ADSORCIÓN DEL ÁCIDO OXÁLICO SOBRE CARBÓN VEGETAL A PARTIR DE DISOLUCIONES ACUOSAS

Arley Noguera, Jesús Anaya

Laboratorio de Fisicoquímica (Sección: 68) – Escuela de Ingeniería QuímicaUniversidad de Carabobo

Profesor: Auxilia MalliaPreparador: Jesús Mendoza

RESUMEN

El objetivo principal de esta práctica fue estudiar el fenómeno de la adsorción del ácido oxálico sobre el carbón activado. Para ello, se prepararon cinco soluciones de distintas concentraciones de ácido oxálico a partir de una solución madre, cuya concentración fue de (0,146 ± 0,001) M. A cada una de ellas, incluyendo la solución patrón, se le agregaron aproximadamente 2 g de carbón activado y se agitaron magnéticamente durante 45 min, se filtraron y se titularon con solución de NaOH 0,2500 N. A partir de las concentraciones iniciales y finales, se determinó el número de moles adsorbidos de ácido oxálico por gramo de carbón activado para cada disolución y se graficó la isoterma de Langmuir para determinar la constante de adsorción K (52,8532 L/mol), el número de moles necesarios para cubrir la superficie del adsorbente NT (0,0025 mol/g carbón), la superficie específica ST (3,13·1022 Å2/g carbón) y la fracción de superficie de adsorbente recubierta por adsorbato para cada solución.Palabras clave: adsorción, carbón activado, isoterma, Langmuir, moles adsorbidos.

INTRODUCCIÓN

La adsorción es un proceso por el cual los átomos de la superficie de un sólido (adsorbente), atraen y retienen moléculas de otro compuesto (adsorbato). La actividad de la adsorción se basa en la concentración, la temperatura, la presión y la polaridad de la sustancia. Para hallar la relación entre la cantidad adsorbida y la concentración del adsorbato, se emplean las isotermas de adsorción; en esta práctica se utilizó la isoterma de Langmuir, ya que ocurre una adsorción física entre el ácido oxálico y el carbón vegetal. La principal importancia de la adsorción radica en la eliminación de compuestos orgánicos de diferentes sustancias.

METODOLOGÍA

Se tomaron alícuotas de 10, 20, 40, 60 y 80 mL de solución madre de ácido de trabajo con las

respectivas pipetas volumétricas y se vertieron en balones aforados de 100 mL. Luego de identificar cada solución y enrasar con agua destilada, se trasvasaron a fiolas de 250 mL, y se taparon con un tapón. De igual manera, se vertieron 100 mL de solución madre en una fiola de 250 mL, se tapó y se identificó. Se pesaron, sobre un vidrio reloj, aproximadamente 2 g de carbón activado en la balanza analítica, y se añadieron, con la ayuda de una espátula, a cada una de las fiolas, procurando que fuera simultáneamente, se taparon, y se colocaron sobre los equipos de agitación magnética. Se procedió a encender cada uno de los equipos, y se dejaron agitando durante 45 minutos, para así asegurar que alcanzaron el equilibrio. Mientras se agitaba cada solución, se titularon 10 mL de solución madre con solución de NaOH 0,2500 N, utilizando fenolftaleína como indicador, y se prepararon los sistemas de filtración, colocando embudos con papel de filtro sobre soportes universales. Una vez transcurridos

los 45 minutos, se filtraron cada una de las soluciones en vasos precipitados de 100 mL, y se desecharon los primeros 10 mL. Se tomaron alícuotas de 10 mL de cada una de las soluciones y se valoraron con la misma solución de NaOH empleada anteriormente.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para estudiar el efecto de la concentración en la cantidad de moles adsorbidos por gramo de carbón activado, se prepararon soluciones de ácido oxálico con concentraciones distintas, a partir de una solución madre de concentración aproximadamente igual a 0,15 M. Para conocer la concentración exacta de la solución madre, se realizó una valoración de la misma con solución de NaOH 0,2500 N y se utilizó fenolftaleína como indicador. Los datos obtenidos experimentalmente para la titulación de la solución madre se encuentran en la Tabla 1.

Tabla 1. Valores obtenidos en la titulación de solución madre de ácido de trabajo con NaOH como titulante.

