Adsorcion de Soluciones Por Medio de Carbon Activado

ADSORCION DE SOLUCIONES POR MEDIO DE CARBON ACTIVADO
Por:
Laura Alejandra Castañeda
Luis Felipe Antía
Brian
Profesor: Leonardo Betancur Castrillón
Materia: laboratorio de fisicoquímica
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE QUÍMICA FARMACÉUTICA
MEDELLÍN, ANTIOQUIA
2015
ADSORCION DE SOLUCIONES POR MEDIO DE CARBON ACTIVADO
Marco teórico
Carbón activado es un término genérico que describe una familia de
adsorbentes carbonáceos altamente cristalinos y una porosidad interna
altamente desarrollada.
Existe una amplia variedad de productos de carbón activado que muestran

diferentes características, dependiendo del material de partida y la técnica de
activación usada en su producción.1
Es un material que se caracteriza por poseer una cantidad muy grande de micro-
poros (poros menores a 1 nanómetro de radio). A causa de su alta micro-
porosidad, un solo gramo de carbón activado puede poseer un área superficial
de 500 m² o más.
El carbón activado se utiliza en la extracción de metales, la purificación de agua

potable (tanto para la potabilización a nivel público como doméstico), en
medicina para casos de intoxicación, en el tratamiento de aguas residuales,
clarificación de jarabe de azúcar, purificación de glicerina, en máscaras antigás,
en filtros de purificación y en controladores de emisiones de automóviles, entre
otros muchos usos.
El carbón activado puede tener un área superficial mayor de 500 m²/g, siendo
fácilmente alcanzables valores de 1000 m²/g. Algunos carbones activados pueden
alcanzar valores superiores a los 2500 m²/g. A modo de comparación, una cancha
de tenis tiene cerca de 260 m².
Bajo un microscopio electrónico, la estructura del carbón activado se muestra con

una gran cantidad de recovecos y de grietas. A niveles más bajos se encuentran
zonas donde hay pequeñas superficies planas tipo grafito, separadas solamente
por algunos nanómetros, formando micro-poros. Estos micro-poros proporcionan
las condiciones para que tenga lugar el proceso de adsorción. La evaluación de la
adsorción se hace generalmente mediante nitrógeno gaseoso a 77 K bajo alto
vacío.
El carbón activo saturado se puede regenerar mediante la aplicación de calor. Los

aero-geles de carbón, que son más costosos, tienen superficies efectivas muy
altas y encuentran uso similar al carbón activado en aplicaciones especiales.
Sus principales características son:

Área superficial
Es la extensión de la superficie de los poros desarrollada dentro de la matriz del

carbón activado. Se mide usando nitrógeno (N 2). Es el indicador primario del nivel
de actividad, asumiendo que a mayor área superficial, mayor número de puntos de
adsorción disponibles.
Radios porales
La determinación de la distribución de los tamaños de los poros es una forma

extremadamente útil de conocer el comportamiento del material. La IUPAC define
la distribución de radios porales de la siguiente forma:
Micro-poros r < 1 nm
Meso-poros r ≈ 1-25 nm
Macro-poros r > 25 nm
Los macro-poros son la vía de entrada al carbón activado, los meso-poros realizan
el transporte, y los micro-poros la adsorción.
Tablas de datos
Molaridad del NaOH 0.1016M
Temperatura del laboratorio: 26°C
Volumen de NaOH gastado en la titulación de 3mL de CH 3COOH 29 mL
Concentración real del CH3COOH 0.9821M
CH3COOH inicial 0.5000

