Relatório_02_Grupo2 FINAL

7/22/2019 Relatrio_02_Grupo2 FINAL

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UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN

DEPARTAMENTO ACADMICO DE QUMICA E BIOLOGIA

CURSO DE BACHARELADO EM QUMICA

GRUPO 02

Bruna Reis dos Santos1304470

Bruno Roberto Reis Alves Reis1247123Marcelo Andr Petry Pontes1046861

EXPERIMENTO 02 - Isoterma de Adsoro do cido Actico em Carvo Ativado

29/11/2013

CURITIBA

2013


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1. Introduo

Quando se mistura um slido finamente dividido a uma soluo diluda de um corante,

observamos que a intensidade da colorao decresce pronunciadamente. Expondo um slido

finamente dividido a um gs a baixa presso, esta presso decresce. Nestas situaes o corante ou o

gs so adsorvidos sobre a superfcie do slido. A intensidade do efeito depende da temperatura, da

natureza da substncia adsorvida (o adsorvato), da natureza e estado de agregao do adsorvente (o

slido finamente dividido) e da concentrao do corante ou da presso do gs.

O comportamento da adsoro em soluo pode muitas vezes ser previsto qualitativamente,

em termos da natureza polar/apolar do slido e dos componentes da soluo. Um adsorvente polar

tende a adsorver fortemente os adsorvatos polares e fracamente os adsorvatos apolares, e vice-

versa. Alm disso, solutos polares sero adsorvidos fortemente quando estiverem em solventes

apolares (baixa solubilidade) e fracamente quando em solventes polares (alta solubilidade) e vice-versa. A adsoro de cidos carboxlicos em soluo aquosa , portanto forte quando comparada

com a do solvente.

Se entre o adsorvato e a superfcie do adsorvente agir apenas foras de van der Waals, a

adsoro denominada fsica ou de van de Waals. Na maioria das vezes a adsoro como as que

ocorrem em carvo ativo resultado de foras atrativas de van der Waals. Em soluo a adsoro

fsica mais comum do que a adsoro qumica. Ainda assim, muitas vezes possvel uma adsoro

qumica. A adsoro de soluto se restringe normalmente a uma camada monomolecular, j que as

interaes slido-soluto, embora suficientemente fortes para competir com as interaes slido-

solvente na primeira adsorvida, no so suficientemente fortes para levar a novas camadas de

adsoro. 1,2

A isoterma de adsoro de Langmuir se baseia nas seguintes suposies: ocorre apenas

adsoro monomolecular, a adsoro localizada, o calor de adsoro independe da extenso da

superfcie que coberta pela adsoro. Desta forma a equao (1.1) define as chamadas isotermas

de Langmuir. A palavra isoterma usada, nestes tipos de estudo, para enfatizar uma condio de

temperatura constante. Apesar de (frao de stios superficiais ocupados), ser difcil de medir

diretamente, isto pode ser feito indiretamente medindo a massa adsorvida ou pelo mtodo de

titulao, de modo que a quantidade de um cido adsorvido possa ser medido e relacionado a .2,3

[]

Outra maneira de modelar a cobertura versus a concentrao das espcies adsorventes a

isoterma de adsoro de Freundlich. A isoterma de adsoro de Freundlich uma das primeiras

equaes propostas para estabelecer uma relao entre quantidade de material adsorvido e a

concentrao do material na soluo, apresentado pela equao (1.2). A equao de Freundlich na

verdade o somatrio de uma distribuio de equaes de Langmuir, contudo o volume adsorvido no

descrito aproximando-se de um valor limite, como no caso de uma equao de Langmuir isolada.Alm disso a isoterma de Freundlich falha quando a concentrao do adsorvato muito alta. A


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isoterma de Langmuir apresentada pela equao (1.1), em geral interpreta melhor as observaes do

que a isoterma de Freundlich quando se forma uma nica camada molecular. 1,2

([])

Na adsoro em soluo esto envolvidas geralmente molculas de adsorvato

relativamente grandes e assimtricas, tais como cidos carboxlicos de cadeia moderadamente

grande. Uma aplicao da adsoro em superfcies medir a capacidade do carvo ativado para

adsorver cido. O carvo ativado uma forma de carbono tratado muito poroso e usado para

adsorver impurezas da gua.3

Este procedimento prtico tem como objetivo estudar a adsoro de cido actico em

superfcie de carvo ativado usando os modelos de isotermas de Langmuir e de Freundlich e

determinar a mxima adsoro do cido actico nesta superfcie.

