RELATÓRIO Absorção do ácido acético pelo carvão

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL
INSTITUTO DE QUÍMICA E BIOTECNOLOGIA – IQB
CURSO DE QUÍMICA LICENCIATURA
FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL
	
 ADSORÇÃO DO ÁCIDO ACÉTICO PELO CARVÃO
MACEIÓ, AL
2018
INTRODUÇÃO
A adsorção pode ser compreendida como um processo no qual uma substância gasosa, líquida ou sólida fica presa à superfície de um sólido.
De uma forma mais específica, pode-se caracterizar a adsorção como a variação da concentração de uma substância em uma interface, sendo que o espaço de interface é uma medida arbitrária da região limite entre duas substâncias não-miscíveis. A adsorção pode ocorrer em todos os tipos de interface, seja gás-sólido, solução-sólido, solução-gás, entre duas soluções, etc.
A substância que sofre o aumento de concentração sobre a superfície da fase condensada é chamada de adsorvato. Já a fase condensada, na superfície da qual ocorre o processo, é chamada de adsorvente.
Deve-se atentar à diferença entre os fenômenos de adsorção e de absorção: enquanto que a adsorção é um fenômeno de superfície, que ocorre somente na porção superficial do sólido, a absorção ocorre com a migração de partículas da superfície para o interior do sólido.
1.1. Adsorção física e adsorção química
Quando a adsorção ocorre por interações físicas entre as partes, é denominada fisissorção. Na adsorção física, as moléculas ou átomos se aderem à superfície do adsorvente, em geral, através de forças de Van der Waals, 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.
Por outro lado, quando o processo de adsorção se dá por meio de forças de natureza química, é chamada de quimissorção. Nesse tipo de interação, a adesão do adsorvido à superfície do adsorvente se estabelece por ligações químicas, em geral, covalentes (o tipo de ligação depende muito das substâncias que participam do sistema). Uma vez que há a formação de ligações químicas trata-se de um processo exotérmico e irreversível.
1.2. Tratamento matemático do fenômeno: as isotermas de adsorção
Existem vários modelos que resultam em equações que servem para quantificar o adsorvato presente no processo a uma data temperatura. Estas equações são chamadas isotermas de adsorção.
As isotermas de adsorção são curvas obtidas a partir da quantidade de soluto adsorvido em função da concentração deste soluto.
Existem vários tipos de isotermas, sendo que cada uma delas se aplica a um determinado tipo de adsorção. Algumas das isotermas mais comuns são a isoterma de Freundlich, a isoterma de Langmuir e a isoterma BET (Brunauer, Emmet e Teller).
1.3. A Isoterma de Freundlich
É um dos primeiros e mais simples modelos propostos, que relaciona a massa do material adsorvido pela massa do adsorvente com a concentração do material em solução. Também pode ser descrita pela razão entre o volume de gás adsorvido e a massa do adsorvente em função da pressão. A isoterma de Freundlich é descrita pelas seguintes equações:
 (1)
Na qual x é a massa do adsorvato (líquido ou em solução) que foi adsorvida, m corresponde à massa do adsorvente, K é a constante de proporcionalidade, C é a concentração inicial do adsorvato e n é uma constante, e é o fator de linearidade quando se transforma a equação em uma reta;
Aplicando logaritmos, é possível obter a equação de uma reta a partir das equações da isoterma de Freundlich:
 (2)
A isoterma de Freundlich não descreve processos de adsorção às pressões ou concentrações elevadas.
OBJETIVOS
Exprimir o aspecto quantitativo do processo de absorção utilizando a isoterma de Freundlich.
MATERIAIS UTILIZADOS
Erlenmeyers
Funil
Papel filtro
Carvão Ativo
Balões Volumétricos
Bureta
Soluções de ácido acético (H3CCOOH) 0,5; 0,3; 0,2; 0,1 e 0,05 mol/L
Solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 mol/L
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Em 5 erlenmeyers secos, numerados de 1 a 5, adicionou-se cerca de aproximadamente 1,0 g de carvão ativo.
Pipetou-se 50 mL de solução de 0,5 mol/L de ácido acético e transferiu-se para o erlenmeyer 01 procedeu-se da mesma maneira com as outras soluções (0,3; 02; 0,1 e 0,05 mol/L) nos erlenmeyers 2, 3, 4 e 5, respectivamente.
Deixou-se as soluções de ácido acético em contato com o carvão por durante aproximadamente 1 hora, agitando-as de vez em quando. Durante esse tempo, titulou-se as soluções de ácido acético que restaram, pipetando 10 mL de cada solução e titular com a mesma solução de NaOH 0,1 mol/L, usando três gotas de fenolftaleína como indicador ácido-base. 
Após 1 hora, filtrou-se as soluções em contato com o carvão ativo para separá-los, pipetou-se 10 mL de cada solução e titulou-se com a mesma solução de NaOH 0,1 mol/L, utilizando três gotas de fenolftaleína.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A reação entre o hidróxido de sódio e o ácido acético tem uma proporcionalidade estequiométrica de 1:1, como representado abaixo:
Desta forma tem-se que a quantidade de matéria de é a mesma da quantidade de e as seguintes equações são corretas:
 (3)
 (4)
 (5)
Então:
 