0.2500 0.1250 0.0625 0.0312 0.0156
nominal
CH3COOH inicial 0.491
0.245 0.122 0.0613 0.0307 0.0153
real
Masa de carbón 0.9304
0.9286 0.9884 0.9843 1.0106 0.9918
activado (g)
Alícuota para 5
10 15 20 25 50
titular (ml)
Vol NaOH (mL) 23.8 23.4 16.5 10.3 5.9 5
[CH3COOH]equil 0.483 0.237 0.111 0.052 0.023 0.010
Cálculos y resultados
1. Con la concentración inicial real, C o y la concentración final de
equilibrio, calcular la cantidad, en gramos, de ácido acético adsorbido
referidos a los 100 ml de solución.
mol g
( C . inicial real−C . Final de equilibrio ) . 60 .0 .1 L
L mol
2. Conocidos x, m, elaborar el siguiente cuadro.
CH3COOH
inicial nominal 0.5000 0.2500 0.1250 0.0625 0.0312 0.0156
CH3COOH
inicial real 0.491 0.245 0.122 0.0613 0.0307 0.0153
Masa de
carbón 0.9304 0.9286 0.9884 0.9843 1.0106 0.9918
activado (g)
Alícuota para
titular (ml) 5 10 15 20 25 50
Vol NaOH
(mL) 23.8 23.4 16.5 10.3 5.9 5
[CH3COOH]equil
0.483 0.237 0.111 0.052 0.023 0.010
x = masa de
ácido 0.048 0.048 0.066 0.0558 0.0462 0.0318
absorbido (g)
x/m = macido /
0.0515 0.0516 0.0667 0.0566 0.0457 0.0320
mcarbón
log (x/m) -1.2881 -1.2873 -1.1758 -1.2471 -1.3400 -1.4948
log Ceq -0.316 -0.625 -0.954 -1.283 -1.638 -2
Ceq / (x/m) 9.378 4.593 1.639 0.918 0.5032 0.312
Para Hallar Xo
X o  Co * VO * m
Dónde:
Xo = Masa de ácido acético inicial

Co = Concentración inicial real de ácido acético
Vo = Volumen de la solución = 100ml
m = Masa molar de ácido acético = 60g/mol
Para Hallar Xeq
X eq  Ceq * VO * m
Dónde:
Xeq = Masa de ácido acético final

Ceq = Concentración final de ácido acético
Vo = Volumen de la solución = 100ml
m = Masa molar de ácido acético = 60g/mol
Para Hallar X
X  X O  X eq
Dónde:
Xo = Masa de ácido acético inicial

Xeq = Masa de ácido acético final
X = Masa de ácido acético ADSORBIDO
mol g
( C . inicial real−C . Final de equilibrio ) . 60 .0 .1 L
L mol
Para Hallar X/m
X m ácido acético adsorbido

=
m m carbónpesado
 X
log 
Gráfico de  m  vs C
eq
0.6
0.5
0.4
0.3
Linear ()
0.2
f(x) = 3.06 x
R² = 0.48
0.1
0
0.03 0.04 0.04 0.05 0.05 0.06 0.06 0.07 0.07
Cea
 X
 
 m
Gráfico de vs Ceq
10
9 f(x) = 19.07 x − 0.05
R² = 1
8
7
6
5
Ceq/(x/m) vs Ceq
4 Linear ()
3
2
1
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
De las gráficas anteriores vemos que la de mayor aspecto lineal fue la gráfica de
 X
log 
 m  vs log C y su ecuación de la recta viene dada por: Y= 19,072x - 0,0529
eq
R² = 0,9961
Análisis de resultados
En la práctica pudimos observar que a una mayor concentración del ácido en la
solución, había una adsorción mayor. Al tener una mayor concentración, la
solución tendrá un mayor número de partículas en suspensión, esto facilita al
carbón activado realizar su trabajo. En este caso le será más fácil adsorber más
moléculas de soluto, pues la probabilidad de contacto con ellas será mayor.
Cea
 X  X
log   
 m
 m  vs log C y
Pero por los resultados arrojados por las gráficas de eq vs
Ceq se recomienda realizar nuevamente la práctica para asegurar la calidad de los
resultados obtenidos experimentalmente, sin embargo se puede considerar la
experiencia en el laboratorio satisfactoria para los análisis realizados.
El tipo de adsorción que presenta el ácido acético sobre el carbón activado, es de

tipo física. Esto pudimos verlo gracias a que no hubo cambios visibles, ni en la
solución, ni en el adsorbente, un cambio de coloración, turbidez, etc. podría
habernos indicado la presencia de una adsorción química.
La cantidad de ácido acético que quedaba sin adsorberse en la solución, la