2.ProcedimentosA partir da soluo estoque de cido actico, de concentrao (5,02 0,01)10-1mol dm-3,

foram feitas 10 solues, preparadas dentro do balo volumtrico de (50,0 0,1) cm3, por diluio.

Preparou-se as solues de 1 a 10, com o auxlio da bureta de (50,00 0,05) cm 3

preenchida com cido. Transferiu-se para os bales de (50,0 0,1) cm 3, os seguintes volumes para

cada balo: (3,30 0,05) cm3, (4,30 0,05) cm3, (5,00 0,05) cm3, (6,30 0,05) cm3, (7,50 0,05)

cm3, (10,00 0,05) cm3, (15,00 0,05) cm3, (20,00 0,05) cm3, (25,00 0,05) cm3, (35,00 0,05)

cm3, e depois os bales foram completados com gua deionizada.

Pesou-se em balana de quatro dgitos 1,5 g de carvo ativado e transferiu-se para um

erlenmeyer de 125 cm3, devidamente numerado. Adicionou-se a soluo de cido actico nmero 1 e

tampou-se o erlenmeyer com filme de PVC. O procedimento foi repetido para as outras 9 solues de

cido actico.

Agitou-se os erlenmeyers, de 5 em 5 minutos, durante 30 minutos. Depois desse tempo, as

solues foram filtradas e os 20 cm3 iniciais foram descartados. Pipetou-se (10,00 0,04) cm3 do

filtrado, com o auxlio de uma pipeta volumtrica de (10,00 0,04) cm 3, adicionou-se fenolftalena e

titulou-se usando soluo de hidrxido de sdio, de concentrao (9,89 0,02)10 -2mol dm-3.

3. Resultados e Discusses

O experimento foi realizado na temperatura de 21 C, medido com um termmetro logo no

incio da prtica.

A concentrao de cido actico antes da adsoro foi calculada, de acordo com a equao

(3.1).

[] []

(3.1)

A concentrao de cido actico na condio de equilbrio tambm foi calculada, de acordo

com a equao (3.2)

[] [] (3.2)


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A quantidade de cido adsorvida no carvo foi obtida, calculada de acordo com a equao

(3.3).

([][])

(3.3)

As solues de cido actico foram preparadas e as seguintes concentraes antes daadsoro ([]e concentraes na condio de equilbrio ([]foram obtidas, de acordo com

as equaes (3.1) e (3.2), respectivamente. Os valores de massa medidos na balana analtica e, por

conseguinte, a quantidade de cido adsorvida no carvo ativados, tambm foi obtida a ltima de

acordo com a equao (3.3). Os dados esto expressos na Tabela 3.1.

Tabela 3.1: Concentraes iniciais ([HAc]0) e em equilbrio ([HAc]eq) de cido actico, volume de

NaOH gasto na titulao(VNaOH), volume de HAc utilizado (VHAc), massa de carvo, quantidade

experimental de cido adsorvido pelo carvo ativado (nads), calculado experimentalmente, 21 C

AmostraVHAc *

(cm3)

[]**

(mol.dm3)

VNaOH *

(cm3)

[]

(mol.dm3)

mcarvo***

(g)

nads

1 3,30 0,0331 1,60 0,0158 1,4717 0,00059

2 4,30 0,0432 2,20 0,0218 1,5109 0,00071

3 5,00 0,0502 2,90 0,0287 1,5013 0,00072

4 6,30 0,0633 4,00 0,0396 1,5139 0,00078

5 7,50 0,0753 5,00 0,0495 1,5165 0,00085

6 10,00 0,1004 7,00 0,0692 1,5010 0,00104

7 15,00 0,1506 11,60 0,1147 1,5110 0,00119

8 20,00 0,2008 16,40 0,1622 1,5052 0,00128

9 25,00 0,2510 21,10 0,209 1,5039 0,00141

10 35,00 0,3514 31,50 0,312 1,4975 0,00133

* erro associado bureta (0,05) cm; ** concentrao obtida a partir da diluio em gua

de uma soluo estoque de acido actico (5,02 0,01)10-1mol dm-3; ***erro associado a balana (

0,0001g).