 (6)
Onde n é o número de moles, M é a concentração molar, V é o volume, m é a massa em gramas e MM é a massa molar que equivale a 60 g/mol para o ácido acético.
	Com o objetivo de determinar a massa de ácido acético inicial e a concentração real das soluções utilizadas em cada erlenmeyer titulou-se as mesmas com hidróxido de sódio, conforme representado na Tabela 1.
	Erlenmeyer
	Concentração de ácido acético (mol/L)
	Concentração de hidróxido de sódio (mol/L)
	Volume de hidróxido de sódio (L)
	1
	0,5
	0,1
	0,0506
	2
	0,3
	0,1
	0,0327
	3
	0,2
	0,1
	0,0208
	4
	0,1
	0,1
	0,0111
	5
	0,05
	0,1
	0,0056
Tabela 1: Dados experimentais
	Para se obter a massa inicial de ácido acético fez-se uso da equação 6:
Erlenmeyer 1: 
Erlenmeyer 2: 
Erlenmeyer 3: 
Erlenmeyer 4: 
Erlenmeyer 5: 
	A massa calculada foi para 10 mL da solução de e para saber a massa contida em 50 mL multiplicou-se os valores encontrados por 5:
Erlenmeyer 1: 
Erlenmeyer 2:
Erlenmeyer 3: 
Erlenmeyer 4: 
Erlenmeyer 5: 
Empregou-se a equação 4 para saber a concentração molar real de ácido acético utilizado:
Erlenmeyer 1: 
Erlenmeyer 2: 
Erlenmeyer 3: 
Erlenmeyer 4: 
Erlenmeyer 5: 
	A partir dos valores obtidos para a concentração da solução de e através dos dados experimentais para a titulação com NaOH das soluções em contato com o carvão ativo construiu-se a Tabela 2.
	
Erlenmeyer
	Concentração de ácido acético (mol/L)
	Concentração de hidróxido de sódio (mol/L)
	Volume de hidróxido de sódio (L)
	1
	0,506
	0,1
	0,0495
	2
	0,327
	0,1
	0,0292
	3
	0,208
	0,1
	0,0188
	4
	0,111
	0,1
	0,0091
	5
	0,056
	0,1
	0,0042
Tabela 2: Dados experimentais
	A fim de determinar a massa de ácido acético na solução após o contato com o carvão ativo utilizou-se a equação 6:
Erlenmeyer 1: 
Erlenmeyer 2: 
Erlenmeyer 3: 
Erlenmeyer 4: 
Erlenmeyer 5: 
	Os valores encontrados correspondem a 10 mL de para saber a massa em 50 mL multiplicou-se esses valores por 5:
Erlenmeyer 1: 
Erlenmeyer 2: 
Erlenmeyer 3: 
Erlenmeyer 4: 
Erlenmeyer 5: 
Empregou-se a equação 4 para saber a concentração molar real de ácido acético utilizado:
Erlenmeyer 1: 
Erlenmeyer 2: 
Erlenmeyer 3: 
Erlenmeyer 4: 
Erlenmeyer 5: 
Com o propósito de saber a quantidade de massa de ácido acético absorvida fez-se uso da seguinte equação:
 (7)
Erlenmeyer 1: 
Erlenmeyer 2: 
Erlenmeyer 3: 
Erlenmeyer 4: 
Erlenmeyer 5: 
	Através dos cálculos efetuadose de dados experimentais pôde-se construir a Tabela 3.
	
