Exp. 8 - Relatório de físico química - isotermas
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7/31/2019 Exp. 8 - Relatrio de fsico qumica - isotermas
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Universidade Federal de Santa Catarina
Centro de Cincias Fsicas e Matemticas
Departamento de Qumica
Disciplina de Fsico-Qumica
Relatrio da aula prtica de Fsico-Qumica:
Isotermas de adsoro
Rodrigo Ivan Prim
Bernardo Della Giustina
Mnica Alves Aguiar
Sandro Wopereis
Eros Olmpio
Florianpolis, 12 de junho de 2007.
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Resumo
Num sistema constitudo por duas fases, uma condensada e outra em soluo no
momento em que as fases se encontram h um aumento ou diminuio da concentrao de
uma ou outra das fases neste sistema. Este fenmeno conhecido como adsoro, que
um efeito o qual ocorre a concentrao das molculas na interface do adsorvente.
No caso da adsoro sobre adsoro sobre slidos, como em nosso experimento,
existem dois tipos de adsoro principais: fsica e qumica. A primeira esta relacionada
apenas com interaes do tipo foras de Van Der Walls e a segunda com reaes
qumicas reais. A rea superficial do adsorvente tambm m fator importante nestes
fenmenos.O mtodo consiste em determinar a quantidade de corante adsorvida pelo carvo
ativado atravs da obteno da concentrao do sobrenadante fazendo a leitura da
absorbncia em espectrofotmetro com posterior clculo pela Lei de Beer (equao 1).
Estas etapas foram feitas em vrias concentraes inicias diferentes para serem plotadas
em um grfico, constituindo a isoterma de adsoro.
A = b C (equao 1)
Este experimento importante, pois a adsoro uma propriedade utilizada em
muitos processos, como por exemplo, nas estaes de tratamento de gua.
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Dados Obtidos
Os resultados experimentais das absorbncias constam na tabela 1. Para as
concentraes de 0,4; 0,5; 0,6 e 0,8 foram feitas diluies 1:75 partes de gua, para a
concentrao de 1,0 foi feita uma diluio 1:100 partes de gua e para a concentrao de
0,3 foi feita uma diluio de 1:10 partes de gua.
Concentrao inicial (em g L-1) Absorbncia
0,2 0,068
0,3 0,211
0,4 0,1840,5 0,257
0,6 0,336
0,8 0,600
1,0 0,915
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Tratamento de Dados
As concentraes no equilbrio (Ce) foram calculadas pela equao de Beer como
descrito abaixo:
A = b C;
Sendo: A = absorbncia;
= coeficiente de absortividade molar (para azul de metileno = 139,5 L
g-1 cm-1);
b = caminho ptico;
C = concentrao no equilbrio (Ce)
Para Ci 0,2 g/L: Para Ci 0,3 g/L:
0,068 = 139,5*1*Ce; Ce = 0,0015 g/L.
Ce = 4,87*10-4 g/L.
Para Ci 0,4 g/L: Para Ci 0,5g/L:
Ce = 0,01 g/L. Ce = 0,13 g/L.
Para Ci 0,6 g/L: Para Ci 0,8 g/L:
Ce = 0,18 g/L. Ce = 0,32 g/L.
Para Ci 1,0 g/L:
Ce = 0,66 g/L.
Obs.: Nos valores de 0,3g L-1 1,0g L-1 foram feitas correes na concentrao de
equilbrio pelo fato de antes de ser realizada a leitura estas solues foram diludas.
Tambm foi calculada a qe para cada concentrao, atravs da diferena entre a
massa inicial e a massa no equilbrio dividida pela massa de carvo ativada contida no
erlenmeyer:
No equilbrio:
Ce 1000ml qe = (minicial me) / mcarvo
me 25ml qe = (minicial me) / 0,1
Para Ci 0,2 g/L: Para Ci 0,3 g/L:
me = 1,2175*10-5 me = 3,75*10
-3
qe = 0,04988 qe = 0,07463
Para Ci 0,4 g/L: Para Ci 0,5 g/L:
me = 2,5*10-4
. me = 0,00325.qe = 0,0975 qe = 0,0925
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Para Ci 0,6 g/L: Para Ci 0,8 g/L:
me = 0,045 me = 0,008.
qe = 0,105 qe = 0,120
Para Ci 1,0 g/L:
me = 0,025
qe = 0,085
O tpico clculos corresponde segunda parte do tratamento de dados:
1. Construa a isoterma fazendo um grfico de qe versus Ce (grfico 1). Lembre-se
que Ce a concentrao obtida aps a adsoro para uma massa de carvo usada nos
experimentos de 0,1g.