Com esses valores obtidos experimentalmente apresentados na tabela 3.1, foi possvel

plotar o grfico de nads em funo da concentrao de equilbrio do cido actico [HAc]eq, Apresentado

na Figura 3.1, pode-se observar que o seu comportamento se assemelhou com a isoterma de

Langmuir.


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Figura 3.1: Grfico da quantidade de cido adsorvida em carvo ativado em funo da concentrao

de cido actico no equilbrio 21 C.

O grfico apresentado mostra que a quantidade de cido actico adsorvido pelo carvo

ativado a temperatura constante aumenta com a concentrao de adsorvato, pelo fato de que quando

ocorre o aumento da concentrao do adsorvato mais molculas de acido actico passe de soluo

para a superfcie do carvo ativado. Sabendo que a isoterma de Langmuir presume somente o

recobrimento da superfcie por uma monocamada4, a quantidade adsorvida varia proporcionalmente a

concentrao somente at certa concentrao de cido, sendo limitada pela saturao gradual da

superfcie, por isso a soluo 10, mais concentrada em relao as demais, apresentou uma

quantidade menor de cido adsorvido se comparado com a soluo 9, um pouco menos concentrado.

A Figura 3.3 apresenta o grfico dos resduos da regresso linear para este modelo.

A isoterma de Langmuir pode ser escrita da seguinte forma, segundo a equao (3.4)

[] (3.4)

O grfico de em funo de []foi construdo afim de analisar se o processo

de adsoro realizado obedece o modelo proposto por Langmuir e foi representado na Figura 3.2


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Figura 3.2: Isoterma de Langmuir obtida pela quantidade de cido adsorvida em carvo ativado em

funo da concentrao de cido actico 21 C.

O grfico apresentado pela figura 3.2 baseado na equao 3.4, do inverso da quantidade

de substncia adsorvida versus o inverso da concentrao do cido em equilbrio, indica uma reta

para mecanismos de adsoro que seguem a equao de Langmuir. A partir dos dados obtidos, foi

possvel determinar os valores de nmax de cido que pode ser adsorvido por unidade de massa de

carvo ativo e a constante Kcatravs dos valores dos coeficientes angular e linear, provenientes da

anlise do grfico. O coeficiente linear do grfico foi (732,82 52) e o coeficiente angular foi (16 2),

com o coeficiente de correlao no valor de 0,9222. Com isso, possvel afirmar que o valor de n max

(0,00136 0,00010) mol.g-1e o valor de Kc (44,79 5,57) L.mol-1. A Figura 3.4 apresenta o grfico

dos resduos da regresso linear para este modelo.

A obteno de um valor de nads maior do que nmx, o que ocorreu na soluo 9, evidencia o

fato tomado por Langmuir de que somente uma monocamada pode ser adsorvida na superfcie

slida.4

Para efeito de comparao, avaliando qual mtodo apresenta uma melhor resposta, foi

tambm construda a isoterma de Freundlich, expressa na equao 3.6

[] (3.6)

O grfico foi construdo, logaritmo da concentrao de cido actico no equilbrio em funo

do logaritmo do nads, representado na Figura 3.3


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Figura 3.3: Isoterma de Freundlich obtida pelo log da quantidade de cido adsorvida em carvo

ativado em funo do log da concentrao de cido actico no equilbrio 21C.

A partir dos dados obtidos experimentalmente e apresentados pelo grfico apresentado pela

figura 3.3, foi possvel determinar os valores de ke npartindo dos valores dos coeficientes angular e

linear, provenientes da anlise do grfico. O coeficiente linear foi (-2,67 0,03) e o coeficiente angular

foi (0,30 0,02), com o coeficiente de correlao no valor de 0,95331.

