Fenomenos De Adsorcion

1. RESUMEN

La práctica realizada en el laboratorio, se realizo en las condiciones ambientales siguientes: temperatura de 21ºC, humedad relativa de 96% y a una presión de 756mmHg.

El objetivo de la práctica es hacer un estudio de la adsorción de un soluto sobre la superficie de un sólido poroso.

En un matraz erlenmeyer se colocó una porción de carbón activado y se vertió, usando la pipeta, 50 mL de la solución de ácido acético para cada muestra y se agito durante media hora y luego se dejó en reposo.

Durante la agitación y el reposo las muestras fueron valoradas con solución NaOH 0.1 N. y se uso biftalato de potasio para valorar la soda y en todos los casos fenolftaleina como indicador.

Después del tiempo transcurrido se midió la temperatura, se filtro cada muestra, desechando los primeros 10mL del filtrado, luego fueron valorados, los gastos son menores que en la primera valoración, lo cual indica que han sido adsorbidos por el carbón activado.

Se realizo las graficas x/m vs Cn (grafica de la isoterma de adsorción de Freundlich) y log(x/m) vs logC. La segunda grafica permitió hallar los valores experimentales de K (0.1959) y n (0.4703). Luego fueron comparados con los valores teóricos obteniendo porcentajes de error de 83,7% y 41,2%, respectivamente.

Es probable que durante el proceso de agitación se haya sobre agitado cada muestra, o que el tiempo de espera no se haya cumplido a plenitud., por ello la causa de error.

También es probable que durante la valoración final para determinar la concentración en el equilibrio se haya agitado accidentalmente la muestra, o que quizas se haya valorado una cantidad de ácido filtrado que se encontró en el rango de los 10 primeros mL que se debieron descartar. También al problema de la adsorción se suma el hecho de que pudo haberse quedado un poco de muestra de carbón activado en el papel de aluminio cuando se realizó el transvase de este a cada matraz erlenmeyer para cada muestra.

También es probable que el error en la adsorción se deba a la calidad del reactivo carbón activado, si este no es lo suficientemente poroso, o se hubiera encontrado parcialmente hidratado, hubiera reducido considerablemente sus propiedades de adsorción.

2. INTRODUCCIÓN

La adsorción es un proceso por el cual los átomos en la superficie de un sólido, atraen y retienen moléculas de otros compuestos. Estas fuerzas de atracción son conocidas como “Fuerzas de Van Der Waals”.

Los experimentos sobre adsorción, que con más frecuencia se realizan, consisten en la medida de la relación entre la cantidad de gas o líquido adsorbido, sobre una determinada cantidad de adsorbente. Estas medidas se realizaran a una temperatura constante y los resultados se representan gráficamente en las llamadas Isotermas de Adsorción. Lo que se mide experimentalmente es el volumen del líquido o gas adsorbido por una cantidad de adsorbente, o la variación del peso que experimenta el adsorbente cuando ha estado en contacto con el adsorbato.

Existen dos metodologías muy importantes en el estudio de la adsorción, el modelo de isoterma de Freundlich que establece que la adsortividad es proporcional a una constante K y a la concentración elevada a n que fue una relación empírica determinada alrededor de 1884. La otra metodología es la ecuación de Langmuir que considera la adsorción como un fenómeno de ocupamiento de capas mono moleculares, a medida que se produce la adsorción, solo cuando se encuentran sitios desocupados y continuar a la siguiente capa, dicha ecuación depende de las constantes a y b. Experimentalmente en el estudio de soluciones se emplea la ecuación de Freundlich.

La adsorción como fenómeno de superficie es muy útil, es por esta razón que las aplicaciones de la adsorción se emplean frecuentemente en estudios de contaminación ambiental, en la actualidad se están desarrollando método en los estudios de la bisorción de los vegetales, y algas, para la descontaminación de metales pesados como el Plomo y Cromo.

Otra de las aplicaciones más conocidas de la adsorción en el mundo industrial, es la extracción de humedad del aire comprimido. Se consigue haciendo pasar el aire comprimido a través de un lecho de alumina activa u otros materiales con efecto de adsorción a la molécula de agua. La saturación del lecho se consigue sometiendo a presión el gas o aire, así la molécula de agua es adsorbida por la molécula del lecho, hasta su saturación. La regeneración del lecho, se consigue soltando al exterior este aire comprimido y haciendo pasar una corriente de aire presecado a través del lecho.