Grfico feito em papel milimetrado (anexo 1).
2. Calcule as constantes de Langmuir KL e aL, resolvendo a equao 2 atravs do
grfico Ce/qe versus Ce pelo coeficiente angular e linear (Grfico 2).
Grfico feito em papel milimetrado (anexo 2).
Ce/qe= 3,1 1,0 Ce= 0,35 0,11
Ce/qe= 2,1 Ce= 0,24
Coeficiente angular = Ce/qe / Ce
a = 2,1/0,24 ; a = 8,75
Pegando um ponto qualquer do grfico e substituindo equao de Langmuir na
forma linear:
Ce/qe= 1/KL + aL/KL Ce
3,5 = 1/ KL + 8,75*0,35
3,5 = 1/ KL + 3,06
KL = 2,29
Para achar aL usa-se a frmula do coeficiente angular:
a = aL/KL;
8,75 = aL/2,29;
aL = 20,04
3. Calcule as constantes de Freundlich 1/n e kf , resolvendo a equao 5 fazendo
um grfico ln(qe) versus ln(Ce) pelo coeficiente linear e angular (grfico 3).
Grfico feito em papel milimetrado (anexo 3).
ln qe = -2,3 (-2,66) lnCe= (-3,5) (-6,0)
ln qe = 0,33 lnCe= 2,5
Coeficiente angular = ln qe / lnCe
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a = 0,33/2,5 ; a = 0,094
a = 1/n ; 1/n = 0,094
Pegando um ponto qualquer do grfico e substituindo equao de Freundlich na
forma linear:
ln qe = ln kf+ 1/n*ln Ce
-2,3 = ln kf+ 0,094*(-2,5);
ln kf= -2,536;
kf= e-2,536;
kf= 0,079 dm3 g3.
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Discusso de resultados
Aps o tratamento de dados, podemos ver pelo grfico da isoterma de adsoro
que, conforme aumentamos a concentrao inicial do corante, tambm aumenta sua
quantidade adsorvida, porm, este valor no se mantm proporcional, pois, em valores
mais altos tende a se manter constante pelo fato de que todo o carvo ativado j est
adsorvendo corante. A partir dai, s ir aumentar a quantidade de corante adsorvido se
aumentarmos a quantidade do carvo ativado.
No experimento, o valor da capacidade mxima de adsoro do soluto numa
monocamada foi determinado em 114,29 miligramas de corante por 1 grama de carvoativado. Este valor se encontra prximo ao obtido na literatura que de 128,43mg g -1.
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Questionrio
1. Discuta a forma do grfico 1. O que acontece com o aumento da concentrao
inicial?
Conforme aumentamos a concentrao inicial, aumenta a quantidade de corante
adsorvido tambm, porm, este valor no se mantm proporcional, pois, em valores mais
altos tende a se manter constante pelo fato de que todo o carvo ativado j est
adsorvendo corante. A partir deste ponto, s ir aumentar a quantidade de corante
adsorvido se aumentarmos a quantidade do carvo ativado.
2. Calcule a razo KL/aL = Q (mg g
-1
) e discuta Q e os valores KL e aL para o azul demetileno/carvo (grfico 2).
Q = 2,29/20,04; Q = 0,11429g g-1 = 114,29mg g-1.
O valor de Q representa a capacidade mxima de adsoro do soluto numa
monocamada. No experimento, este valor foi determinado em 114,29mg g-1, que est
prximo ao valor obtido na literatura, 128,43mg g-1.
As constantes KL e aL esto relacionadas s propriedades fsicas do sistema. KL a
constante de equilbrio de Langmuir e est relacionada a adsortividade do adsorbato. O
valor encontrado para KL foi de 2,29. A constante aL est relacionada com a energia de
adsoro e seu valor determinado experimentalmente foi de 20,04.
3. Discuta os valores de kfe 1/n.
Estes dois valores so constantes empricas relacionadas ao sistema adsorvente/soluto
e foram obtidas a partir do grfico do anexo 3 e da equao de Freundlich. O valor de 1/n
foi determinado em 0,094. Ele indica o quanto a superfcie heterognea e pode variar de
0 1. Como o valor desta constante foi baixa indica que a superfcie do carvo ativo
bastante heterognea.
kf a medida aproximada da capacidade de adsoro do adsorvente. Este valor foi
determinado experimentalmente em 0,079 dm3 g3.
