Adsorção de Ácido Acético em Carvão Ativado

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Disciplina: Físico-Química Experimental CII
PRÁTICA Nº 06
ADSORÇÃO
Aluno: Lucas Guilherme Martins de Miranda		Matrícula: 2016056350
Relatório apresentado à disciplina de Físico-Química CII do curso Bacharel em Química Tecnológica da UFMG.
Docente: Marcelo Machado Viana
BELO HORIZONTE
Junho/2019
1. OBJETIVOS
Estudar adsorção do ácido acético, existente em soluções aquosas, pelo carvão em função da concentração do ácido na solução e determinar as constantes de adsorção da isoterma de Freudlich.
2. INTRODUÇÃO
A adsorção é um fenômeno observado quando uma substância concentra-se na interface entre duas fases (sólido-sólido, líquido-líquido, líquido-sólido, líquido-gás ou sólido-gás). As moléculas situadas na interface entre as duas fases sofrem atrações desiguais das duas fases e, em condições termodinâmicas e cinéticas favoráveis, adsorvem-se na superfície da fase mais atrativa, que recebem o nome de adsorvente, enquanto a substância adsorvida é chamada de adsorvato.1
	A adsorção depende da temperatura, da natureza, da concentração do adsorvato e da natureza e estado de agregação do adsorvente.1 A relação entre a quantidade de substância adsorvida por um adsorvente e a pressão do gás ou a concentração da substância em solução no equilíbrio, em uma dada temperatura, é denominada de isoterma de adsorção.2
	Uma das isotermas mais utilizadas para descrever essa relação é a isoterma de Freundlich, que pode ser descrita pela Equação 1:
	Equação 1
Em que x é a razão entre a massa da substância adsorvida (x) pela massa do adsorvente (m), c é a concentração da substância na solução em equilíbrio, e k e n são constantes características do sistema, em uma dada temperatura.2
Tomando o logaritmo da expressão anterior, é possível obter a Equação 2 que permite a determinação das constantes k e n, a partir dos coeficientes da reta obtida por meio de um gráfico ln (x/m) versus ln c.3
	Equação 2
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Inicialmente, colocou-se em seis erlenmeyers contendo 1,0 g de carvão ativado, diferentes volumes de ácido acético cuja concentração no rótulo correspondia a 0,4463 mol.L-1 e água destilada, de acordo com a Tabela 1. Arrolhou-se os frascos e agitou-se cada mistura durante aproximadamente 8 minutos, mantendo-as em temperatura ambiente. Em seguida, submeteu-se cada mistura uma filtração simples.
Após a remoção do carvão ativado por filtração, coletou-se alíquotas de 10,0 mL do filtrado dos frascos 1 e 2, e alíquotas de 15,0 mL dos frascos 3, 4, 5 e 6, e adicionou-se duas gotas de fenolftaleína em cada uma. Em seguida, titulou-se, em duplicata, as alíquotas 1, 2, 3 e 4 com hidróxido de sódio 0,0980 mol.L-1 (ou 3,92 g.L-1), e as alíquotas 5 e 6 com hidróxido de sódio 0,0469 mol.L-1 (ou 1,88 g.L-1). 
Por fim, calculou-se as concentrações do ácido acético nas soluções iniciais (adicionadas ao carvão) e na soluções finais (após filtração). A partir desses dados, definiu-se a massa de ácido acético (x) adsorvida de cada solução pela massa de carvão ativado (m) utilizada, e estabeleceu-se a razão massa de adsorbato/adsorvente (x/m). Por fim, montou-se um gráfico de x/m versus c (concentração final) e por meio da sua linearização (ln x/m versus ln c), calculou-se os valores para as constantes k e n.
Tabela 1. Volumes de ácido acético e água no preparo das soluções
	
	Frascos – Volume em mL Erro ± 0,05 mL
	
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	Volume de Ácido acético
	50,00
	35,00
	25,00
	15,00
	10,00
	8,00
	Volume de Água
	--
	15,00
	25,00
	35,00
	40,00
	42,00
4. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS E DISCUSSÃO
O experimento realizado visava o estudo da adsorção de ácido acético presente em soluções aquosas utilizando o carvão ativado como adsorvente. Para isso, uma massa definida de carvão, igual a 1,0 g, é colocada em contato com soluções aquosas de ácido acético de diferentes concentrações iniciais. Depois do estabelecimento do equilíbrio do sistema, o carvão é removido e as soluções finais são analisadas a fim de se determinar o grau de adsorção. Todos os resultados obtidos durante a execução do experimento se encontram na Tabela 2.
Tabela 2. Valores de concentração inicial e final das soluções, massa adsorvida, razão x/m, ln x/m e ln cF
	Frasco
	