Volumen de titulado

(VSM ± 0,02)mL

Volumen de titulante

(VNaOH ± 0,05)mL

10,00 5,90

10,00 5,80

10,00 5,80

VSM: Volumen de solución madre.VNaOH: Volumen de hidróxido de sodio añadido.

El ácido oxálico, al ser un ácido diprótico, posee dos puntos de equivalencia (reacciones I y II), más para efectos de su valoración durante esta práctica, únicamente se alcanzó el primer punto (reacción 1), por lo que de su estructura se desprendió sólo un protón; es por ello que puede decirse que su concentración puede expresarse tanto en eq/L como por mol/L, ya que la relación entre estos, para este caso, es 1:1. De igual manera, al agregar el NaOH, durante la titulación tuvieron lugar las reacciones III y IV.

C2O4 H2 (ac)+H2O(l) C2O4 H(ac)- +H3 O (ac)

+ (I )

C2O4 H(ac)- + H2 O(l)C2 O4 (ac)

-2 + H3O(ac)+ (I I )

C2O4 H2 (ac) +Na OH (ac) → C2O4 H Na(ac) +H2O(l) (II I )

C2O4 H Na (ac) → C2O4 H (ac)- +Na (ac)

+ ( I V )

Una vez conocida la concentración de la solución patrón, a partir de esta se determinaron las concentraciones iniciales y el número de moles iniciales del resto de las disoluciones. Para determinar el número de moles y la concentración de cada solución después del proceso de adsorción, se realizaron valoraciones con NaOH 0,2500 N y fenolftaleína como indicador. Los datos obtenidos experimentalmente durante cada una de estas titulaciones se encuentran en la Tabla 2.

Tabla 2. Valores obtenidos durante la valoración de las soluciones preparadas y solución madre con NaOH como titulante después del proceso de adsorción.

SoluciónVolumen de

solución(Valic ±0,02) mL

Volumen de titulante añadido(VNaOH ± 0,05)mL

1

10,00 0,10

10,00 0,20

10,00 0,10

2

10,00 0,40

10,00 0,50

10,00 0,40

3

10,00 1,27

10,00 1,25

10,00 1,25

4

10,00 2,10

10,00 2,10

10,00 2,20

5

10,00 2,95

10,00 3,00

10,00 3,05

Madre

10,00 4,00

10,00 4,10

10,00 4,00

Valic: Volumen de alícuota de cada solución.

Luego de realizar los cálculos pertinentes, se obtuvieron tanto las concentraciones como el número de moles antes y después del proceso de adsorción para cada una de las disoluciones. Los resultados respectivos se encuentran en las Tablas 3 y 4.

Tabla 3. Valores de concentración de ácido oxálico para cada solución preparada y solución madre antes y después del proceso de adsorción.

Solució

n

Antes

(Ci ± 0,001) mol/L

Después

(Cf ± 0,001) mol/L

1 0,015 0,000

2 0,029 0,011

3 0,058 0,031

4 0,088 0,053

5 0,117 0,075

Madre 0,146 0,101

Ci: Concentración inicialCf: Concentración final

Solución

Antes

(ni ±) moles

Después

(nf ± ) moles

1

2

3

4

5

Madre

CONCLUSIONES

Para la solución de mayor concentración, (0,146 ± 0,001) M, se obtuvo una mayor cantidad de moles adsorbidos por gramo de carbón (0,00216 ± 0,00004), en comparación con la de menor concentración, (0,0146 ± 0,0001) M, donde sólo se obtuvo (0,0006 ± 0,0002) moles, lo que indicó que a mayor concentración es mayor el nivel de actividad de adsorción.

Para la solución de mayor concentración, (0,146 ± 0,001) M, se obtuvo una fracción de superficie de adsorbente recubierta por adsorbato igual a (0,87 ± 0,02), lo que indica que sólo una parte de la superficie externa total fue recubierta, no toda, al no haber suficientes moléculas de adsorbato para completarla, lo cual es una de las consideraciones principales de las que parte el análisis establecido para determinar la expresión final de la isoterma de Langmuir, por lo que se demostró la aplicabilidad de este modelo sobre esta práctica.

La superficie específica que presenta un gramo de carbón vegetal, suponiendo que el área que ocupa una molécula de ácido oxálico es de 21 Å2, fue de 3,13·1022 Å2/g carbón.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Castellan, G. (1998) Fisicoquímica. 2da Edición. Editorial Pearson Educación. México. Pág. 450-455.