No ponto da interseo com a abscissa tem-se log (nads) = log(k) e o coeficiente angular

1/n. Com isso, possvel afirmar que o valor de k (0,0021 0,000)1 mol.g-1

e o valor de n (0,30 0,02) L.mol-1.

Para avaliar erro, foram construdos os grficos dos resduos dos ajustes lineares das

isotermas de Langmuir (Figura 3.4) e de Freundlich (Figura 3.5).

Figura 3.4: Grfico dos resduos do ajuste linear da isoterma de Langmuir


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Figura 3.5: Grfico dos resduos do ajuste linear da isoterma de Freundlich

Tabela 3.2Dados da regresso linear das isotermas de Langmuir e Freudlich (intercepto,

coeficiente angular e coeficiente de correlao(R)), e erro mdio quadrtico absoluto.

Coeficiente angular Intercepto R Erms /10-4.mol g-1

Isoterma de Langmuir 16 2 732,82 52 0,9222 0,79

Isoterma de Freundlich 0,30 0,02 -2,67 0,03 0,95331 0,72

Apresentando um valor maior de coeficiente de correlao, um indicativo de proximidade da

linearidade, a isoterma de Freundlich (Figura 3.3) mostrou uma menor diferena entre o valor

esperado e o valor obtido por esse modelo, levando em considerao o logaritmo de n ads e o

logaritmo da concentrao de cido actico em equilbrio. J a isoterma de Langmuir (Figura 3.2),

apresentou um coeficiente de correlao mais baixo, um indicativo de que o modelo no explica de

maneira muito consistente o processo de adsoro do cido actico no carvo ativado. Por

apresentar um erro mdio quadrtico mais baixo em relao a outra isoterma, o modelo de Freundlich

demonstra ser mais preciso na comparao com o modelo de Langmuir, mostrando uma menordisparidade entre os valores obtidos experimentalmente em relao aos valores tericos.

Por apresentar uma maior aleatoriedade na distribuio dos valores, a isoterma de

Freundlich, levando em considerao o grfico dos resduos (Figura 3.5), demonstra uma maior

confiabilidade na hora de explicar o modelo de adsoro do cido actico em carvo ativado. O

grfico residual do modelo de Langmuir (Figura 3.4) apresenta uma tendncia bem mais

caracterstica que o outro modelo, evidenciando um desvio da conformidade

O clculo da rea superficial do carvo feito a partir do modelo de Langmuir, mesmo ele

no sendo o mais adequado em relao ao modelo de Freundlich, usando o valor de adsoro

mxima (nads), obtido a partir da anlise do grfico da Figura 3.2. A equao descrita em 3.5:


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(3.5)

Onde NA o nmero de Avogadro (6,022.1023 mol-1) e a a rea superficial de cada

molcula de cido actico (21.10-20 m2). Resolvendo a equao 3.6, obtm-se o valor de (172 12)

m2

.g-1

.

4. Concluso

Atravs do experimento realizado foi possvel fazer um estudo da adsoro de cido actico

em superfcie de carvo ativado usando os modelos de isotermas de Langmuir e de Freundlich.

Os modelos foram avaliados e de acordo com vrios critrios de avalio, a isoterma de

Freundlich mostrou-se mais eficiente como um modelo para o estudo da adsoro de cido actico

na superfcie slida utilizada, carvo ativado, utilizando os parmetros empricos Ke n.

5. Referncias

1. CASTELLAN, Gilbert William. Fundamentos de fsico-qumica. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 1986.

2. SHAW, D. J, Introduo a Qumica dos colides e superfcies, Traducao Juergen H. Maar,

Sao Paulo, Edgar Blucher, 1975.

3. BALL, David W. Fsico-Qumica, vol. 1. So Paulo: Pioneira Thomson Learnning, 2005.

4. LEVINE, Ira N. Physical chemistry. 6th ed. Boston: McGraw-Hill, c2009. xviii, 989 p.

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