Isoterma de adsorcion de CuSO4 en carbon activado

Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Instituto de Ciencias Biomédicas,                                   Programa de Licenciatura en Química. Laboratorio de Fisicoquímica II.

Práctica 6. Determinación de isoterma de adsorción del
                nitrato cúprico sobre carbón activado.
Jonathan Josué Calvillo Solís 154790

Mesa 1[pic 1]

RESUMEN

Una isoterma de adsorción describe la relación entre la concentración de un soluto en la superficie de un adsorbente, con la concentración del soluto en el líquido con el que está en contacto. Existen 2 tipos de adsorción: física y química, mediante una isoterma de adsorción de Freudlich y Langmuir se determinó el tipo de adsorción de nitrato cúprico sobre carbón activado, Se preparó una solución 0.5 M de Cu(NO3)2 de la cual se prepararon diluciones a una concentración 0.07, 0.05, 0.03, 0.02 y 0.01 M. En el espectrofotómetro se midieron las absorbancias obteniendo valores de 0.72, 0.5, 0.29, 0.17 y 0.08 respectivamente. En base a los valores obtenidos, con un modelo de regresión lineal se calculó la ecuación de la recta y el coeficiente de determinación (R2). Luego se agregaron 1.5 g de carbón activado y agitaron constantemente por un lapso de 30 minutos. Después se volvió a realizar una absorbancia en el espectro, se registraron las nuevas absorbancias y con la ecuación de la recta obtenida de la regresión lineal inicial, se determinó la nueva concentración, con la cual se calculó la masa de nitrato cúprico adsorbido. Se calcularon los valores de la isoterma de Langmuir para la adsorción química en base al cociente de la masa del adsorbente y de Cu(NO3)2 adsorbido; y a la concentración molar (M-1) del  nitrato cúprico final. Para adsorción física, se describió la isoterma de Freudlich con el logaritmo base 10 de las mismas. Finalmente, mediante un modelo de regresión lineal se obtuvo la constante de determinación (R2) para cada tipo de adsorción, la química se obtuvo un R2 igual a 0.972 y para la física 0.9424, siendo entonces una adsorción química la realizada.

INTRODUCCIÓN

El proceso por el cual átomos, iones o moléculas gaseosas, líquidos o solidos disueltos son atrapados o retenidos en una superficie se denomina adsorción, en contra parte a la absorción. Adsorbato es la sustancia que se adsorbe y queda atrapada, mientras que el adsorbente es la superficie que atrapa y retiene al adsorbato, el carbón activado es el más utilizado (Avery, H. y Shaw, D. J. 1981).

        Una isoterma describe el equilibro de la adsorción de un material en una superficie a temperatura constante, dicha adsorción depende de factores como la temperatura, la naturaleza del adsorbato y las características superficiales (tamaños de poro) del adsorbente.  Experimentos hechos por E. de Olivera, F. Curbelo y A. Garnica (2002) en procesos de licor industrial, específicamente la relación entre la decoloración de un licor de azúcar en carbón activado, mostraron que la adsorción disminuyo a medida que la temperatura aumentaba al llevar acabo adsorciones a 80, 70 y 60 °C. Al aumentar la temperatura de las moléculas tienen una mayor movilidad, por lo que dificultan la adsorción (Ibáñez, G., 1998).

        Existen 2 tipos de adsorción: la física, donde la unión del adsorbato en el adsorbente es mediante fuerzas de Van der Waals, y son de largo alcance pero débiles, la energía liberada tiene una ∆H aproximada a 20 kJ/mol. En la adsorción química los átomos se adhieren a la superficie del solido formando enlaces, generalmente de tipo covalente, la energía es mucho mayor que en la fisisorción, con un ∆H aproximado a los 200 kJ/mol (Pascual, P. 1993).

        La isoterma de Langmuir es muy común utilizarla, este tipo de isoterma describe un proceso de adsorción en monocapa, ya que supone que la adsorción se acaba con la formación de una monocapa molecular del compuesto adsorbido, alcanzándose una región de saturación, que representa el equilibro entre el fenómeno de adsorción y el de desorción en la monocapa. Otro tipo de isotermas son las de Freundlich la cual describe valores no lineales, sino en base a logaritmos del área recubierta (Abela, J., Cintas, T. y Serratosa, M. 1993).

OBJETIVOS

• Preparar diluciones de nitrato cúprico a determinadas concentraciones.
• Determinar la absorbancia de cada solución utilizando el espectrofotómetro de forma correcta.
• Determinar el tipo de adsorción que se presenta entre el nitrato cúprico y el carbón activado.

METODOLOGÍA

Se prepararon 250 mL de una solución 0.5 M de Cu(NO3)2, de esta solución se prepararon 5 diluciones de 100 mL a una concentración: 0.07, 0.05, 0.03, 0.02 y 0.01 M en matraces aforados. En un tubo de ensayo diferente se agregaron 10 mL de cada dilución, enseguida se llevaron al área de espectrofotómetros.  

        Luego de encender y dejar estabilizar el espectro por 30 minutos, se colocó el filtro en base a la longitud de onda a la que absorbe el nitrato cúprico (820 nm), posteriormente se calibró hasta que la pantalla marcara 0 absorbancia con una muestra blanca, en este caso, de agua destilada. Se tomó una celdilla especial y se agregó nitrato cúprico de la dilución menos concentrada a ¾ partes de la celdilla, se insertó en el espectro y enseguida se registró la absorbancia, esto se repitió con las 4 diluciones restantes.

        Después de registrar la absorbancia de cada dilución, se realizó un modelo de regresión lineal y se calculó el coeficiente de determinación (R2), así como la ecuación de la recta. Enseguida se agregaron 1.5 g de carbón activado a cada dilución, y se agitó cada frasco por un periodo de 30 minutos, después se tomó una muestra de 10 mL y se introdujo en un tubo de ensayo, se volvió a realizar absorbancia en el espectro para determinar la concentración que había cambiado en base a la ecuación de la recta calculada en la absorbancia anterior. Con la diferencia de concentraciones (∆M) se realizaron los cálculos para la isoterma de Langmuir y Freundlich.

RESULTADOS

SESIÓN 1. Preparación de diluciones y espectrofotometría.

Los cálculos para la preparación nitrato cúprico Cu(NO3)2 0.5 M se realizaron con la siguiente ecuación:

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Dónde:

M: Molaridad (mol/L).
PM: Peso molecular (g/mol).
V: Volumen (L).
m: masa (g)

En la Tabla 1 se muestran el cálculo  con la fórmula despejada para preparar la disolución, la cual se utilizó para preparar las diluciones siguientes.

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