077𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶 = 𝑚 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 𝐶 ∙ 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 0,077𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 60𝑔/𝑚𝑜𝑙 ∙ 0,015𝐿 𝑚 = 0,0693𝑔 𝑑𝑒 𝐻𝐴𝑐 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 Erlenmeyer 5: Considerando a solução contida no erlenmeyer 4 composta por 10 mL de ácido acético e 40 mL de agua, pode-se descrever o processo de diluição do ácido da seguinte forma, onde se obteve uma nova concentração inicial pa- ra o ácido acético: 𝐶𝑖 ∙ 𝑉𝑖 = 𝐶𝑓 ∙ 𝑉𝑓 0,4𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 10 𝑚𝐿 = 𝐶𝑓 ∙ 50 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 = 0,08 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Após a filtragem, e retirada do carvão da solução, retirou-se uma alí- quota de 15 mL da solução inicial do ácido, a qual seria analisada através de uma titulação. Através desta observou-se que consumiu-se apenas 6,5 mL de hidróxido de sódio para a neutralização completa do ácido em solução. Com isso, obteve-se a seguinte concentração para o ácido em solução: 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 𝑉𝐻𝐴𝑐 = 𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 ∙ 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 15 𝑚𝐿 = 0,05 𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 6,5 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖0,0217 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Considerando a presença de 5 gramas de carvão ativado na solução inicial, e que esse tem um grande poder de adsorção, devemos considerar que houve uma perca de ácido acético em solução, de modo que o seu valor perdi- do possa ser obtido da seguinte forma: 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 − 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,08 𝑚𝑜𝑙/𝐿 − 0,022𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,058𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶 = 𝑚 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 𝐶 ∙ 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 0,058𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 60𝑔/𝑚𝑜𝑙 ∙ 0,015𝐿 𝑚 = 0,0522 𝑔 𝑑𝑒 𝐻𝐴𝑐 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 Erlenmeyer 6: Considerando a solução contida no erlenmeyer 4 composta por 10 mL de ácido acético e 40 mL de agua, pode-se descrever o processo de diluição do ácido da seguinte forma, onde se obteve uma nova concentração inicial pa- ra o ácido acético: 𝐶𝑖 ∙ 𝑉𝑖 = 𝐶𝑓 ∙ 𝑉𝑓 0,4𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 8 𝑚𝐿 = 𝐶𝑓 ∙ 50 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 = 0,064 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Após a filtragem, e retirada do carvão da solução, retirou-se uma alí- quota de 15 mL da solução inicial do ácido, a qual seria analisada através de uma titulação. Através desta observou-se que consumiu-se apenas 6,5 mL de hidróxido de sódio para a neutralização completa do ácido em solução. Com isso,obteve-se a seguinte concentração para o ácido em solução: 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 𝑉𝐻𝐴𝑐 = 𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 ∙ 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐶𝐻𝐴𝑐 ∙ 15 𝑚𝐿 = 0,05 𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 4,7 𝑚𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 = 0,0157 𝑚𝑜𝑙/𝐿 Considerando a presença de 5 gramas de carvão ativado na solução inicial, e que esse tem um grande poder de adsorção, devemos considerar que houve uma perca de ácido acético em solução, de modo que o seu valor perdi- do possa ser obtido da seguinte forma: 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 − 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑖 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,064 𝑚𝑜𝑙/𝐿 − 0,0157𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶𝐻𝐴𝑐𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,048𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶 = 𝑚 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 𝐶 ∙ 𝑀𝑀 ∙ 𝑉 𝑚 = 0,048𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ 60𝑔/𝑚𝑜𝑙 ∙ 0,015𝐿 𝑚 = 0,0432 𝑔 𝑑𝑒 𝐻𝐴𝑐 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 A partir das titulações, foi possível encontrar a concentração real de ácido acético em cada solução e determinar a concentração de ácido acético adsorvido em cada caso, organizados na tabela 3 abaixo. Tabela 3. Concentrações e massas do ácido acético adsorvidos em 5 gramas de carvão ativado [Hac]i (molL-1) NaOH (mL) consumidos [Hac]f (molL-1) x (g) [Hac]adv (molL-1) 0,4 54,5 0,2725 0,128 0,0765 0,28 33,5 0,168 0,113 0,0675 0,2 30,5 0,102 0,098 0,0885 0,12 13 0,043 0,077 0,069 0,08 6,5 0,022 0,058 0,0525 0,064 4,7 0,016 0,048 0,0435 Sendo X a massa de ácido acético adsorvido em cada caso calculada e m a massa de carvão, pode-se calcular a relação da massa de ácido acético adsorvido por unidade de massa de adsorvente. 𝑥 𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝐻𝐴𝑐 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 (𝑔) 𝑚 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑣ã𝑜 𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎𝑑𝑜 (𝑔) Além disso, calculou-se a função logarítmica da concentração de ácido acético adsorvido e função logarítmica da relação x/m, como mostrado na tabe- la 4. Tabela 4. Valores calculados para a construção da isoterma. Erlenmeyer [Hac]adv (molL-1) x/m ln[Hac] ln(x/m) 1 0,0765 0,0153 -2,57046 -4,1799 2 0,0675 0,0135 -2,69563 -4,30507 3 0,0885 0,0177 -2,42475 -4,03419 4 0,069 0,0138 -2,67365 -4,28309 5 0,0525 0,0105 -2,94694 -4,55638 6 0,0435 0,0087 -3,13499 -4,74443 Utilizando-se os cálculos obtidos na tabela 3, pode-se plotar um gráfico x/m versus [HAc] adosrvido (Figura 1) e o gráfico ln(x/m) versus ln[HAc]adv (Figura 2). Figura 1. Gráfico da Isoterma segundo Freundlich x/m versus [HAc] adosrvido 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 x/ m [HAc] (mol/L) Figura 2. Gráfico da Isoterma segundo Freundlich ln(x/m) versus ln[HAc] Sendo a equação proposta por Freundlich 𝑥 𝑚⁄ = 𝑘𝐶 1/𝑛 A partir da equação da reta obtida no gráfico da isortema de ln(x/m) versus ln[HAc]adv (Figura 2). Determinou-se as constantes de adsorção da isoterma aplicando-se a função logaritimo da equação Freundlich, como mos- trado abaixo, a partir da equação da reta obtida no gráfico da isortema de ln(x/m) versus ln[HAc]adv (Figura 2), empregando se o Método de Ajuste Line- ar por Mínimos Quadrados. A aplicação desse método para uma reta genérica com equação y = a + b.x. 𝑙𝑛(𝑥 𝑚⁄ ) = 𝑙𝑛 + ( 1 𝑛 ) 𝑙𝑛𝐶 Sendo k e n são constantes características do adsorvente e soluto. O ajuste linear dos dados experimentais foi obtido diretamente através da equa- ção da reta obtida no gráfico 2, sendo: y = 1x – 1,6094. Calculou-se os valores das constantes da Isoterma de Freundlich: y = 1x - 1,6094 R² = 1 -4,8 -4,7 -4,6 -4,5 -4,4 -4,3 -4,2 -4,1 -4 -3,9 -3,2 -3 -2,8 -2,6 -2,4 -2,2 -2 ln (x /m ) ln[HAc] Log (x/m) = log (k) + (1/n) x log (c) Log (x/m) = - 1,6094 + 1 x log (c) 1/n = 1 n = 1 (intensidade do processo de adsorção) log k = - 1,6094 k = e-1,6094 k = 0,20 (capacidade de adsorção) Os dois parâmetros das constantes obtidos da isoterma são importan- tes para determinar a capacidade de adsorção de diferentes adsorventes. Co- mo os valores de n na faixa de 1<n<10 indicam adsorção favorável, como n=1 existe uma interação entre o adsorvente e o adsorvato, isto é, o carvão ativado adsorve o ácido acético. Como a capacidade de adsorção k representa em mg.g-1, então capacidade de adsorção da isoterma de Freundlich obtida neste experimento foi de 0,20 mg.g-1. 