determinamos por medio de titulaciones con NaOH, las cuales se les realizaron a
cada una de las soluciones. Con esto obtuvimos la concentración final, con ésta
hallamos los gramos de ácido adsorbido, teniendo en cuenta que la concentración
inicial menos la final, era la concentración adsorbida.
Preguntas y respuestas
1. ¿Cuáles son los postulados teóricos de Langmuir sobre la adsorción de un
adsorbato en la superficie de un adsorbente?
Los gases al ser adsorbidos por la superficie del sólido forman únicamente una
capa de espesor mono-molecular. El proceso de adsorción consta de dos
acciones opuestas, una de condensación de las moléculas de la fase de gas sobre
la superficie, y una evaporación de las situadas en la superficie hacia el gas.
Cuando principia la adsorción, cada molécula que colisiona con la superficie
puede considerarse en ella, pero al proseguir esta acción, cabe esperar que
resulten adsorbidas aquellas moléculas que inciden en laguna parte de la
superficie no cubierta todavía.
El resultado es que la velocidad inicial de condensación de las moléculas sobre la
superficie es más elevada y decae conforme disminuye la superficie libre
disponible. Una molécula adsorbida en la superficie, es capaz de liberarse por la
agitación térmica escapándose hacia el gas. La velocidad de liberación
dependerá a su vez de la superficie cubierta aumentando hasta la saturación.
Estas dos velocidades, condensación y desorción alcanzan un momento en que
se hacen iguales y entonces se establece el equilibrio.
2. Explicar tres usos prácticos de la adsorción de un soluto líquido o gaseoso

sobre un adsorbente.
 La adsorción de gases sobre sólidos se emplea en el laboratorio para

preservar el vacío entre las paredes de las vasijas de Dewar diseñadas para
almacenar aire o hidrógeno líquidos. El carbón activado, al colocarse en las
paredes, tiende adsorber todos los gases que aparecen como consecuencia
de las imperfecciones del vidrio o por difusión a través del vidrio.
 Todas las máscaras antigás son simplemente artefactos que contienen un

adsorbente o conjunto de ellos que eliminan, por preferencia, los gases
venenosos purificando así el aire de respiración.
 Los agentes activos superficiales hallan una extensa aplicación en los

detergentes, pinturas, lubricación.
3. Establecer las diferencias entre adsorción física y adsorción química, con

base en los siguientes parámetros en la adsorción de un gas (adsorbato)
sobre un sólido (adsorbente):
Parámetro Adsorción química Adsorción Física

Adsorbente Depende de sus enlaces Depende de sus
propiedades
Adsorbato Gas licuable Gas licuable
Tipo de enlace Iónico-covalente Van der Waals
Cambio de entalpía Mayor Menor
Cubrimiento Mayor Menor
Reversibilidad Irreversible Reversible
4. ¿Qué tipo de adsorción se presenta en esta experiencia? Explicar.
A pesar de la imprecisión de las gráficas, el que se haya trabajado a

temperaturas relativamente bajas en el laboratorio en el momento de la
práctica, hace pensar que la adsorción fue física de tipo Freundlich,
puesto que la gráfica más recta fue la que representa esta ecuación.
Bibliografía
 http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n_activado
 RINCÓN, Fabio. Fundamentos de Fisicoquímica. Universidad de Antioquia.
Codigo 031007.
 quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/adsorcion

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Existe una amplia variedad de productos de carbón activado que muestran

El carbón activado se utiliza en la extracción de metales, la purificación de agua

Bajo un microscopio electrónico, la estructura del carbón activado se muestra con

El carbón activo saturado se puede regenerar mediante la aplicación de calor. Los

Sus principales características son:

Es la extensión de la superficie de los poros desarrollada dentro de la matriz del

La determinación de la distribución de los tamaños de los poros es una forma

Temperatura del laboratorio: 26°C

Volumen de NaOH gastado en la titulación de 3mL de CH 3COOH 29 mL

Concentración real del CH3COOH 0.9821M

CH3COOH inicial 0.5000

2. Conocidos x, m, elaborar el siguiente cuadro.

Xo = Masa de ácido acético inicial

Para Hallar Xeq

Xeq = Masa de ácido acético final

Xo = Masa de ácido acético inicial

Para Hallar X/m

X m ácido acético adsorbido

El tipo de adsorción que presenta el ácido acético sobre el carbón activado, es de

La cantidad de ácido acético que quedaba sin adsorberse en la solución, la

2. Explicar tres usos prácticos de la adsorción de un soluto líquido o gaseoso

 La adsorción de gases sobre sólidos se emplea en el laboratorio para

 Todas las máscaras antigás son simplemente artefactos que contienen un

 Los agentes activos superficiales hallan una extensa aplicación en los

3. Establecer las diferencias entre adsorción física y adsorción química, con

Parámetro Adsorción química Adsorción Física

4. ¿Qué tipo de adsorción se presenta en esta experiencia? Explicar.

A pesar de la imprecisión de las gráficas, el que se haya trabajado a

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