ADSORÇÃO DO ÁCIDO ACÉTICO PELO CARVÃO (ISOTERMA DE ADSORÇÃO)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
INSTITUTO DE QUÍMICA E BIOTECNOLOGIA
ENGENHARIA QUÍMICA
Ana Luiza de Freitas Guimarães
ADSORÇÃO DO ÁCIDO ACÉTICO PELO CARVÃO (ISOTERMA DE ADSORÇÃO)
MACEIÓ
2019
ANA LUIZA DE FREITAS GUIMARÃES
ADSORÇÃO DO ÁCIDO ACÉTICO PELO CARVÃO (ISOTERMA DE ADSORÇÃO)
Apresentação de relatório, baseado em
experimentos práticos, solicitado pela professora
Carmem Zanta, com o objetivo de avaliação parcial
da disciplina de Laboratório de Química 2, do
curso de Engenharia Química da Universidade
Federal de Alagoas.
MACEIÓ
2019
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 3
2. OBJETIVOS 5
3. MATERIAIS E REAGENTES 5
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 5
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 7
6. CONCLUSÃO 10
7. REFERÊNCIAS 11
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1. INTRODUÇÃO
Sólidos e líquidos geralmente concentram, em suas superfícies, gases ou
substâncias em solução, e esse fenômeno é denominado adsorção. As moléculas e
os átomos podem se ligar de duas maneiras a uma superfície sólida, na fisissorção e
na quimissorção.[1]
Na adsorção física (também chamada de fisissorção) há uma interação de van der
Waals entre o adsorvato e o adsorvente. As moléculas encontram-se fracamente
ligadas à superfície e os calores de adsorção são baixos, tipicamente na faixa de 20
kJ mol-1. Esta pequena variação de entalpia é insuficiente para romper as ligações
químicas, e por isso uma molécula fisicamente adsorvida retém a sua identidade,
embora possa ser deformada pela presença dos campos de força da superfície.[2]
Na adsorção química (também chamada de quimissorção), as moléculas (ou
átomos) unem-se à superfície do adsorvente por ligações químicas (usualmente
covalentes) e tendem a se acomodar em sítios que propiciem o número de
coordenação máximo com o substrato. Na adsorção química as ligações são
rompidas e formadas, o calor de adsorção está na faixa de 200 kJ mol-1, sendo um
processo exotérmico. [2]
Desta forma, são vários os fatores que influenciam o processo de adsorção como a
área superficial, as propriedades do adsorvente e do adsorvato, a temperatura do
sistema, natureza do solvente e o pH do meio.[3]
O carvão ativado é constituído basicamente de carbono e possui milhares de
pequeninos poros em sua estrutura, o que lhe dá uma grande capacidade de
adsorção. Visto que possui tantos poros, a sua enorme área de superfície
fornece vários lugares de ligação.[4]
A relação entre a quantidade de substância adsorvida por um adsorvente e a
pressão do gás, ou a concentração da solução no equilíbrio, em uma dada
temperatura é denominada de isoterma de adsorção.[1]
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A isoterma de Freundlich é utilizada para sistemas com superfície heterogênea,
onde ocorre adsorção em multicamadas com interação entre as moléculas de
adsorbato. O modelo proposto por Freundlich foi um dos primeiros a equacionar a
relação entre a quantidade de material adsorvido e a concentração do material na
solução em um modelo com características empíricas.[3]
A equação da isoterma de Freundlich assume a forma:
(Eq.1)𝑋𝑚 = 𝐾. 𝐶
(1/𝑛)
A equação descrita acima pode ser escrita na forma linearizada, tomando logaritmo
em cada lado, tornando-a:
(Eq.2)𝑙𝑜𝑔(𝑥/𝑚) = 𝑙𝑜𝑔 𝐾 + (1/𝑛) 𝑙𝑜𝑔 𝐶
Em que:
x: massa do material adsorvido;
m: massa do material adsorvente;
C: concentração das soluções;
1/n: constante relacionada à heterogeneidade da superfície;
K: constante de capacidade de adsorção de Freundlich.
A equação de Freundlich sugere que a energia de adsorção decresce
logaritmicamente, à medida que a superfície vai se tornando coberta pelo soluto.[5]
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2. OBJETIVOS
Exprimir o aspecto quantitativo do processo de adsorção utilizando a isoterma de
Freundlich.
3. MATERIAIS E REAGENTES
● Erlenmeyers;
● Funil;
● Papel filtro;
● Carvão ativo;
● Balões volumétricos;
● Buretas;
● Fenolftaleína;
● Solução de ácido acético 1 mol.L-1;
● Solução de NaOH 0,1 mol.L-1;
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
● Partiu-se de uma solução de ácido acético 1 mol.L-1, preparou-se 100 mL de
soluções 0,5; 0,3; 0,2; 0,1 e 0,05 mol.L-1.
● Pesou-se 1,0 g de carvão ativado em 05 erlenmeyers secos, numerados de 01 a
05.
● Pipetou-se 50 mL de solução 0,5 mol.L-1 de ácido acético e transferiu-se para o
erlenmeyer 01 e procedeu-se da mesma forma com as outras soluções.
● Deixou-se as soluções de ácido em contato com o carvão durante 1h, agitando
de vez em quando.
● Titulou-se, durante este tempo, as soluções de ácido acético que restaram,
pipetou-se 10 mL de cada solução e titulou-se com NaOH 0,1 mol.L-1, usando
fenolftaleína como indicador.
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● Passou-se uma 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-1, usando fenolftaleína.
● Determinou-se a massa de ácido acético adsorvida em cada 10 mL de solução,
multiplicou-se por 5 para ter o adsorvido em 50 mL
● Fez-se o gráfico log(x/m) versus log C, interpolou-se linearmente e calculou-se
as constantes da isoterma de Freundlich.