5. CONCLUSÃO: Verificou-se através das soluções contidas nos erlenmeyers, o poder de adsor- ção do carvão ativado, o qual absorveu uma certa quantidade de ácido acético para cada concentração descrita. Além disso, pode se observar os valores dos parâmetros constantes da capacidade de adsorção n=1 e k=0,20 mg/g provan- do que a adsorção do sistema obtido é favorável, comprovando que o carvão ativado adsorve o ácido acético. 6. REFERÊNCIAS: RUTHVEN, D.M. Principles of Adsorption and Adsorption Process. New York. Ed. John Wiley & Sons, 1984 PENHA, F.G., SPIER, V.C., DEBACHER, N.A. Adsorção de xantatos sobre piri- ta. Química Nova. v.24, n.5, p, 612-615, 2001 CASTRO, C.S., GUERREIRO, M.C., OLIVEIRA, L.C.A., GONÇALVES, M. Re- moção de compostos orgânicos em água empregando carvão ativado im- pregnado com óxido de ferro: ação combinada de adsorção e oxidação em presença de H2O2. Química Nova. v.32, n.6 p.1561-1565, 2008 GUILARDUCI, V.V.S., MESQUITA, J.P.M., BENEDINI, M., GORGULHO, H.F. Adsorção de fenol sobre carvão ativado em meio alcalino. Química Nova. v.29, n.6, p.1226-1232, 2006 CLAUDINO, A. Preparação de carvão ativado a partir de turfa e sua utilização na remoção de poluentes. 2003. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2003. Disponível em: <http://repositorio.ufsc.br/ bitstream/handle/123456789/8- 6346/192226.pdf?sequence=1> Acesso em: 26 de maio de 2018 DOGAN, M.; ALKAN, M.; DEMIRBAS, Ö. Adsorption kinetics of maxilon blue GRL onto sepiolite. Chemical Engineering Journal, v. 124, p. 89-101, nov. 2006. 7. ANEXOS: Anexo 1. Valores de concentrações do ácido acético e valor adsorvido pelo carvão ativado Erlenmeyer [HAc] (g/L) x (g) x/m ln(x/m) ln [HAc] final inicial final 1 0,4 0,2725 0,128 0,0153 -4,1799 -2,57046 2 0,28 0,168 0,113 0,0135 -4,30507 -2,69563 3 0,2 0,102 0,098 0,0177 -4,03419 -2,42475 4 0,12 0,043 0,077 0,0138 -4,28309 -2,67365 5 0,08 0,022 0,058 0,0105 -4,55638 -2,94694 6 0,064 0,016 0,048 0,0087 -4,74443 -3,13499 8. QUESTÕES Conforme seu conhecimento de química, qual a possível aplicação do fenômeno de adsorção? O fenômeno de adsorção pode ser empregado no tratamento de efluentes, através da retirada de impurezas, assim como na recuperação de solos através da retirada de metais, em técnicas eletroanalíticas em eletrodos amperométri- cos, e até mesmo na síntese de polímeros. Quanto de ácido acético foi absorvido pelo carvão? O estado de agrega- ção do sólido influencia na adsorção? Explique. A adsorção do ácido acético pelo carvão ativado variou muito de acordo com a concentração de cada solução aquosa, indo de valores aproximados a 0,048 g nas soluções menos concentradas até 0,128 g na solução de maior concentra- ção de ácido acético, como na tabela descrita no anexo 1 anterior. O estado de agregação do sólido influencia diretamente no processo de adsorção, pois, a porosidade da superfície do adsorvente está relacionada diretamente as carac- terísticas necessárias para o adsorvato se unir a essa molécula. O aumento da temperatura da solução aumentaria ou diminuiria a ad- sorção? Explique. Em um processo de adsorção a temperatura pode influenciadiretamente os resultados, uma vez que aumenta a taxa de difusão das moléculas em solu- ção, assim como aumenta o estado de equilíbrio da adsorção, e pode ainda desobstruir os poros do adsorvente, favorecendo o processo de forma posi- tiva.
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