4. Compare as duas teorias; Langmuir e Freundlich.
A teoria de Langmuir se baseia no estabelecimento de um equilbrio entre o soluto
adsorvido e o soluto em soluo, em sua equao Langmuir pressupe que as molculas
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de solvente e de soluto ocupam a mesma rea quando adsorvidas na superfcie de um
adsorvente. Esta equao est intimamente ligada com as propriedades fsicas do sistema.
A teoria de Freundlich uma equao de curva exponencial, ela utilizada no
caso de energias superficiais do adsorvente distintas, e com esta equao possvel a
adsoro infinita de um soluto sobre uma superfcie.
5. A adsoro de azul de metileno em carvo vegetal uma adsoro qumica ou
fsica? Discuta.
A adsoro do azul de metileno em carvo vegetal uma adsoro fsica, pois est
relacionada com as foras de interao Van Der Walls entre o azul de metileno e a
superfcie do carvo, no sendo caracterizada nenhuma ligao qumica entre as
molculas do azul de metileno e do carvo.
6. Veja a rea superficial do carvo ativado e discuta suas aplicaes como adsorvente
baseado na tabela abaixo que relaciona os valores encontrados para a constante de
Langmuir KL e aL na adsoro de antidepressivos em carvo ativo.
O carvo ativo um adsorvente muito til devido sua extensa rea superficial e o
grande volume nos poros em sua superfcie de adsoro estas propriedades so muito
teis para melhorar a adsoro de certos frmacos como os antidepressivos em questo,
tendo em vista que muitos destes antidepressivos tem um baixo valor de KL ( quanto
menor o KL menor a adsortividade) e um maior aL que acarreta uma maior energia de
adsoro.
7. Para a tabela abaixo, calcule a razo KL/aL = Q (mg g-1) e discuta que concluses
voc pode tirar em relao adsoro do carvo ativo para esta srie de antidepressivos.
Tabela 2: Adsoro em carvo ativo para esta srie de antidepressivos.Droga 103 aL (em mol g-1) 10
-4 KL (em L mol-1) 10-7 Q (em mg g-1)
Amitriptilina 2,05 2,07 1,01
Imipramina 1,80 1,48 0,82
Carpipramina 1,54 2,36 1,53
Opipramol 1,51 1,77 1,17
Desipramina 1,36 4,70 3,46
Atravs do valor de Q pode-se ver que a desipramina a droga que melhoradsorvida e a imipramina a que menos adsorvida comparando-se esta srie. Em um caso
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de intoxicao, por exemplo, o carvo ativado atua como melhor antdoto para a ingesta
de desipramina do que para as outras drogas desta srie.
8. Que tipo de resduos foram gerados neste experimento e como foram tratados ou
armazenados. Explique.
Os resduos gerados no experimento foram colocados em um becker e foi adicionado
a este mais um pouco de carvo ativado para adsorver o azul de metileno. Aps este
tratamento, os resduos poderam ser descartados na pia.
Concluses
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A adsoro um dos fenmenos de transporte e a transferncia de massa se d
quando existe uma superfcie de contato entre um slido e um gs ou um lquido e a
concentrao de determinado componente deste soluto maior nesta superfcie do que no
interior da soluo que contm o soluto.
A adsoro est relacionada diretamente tenso superficial das solues e a
intensidade deste fenmeno depende de outros fatotes tais como temperatura, natureza e
concentrao da substncia adsorvida (o adsorbato), natureza e estado de agregao do
adsorvente e do fluido em contato com o adsorvente.
Atravs do experimento, pode-se notar que o carvo ativado tem um determinado
comportamento com o azul de metileno, e pelas absorbncias obtidas e tratamento de
dados foi possvel quantificar a adsoro.
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Bibliografia
MOORE, Walter J. Fsico-Qumica. Rio de Janeiro: Ao Livro Tcnico e S.A. e
Editora da Universidade de So Paulo, 1968.
MURRAY, R. K.; GRANNERD. K.; MAYES P. A.; RODWELL V. W. Harper:
Bioqumica, 7 ed. So Paulo: Editora Atheneu, 1994.