Lo habitual es encontrar secadores de adsorción en forma de dos columnas y mientras una adsorbe, la otra es regenerada por el mismo aire seco de la columna anterior. Este sistema se conoce como "pressure swing" o PSA.

3. PRINCIPIOS TEÓRICOS

ADSORCIÓN

La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de un material, en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen.

En química, la adsorción de una sustancia es su acumulación en una determinada superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o líquido. Considérese una superficie limpia expuesta a una atmósfera gaseosa. En el interior del material, todos los enlaces químicos (ya sean iónicos, covalentes o metálicos) de los átomos constituyentes están satisfechos. En cambio, por definición la superficie representa una discontinuidad de esos enlaces. Para esos enlaces incompletos, es energéticamente favorable el reaccionar con lo que se encuentre disponible, y por ello se produce de forma espontánea.

La naturaleza exacta del enlace depende de las particularidades de los especímenes implicados, pero el material adsorbido es generalmente clasificado como fisisorbido o quimisorbido. La cantidad de material que se acumula depende del equilibrio dinámico que se alcanza entre la tasa a la cual el material se adsorbe a la superficie y la tasa a la cual se evapora, y que normalmente dependen de forma importante de la temperatura. Cuanto mayor sea la tasa de adsorción y menor la de desorción, mayor será la fracción de la superficie disponible que será cubierta por material adsorbido en el equilibrio.

Para estos procesos, resultan interesantes materiales con una gran superficie interna, (y por lo tanto poco volumen) ya sea en polvo o granular, como el carbón activo, y llevan asociados otros fenómenos de transporte de material, como el macro transporte y micro transporte de los reactivos.

FISISORCIÓN

La fisisorción es la forma más simple de adsorción, y es debida a débiles fuerzas atractivas, generalmente fuerzas de Van der Waals (fuerzas dispersivas). Dado que estas fuerzas son omnipresentes, resulta que rápidamente cualquier superficie limpia expuesta al ambiente acumula una capa de material fisisorbido.

QUIMISORCIÓN

La quimisorción ocurre cuando un enlace químico, definido en este caso como un intercambio de electrones, se forma. El grado de intercambio y lo simétrico que sea dependen de los materiales involucrados. A menudo hay un paralelismo con las situaciones encontradas en química de coordinación. La quimisorción es particularmente importante en la catálisis heterogénea, la forma más común en la industria, donde un catalizador sólido interacciona con un flujo gaseoso, el reactivo o los reactivos, en lo que se denomina reacción en lecho fluido. La adsorción del reactivo por la superficie del catalizador crea un enlace químico, alterando la densidad electrónica alrededor de la molécula reactivo y permitiendo reacciones que normalmente no se producirían en otras circunstancias. La corrosión es un ejemplo de ello.

TIPOS DE ADSORCIÓN

Cabe distinguir tres tipos de adsorción según que la atracción entre el soluto y el adsorbente sea de tipo eléctrico, de Van der Waals o de naturaleza química.

La adsorción del primer tipo cae de lleno dentro del intercambio iónico y a menudo se le llama adsorción por intercambio, que es un proceso mediante el cual los iones de una sustancia se concentran en una superficie como resultado de la atracción electrostática en los lugares cargados de la superficie. Para dos absorbatos iónicos posibles, a igualdad de otros factores, la carga del ión es el factor determinante en la adsorción de intercambio. Para iones de igual carga, el tamaño molecular (radio de solvatación) determina el orden de preferencia para la adsorción. Este tipo de adsorción se comenta con detalle más adelante.

La adsorción que tiene lugar debido a las fuerzas de Van del Waals se llama generalmente adsorción física. En estos caso, la molécula adsorbida no está fija en un lugar específico de la superficie, sino más bien está libre de trasladarse dentro de la interfase. Esta adsorción, en general, predomina a temperaturas bajas. La adsorción de la mayoría de las sustancias orgánicas en el agua con carbón activado se considera de naturaleza física.

Si el adsorbato sufre una interacción química con el adsorbente, el fenómeno se llama adsorción química, adsorción activa o quimisorción.

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