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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A titulação tem como principal objetivo identificar a concentração de uma solução
por meio da sua reação com outra solução de concentração conhecida. A partir da
primeira titulação, foi possível calcular a concentração inicial do ácido acético
utilizando a seguinte equação:
CHAc.VHAc = CNaOH.VNaOH (Eq.3)
Sabendo que a concentração de NaOH corresponde a 0,1 mol/L e o volume do
ácido acético foi de 10 mL, construiu-se a tabela 1.
Amostra Volume da titulação
VNaOH (mL)
CHAc(inicial) (mol/L)
1 50,1 0,5
2 28,4 0,3
3 19,4 0,2
4 9,7 0,1
5 3,8 0,04
Tabela 1: Concentração inicial da solução de ácido acético.
A reação envolvida representa um reação de neutralização ácido-base entre o ácido
acético e o hidróxido de sódio em meio aquoso. A reação é a seguinte:
CH3COOH(aq) + NaOH(aq) → NaCH3COO(aq) + H2O(l) (Eq. 4)
Após a titulação do filtrado com NaOH, com os dados obtidos, permitiu-se
determinar a massa de ácido acético adsorvida (x) no carvão ativo, sabendo que a
concentração da solução de NaOH é 0,1 M e a massa molecular do ácido acético
equivale a 60,052 g.mol-1.
mHAc = CNaOH . VNaOH(após a filtração) . MMHAc . 5 (Eq.5)
Amostra VNaOH (mL)
(após a filtração)
CHAc(final) (mol/L) mHAc
X (g)
1 44,2 0,442 1,32715
7
2 25 0,25 0,75065
3 15,9 0,16 0,47741
4 7 0,07 0,21018
5 2 0,02 0,06005
Tabela 2 - Dados para determinação de massa adsorvida.
Ao comparar a titulação antes e depois da adição do carvão ativado, observa-se que
um volume menor de NaOH foi utilizado para as soluções de ácido acético em
contato com o carvão ativado. Isso explica a adsorção, ou seja, o carvão ativado
adsorve um pouco do ácido acético que estava no meio, fazendo com que a
concentração do ácido diminua.
Após a obtenção da massa adsorvida, foi possível calcular o logaritmo da razão
entre a massa do material adsorvido (x) e a massa do material adsorvente (m), que
neste caso é o carvão ativado, bem como o logaritmo da concentração das
soluções.
Amostra CHAc
(mol.L-1)
x (g) m (g) log CHAc x/m log(x/m)
1 0,5 1,32715 1,00 -0,301 1,32715 0,12292
2 0,3 0,75065 1,00 -0,5229 0,75065 -0,1246
3 0,2 0,47741 1,00 -0,699 0,47741 -0,3211
4 0,1 0,21018 1,00 -1,000 0,21018 -0,6774
5 0,04 0,06005 1,00 -1,3979 0,06005 -1,2215
Tabela 3 - Dados de massa do material adsorvido e adsorvente, concentração e logaritmo.
Com o valores dispostos na tabela 3, pode-se fazer o gráfico de log (x/m) versus log
CHAc.
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Figura 1: Isoterma de adsorção do ácido acético referente ao modelo de Freundlich.
Mediante a equação apresentada, obteve-se os parâmetros n e K de acordo com a
equação de Freundlich.
A equação da reta obtida por meio da linearização corresponde a:
y = 1,2228x + 0,5146 (Eq.6)
Analisando a Eq.2, observa-se que ela corresponde a equação da reta. O log K
representa o coeficiente linear da reta, assemelhando-se a 0,5146, que determina a
constante de adsorção. Já 1/n representa o coeficiente angular da reta, que equivale
a 1,2228.Parâmetros
n K R²
0,8178 3,2701 0,9977
Tabela 4 - Parâmetros do modelo de Freundlich estimados a partir dos dados experimentais das
isotermas de adsorção dos ácidos acético, utilizando carvão ativado.
O parâmetro n é o fator de heterogeneidade e está relacionado com a distribuição
das energias de adsorção pelos sítios ativos da superfície do adsorvente.
Como o gráfico obtido foi uma reta, determina-se que o sistema segue a isoterma
correspondente.
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6. CONCLUSÃO
O modelo de Freundlich se mostrou adequado para exprimir os dados experimentais
de adsorção do ácido acético pelo carvão ativado, sendo de fundamental
importância para a compreensão da interação do adsorbato com o adsorvente.
Compreende-se que o processo de adsorção depende da concentração do
adsorbato e da quantidade de adsorvente presente, visto que as variáveis de
isotermas de adsorção servem para descrever o mecanismo do processo.
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7. REFERÊNCIAS
[1]- INSTITUTO DE QUÍMICA, UFG. Adsorção. Goiás, [20--]. Disponível em:
<https://anselmo.quimica.ufg.br>. Acesso em: 23 ago. 2019.
[2]- ATKINS, Peter. Físico-Química - Fundamentos. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC,
2002.
[3]- NASCIMENTO, Ronaldo; LIMA, Ari; VIDAL, Carla; MELO, Diego; RAULINO,
Giselle. Adsorção. Fortaleza, 2014. Disponível em: <www.repositorio.ufc.br>.
Acesso em: 29 ago. 2019.
[4]- FOGAÇA, Jennifer. Adsorção sobre carvão ativado. [S. l], [20--]. Disponível
em:<https://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/adsorcao-sobre-carv
ao-ativado.htm>. Acesso em: 29 ago. 2019.
11
https://anselmo.quimica.ufg.br/
http://www.repositorio.ufc.br
https://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/adsorcao-sobre-carvao-ativado.htm
https://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/adsorcao-sobre-carvao-ativado.htm