 
Erlenmeyer
	
Massa de carvão ativo (g)
	
Concentração de ácido acético inicial (mol/L)
	
Concentração de ácido acético depois do carvão ativo (mol/L)
	
Massa inicial de (g)
	
Massa final de (g)
	
Massa absorvida de() (g)
	1
	1,0060
	0,506
	0,495
	1,518
	1,485
	0,033
	2
	1,0018
	0,327
	0,292
	0,981
	0,876
	0,105
	3
	1,0000
	0,208
	0,188
	0,624
	0,564
	0,06
	4
	1,0059
	0,111
	0,091
	0,333
	0,273
	0,06
	5
	1,0042
	0,056
	0,042
	0,168
	0,126
	0,042
Tabela 3: Dados experimentais
Pode-se analisar a diminuição da massa do ácido acético na solução em uma temperatura constante através da isoterma de Freundlich utilizando a equação abaixo como a equação de uma reta.
	Calculou-se o e o por meio dos seguintes cálculos:
Erlenmeyer 1: 
 
Erlenmeyer 2: 
 
Erlenmeyer 3: 1,222
 
Erlenmeyer 4: 
 
Erlenmeyer 5: 
 
A partir dos dados obtidos construiu-se o gráfico 1.
	De acordo com a equação pode-se perceber que o coeficiente linear do gráfico 1 é o e o coeficiente angular é , então:
0, 576
	O valor de K relaciona-se com a capacidade de adsorção do absorbato, pois com o aumento do valor de K há o aumento da capacidade de adsorção como mostrado na Tabela 4.
	K (g/L)
	Capacidade de adsorção
	0 ˫– 0,024
	Pequena
	0,024 ˫– 0,05
	Média
	0,05 ˫– 0,15
	Grande
	0,15 em diante
	Elevada
Tabela 4: Relação de valores entre a capacidade de adsorção e o valor de K.
	O valor da constante n indica se a isoterma é favorável ou não, uma vez que está relacionado com a força de ligação entre os componentes de adsorção. Para isotermas favoráveis o valor de n está compreendido entre 1 e 10.
	Como o valor de K corresponde a 0,2655 através da Tabela 4 pode-se perceber que a capacidade de absorção é média para o carvão ativo e como o valor de n equivale a 6,76 que está compreendido entre 1 e 10 então a isoterma de adsorção é favorável. 
CONCLUSÕES
Com base em valores experimentais e em gráficos de isotermas de adsorção na literatura, pode-se verificar que a capacidade de adsorção do carvão ativado diminui com o aumento das concentrações iniciais do ácido acético em solução, uma vez que o processo de adsorção é exotérmico e um aumento da força motriz permite que mais moléculas do soluto passe da fase líquida para a superfície do sólido. Sabe-se também que, a solubilidade do adsorvato no solvente também deve ser levada em consideração já que a capacidade de adsorção de um determinado adsorvente é maior quanto menor for à solubilidade do adsorvato no meio. Entretanto, este não foi o comportamento encontrado em nosso experimento. Erros experimentais cumularam-se e podem-se verificar valores distorcidos do esperado. Mesmo assim, foi possível neste trabalho fazer o estudo qualitativo do processo de adsorção sobre o carvão ativado por meio de isotermas de adsorção, mais especificamente isotermas de Freundlich.
REFERÊNCIAS
CARDOSO, Mayara. Adsorção. Disponível em <http://www.infoescola.com/quimica/ adsorcao/>, acessado em 11/05/2018.
COLODEL, Cristiane. Adsorção. Disponível em <http://www.ebah.com.br/content /ABAAABcFwAD/adsorcao>, acessado em 28/04/2018.
KOULESHOVA, Tatiana. MALEIANE, Francisco. Fenômenos superficiais e adsorção. Disponível em: https://pt.scribd.com/document/73647820/ADSORCAO-DE-ACIDO-ACETICO-EM-CARVAO-ACTIVADO-CONDOEIRA. Acessado em 10/05/2018.