	Concentração final de ácido acético g.L-1
	
	
	
	
	Volume NaOH ± 0,05 mL
	Inicial
	Final
	
	ln 
	ln Cf
	1
	24,60
	26,7780
	14,4648
	0,6157
	-0,4851
	2,6717
	2
	14,10
	18,7446
	8,2908
	0,5227
	-0,6488
	2,1151
	3
	12,55
	13,3890
	4,9196
	0,4235
	-0,8593
	1,5932
	4
	5,15
	8,0334
	2,0188
	0,3007
	-1,2015
	0,7025
	5
	5,25
	5,3556
	0,987
	0,2184
	-1,5213
	-0,0131
	6
	3,60
	4,2845
	0,6768
	0,1804
	-1,7127
	-0,3904
A partir dos dados obtidos na tabela foi possível plotar gráfico x/m em função da concentração C, em que a curva pode ser equacionada como representado na equação 1.
Figura 1. Gráfico da razão entre a massa de ácido acético adsorvido e a massa de carvão ativado (x/m) versus a concentração final de ácido acético na solução.
	Já a figura 2 representa o gráfico ln (x/m) versus ln C para a análise realizada para 6 concentrações diferentes de ácido acético. 
Figura 2. Gráfico dos valores de ln (x/m) em função de ln C.
 		Equação 3
A partir da equação 3, obtida pela linearização do gráfico realizada no Excel, foi possível determinar o valor de “n” e de “k” visto que ela nos fornece dados que, aplicando na equação 2 encontra-se os valores. Assim os valores encontrados para “k” e “n” foram 0,219 e 2,48 respectivamente. 
5. CONCLUSÃO
Com a realização dos procedimentos e com o tratamento adequado dos dados, foi possível estudar a adsorção do ácido acético pelo carvão ativado em função da concentração desse ácido em soluções aquosas. Além disso, foi possível determinar as constantes de adsorção da isoterma de Freudlich para o sistema analisado.
6. REFERÊNCIAS 
1- DO VAL, A. G. DOMINGUES, R. Z. MATENCIO, T. Unidade VI - Fenômenos de Superfície. Físico-Química II. Curso de Química, Modalidade de Ensino a Distância, UFMG. Disponível em: https://bit.ly/2RhAvtn. Acesso em: 16 jun. 2019.
2- DE MIRANDA-PINTO, C. O. B. DE SOUZA, E. Manual de Trabalhos Práticos de Físico-Química. Editora Universidade de Minas Gerais, 2006.
3- Físico-Química CII - Roteiros de Trabalhos de Laboratório. Universidade Federal de Minas Gerais, 2019/1º Noturno
APÊNDICE
· Cálculo da concentração do ácido acético em g/L a partir da sua concentração rotulada igual a 0,4463 mol/L
Fórmula geral aplicada:
 =
· Cálculo das concentrações dos ensaios
Para determinar a concentração de cada ensaio, aplicou-se a seguinte equação:
Exemplo para o frasco 4
· Cálculo para concentração final:
· Concentração final de ácido acético HAc.
Exemplo para frasco 4
· Cálculo de x/g 
Para determinar x/g deve-se achar a massa corresponde ao volume de ácido adicionado da seguinte forma: multiplicando o volume de ácido adicionado (VHAc) pela concentração inicial do ácido (CiHAc.). Com base na concentração final, determina-se a massa de ácido que permaneceu no sistema multiplicando o volume de 0,050 L (Vsol) pela concentração final do ácido (CfHAc). A diferença entre eles corresponde ao x/g. Observação: as concentrações citadas estão em g.L-1.
· Cálculo das constante “n” e “k”
a partir da equação 3 disponível nos resultados e discursão deste relatório foi possível calcular as constantes:
	Equação 3
	Equação 2
Comparando com a equação disponível na introdução temos que:
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