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Físico-Química IV 2021/2 Oficina 2: Adsorção de ácido acético sobre carvão ativado Objetivo Estudar a adsorção de ácido acético pelo carvão ativado, em função da con- centração do ácido em solução aquosa, e avaliar se a isoterma de Freundlich des- creve o comportamento desse ácido. Introdução Sólidos e líquidos geralmente concentram, em suas superfícies, gases ou substâncias em solução, e esse fenômeno e denominado adsorção. 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. As isotermas que apresentam forma assintótica podem ser descritas por diferentes equações, sendo que uma delas é a de Freundlich, cuja re- lação matemática é: onde 𝑥/𝑚 é a massa da substância adsorvida por unidade de massa do adsorvente; 𝑐 é a concentração, no equilíbrio, dessa substância na solução; 𝑘 e 𝑛 são constantes características do adsorvente e do soluto em uma dada temperatura. Tomando o lo- garitmo dessa equação tem-se: e as constantes 𝑘 e 𝑛 podem ser calculadas através do gráfico ln (𝑥/𝑚) versus ln 𝑐. Nesta oficina estudaremos a adsorção de um ácido acético sobre carvão ati- vado. Para isso, massas definidas de carvão ativado são colocadas em contato com uma série de soluções de várias concentrações do ácido orgânico. Depois de esta- belecido o equilíbrio, as misturas são filtradas e os filtrados são analisados para de- terminar o quanto foi adsorvido e o quanto permaneceu em solução. A quantidade de adsorvato é calculada a partir das concentrações de soluto nas soluções inicial e final. Descrição da parte experimental Preparou-se uma solução de ácido acético (HAc) 1M. A partir desta solução foram preparadas seis novas soluções em balões volumétricos de 100 mL originan- do, seis soluções com concentrações variando de 0,2 a 0,04 M, conforme descrito no quadro abaixo: Amostra 1 2 3 4 5 6 Ácido acético 1M 20 16 12 8 6 4 Concentração (M) 0,2 0,16 0,12 0,08 0,06 0,04 Cada solução foi colocada em contato com 1,20 g de carvão ativado e, em seguida, mantido sob agitação magnética por 5 h a 22 °C. Após, cada suspensão foi filtrada e 5 mL de cada filtrado foi adicionado em um Erlenmeyer completando-se o volume de 50 mL com água destilada. Cada solução foi titulada com hidróxido de sódio 0,05 M usando indicador fenolftaleína. A tabela abaixo mostra os dados experimentais obtidos na titulação do ácido acético com NaOH 0,05 M. Tabela 1: Dados para o ácido acético Antes do carvão Depois do carvão Amostra [HAc]i (Molar) mi HAc (g) Ci HAc (g/L) VNaOH 0,05 M (mL) [HAc]eq (Molar) meq HAc (g) Ceq HAc (g/L) x (mi- meq) (g) x/m (g/g) 1 0,2 6,005 1,201 0,90 0,02220 1,0180 0 2 0,16 4,804 0,9608 0,89 0,01790 0,9109 3 0,12 3,603 0,7206 0,60 0,02000 1,0120 4 0,08 2,402 0,8040 0,57 0,01404 0,7100 5 0,06 1,802 0,3603 0,47 0,01277 0,6445 6 0,04 1,201 0,2402 0,35 0,01143 0,5755 Resultados A partir dos resultados da tabela acima calcule: 1) a concentração, em gramas por litro, do ácido acético (M = 60,0 g/mol) no mo- mento inicial (Ci, antes do contato com o carvão ativado) e ao final, após atingido o equilíbrio de adsorção (Ceq); 2) a partir desses dados, calcula-se a massa x de ácido acético adsorvido e a razão x/m (massa de ácido acético adsorvido sobre a massa de adsorvente, em g/g); 3) a seguir, traça-se o gráfico de ln(x/m) em função de ln ceq a fim de verificar se a isoterma de Freundlich ajusta-se aos dados experimentais. Se for esse o caso, de- terminam-se os parâmetros k e n da isoterma. Resultados devem apresentar: 1. Tabela 1 preenchida 2. Gráfico ln (x/m) em função de ln ceq; 3. Valores das constantes k e n; 4. Discutir a validade do modelo de Freundlich para descrever a adsorção do ácido acético sobre carvão ativado; 5. Gráfico mostrando x/m em função de ceq (modelo como linha contínua e resulta- dos experimentais como pontos avulsos). Data da entrega: 28/9/21 (pelo Moodle) Referência bibliográfica Miranda-Pinto, C. O. B.; Souza, E., Manual de trabalhos práticos de físico-química. Belo Ho- rizonte: Editora da UFMG, 2006.
