Fi sico química experimental-Adsorção

1. CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
RELATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL:
ADSORÇÃO
IFRJ – CAMPUS DUQUE DE CAXIAS
2º SEMESTRE/2012

2. 1. Introdução
O fenômeno da adsorção é conhecido desde o século XVIII, quando se
observou que certa espécie de carvão retinha em seus poros grandes
quantidades de vapor d água, o qual era liberado quando submetido ao
aquecimento. Atualmente, a adsorção é aplicada em processos de purificação
e separação, apresentando-se como uma alternativa importante e
economicamente viável em muitos casos. Adsorção é o termo utilizado para
descrever o fenômeno no qual moléculas que estão presentes em um fluido,
líquido ou gasoso, concentram-se espontaneamente sobre uma superfície
sólida. Geralmente, a adsorção parece ocorrer como um resultado de forças
não balanceadas na superfície do sólido e que atraem as moléculas de um
fluido em contato por um tempo finito. É um dos fenômenos de transporte e a
transferência de massa se dá quando existe uma superfície de contato entre
um sólido e um gás ou um líquido e a concentração de determinado
componente deste gás ou deste líquido é maior nesta superfície do que no
interior do gás ou do líquido. Desta forma, a adsorção está intimamente ligada
à tensão superficial das soluções e a intensidade deste fenômeno depende da
temperatura, da natureza e a concentração da substância adsorvida (o
adsorbato), da natureza e estado de agregação do adsorvente (o sólido
finamente dividido) e do fluido em contato com o adsorvente (o adsortivo).
Quando um sistema é constituído por duas fases, uma condensada e
outra líquida ou em solução e as duas estiverem em contato, geralmente há um
aumento ou diminuição da concentração do soluto na interface. Este fenômeno
é denominado adsorção. Há dois tipos principais de adsorção sobre sólidos:
adsorção química e adsorção física. Na adsorção física as moléculas fixam-se
na superfície do adsorvente utilizando as forças de van der Waals podendo
formar várias camadas, enquanto que na adsorção química há uma reação
química entre as moléculas da fase condensada e as da solução através das
valências livres dessas moléculas. Para se construir uma isoterma de adsorção
coloca-se em contato a solução contendo o componente a ser adsorvido em
diferentes concentrações iniciais e em temperatura constante até o equilíbrio,
determinando-se assim a quantidade de material adsorvido. No processo de
adsorção, o pH, a temperatura e o tipo de material adsorvente são parâmetros

3. que influenciam na forma da isoterma. O comportamento gráfico das isotermas
pode apresentar-se de várias formas, fornecendo informações importantes
sobre o modelo matemático que o representa. Os modelos de isoterma de
Langmuir e de Freundlich são os mais comumente utilizados na literatura.
O modelo de isoterma de Langmuir assume que todas as forças que
atuam na adsorção são similares em natureza àquelas que envolvem uma
reação química e que a sorção se resume em uma única camada de moléculas
da substância sobre a superfície das partículas sólidas. A expressão linear de
Langmuir é:
Ce/qe = 1/Qo.b + Ce/Qo
sendo Ce a concentração do metal no equilíbrio (mg.L-1
), qe a quantidade
adsorvida (mg.g-1
), Qo (mg.g-1
) e b (L.mg-1
) constantes relacionadas com a
capacidade de adsorção máxima e energia de adsorção, respectivamente.
O gráfico linear Ce/qe versus Ce confirma a validade do modelo de
Langmuir para o processo. A equação de reta obtida apresenta coeficiente
angular correspondente a 1/Q0 e coeficiente linear correspondente a 1/Q0b. A
característica essencial da isoterma pode ser expressa pela constante
adimensional chamada parâmetro de equilíbrio, a qual é definida por:
RL= 1/1+ bCe
sendo Ce a concentração inicial do surfactante mais alta em (mg.L-1
) e b a
constante de Langmuir. O valor de RL entre 0 e 1 indica adsorção favorável.
O modelo de isoterma de Freundlich considera que a adsorção ocorre
em multicamadas e é útil para descrever a adsorção em superfícies altamente
heterogêneas. A forma linear da Equação de Freundlich é dada pela equação:
log qe = log Kf + 1/n log Ce
sendo Kf (mg.g-1
) e n constantes relacionadas com a capacidade de adsorção.
Os valores de Kf e n podem ser obtidos pela intersecção e inclinação do gráfico
linear de log qe versus log Ce. O valor de n entre 2 e 10 indica adsorção
favorável.

4. 2. Objetivo
A prática realizada teve como principal objetivo estudar a adsorção do
ácido acético sobre o carvão vegetal, no intuito de traçar o gráfico das
isotermas de Freundlich e Langmuir e determinar o valor das constantes de
adsorção.
3. Materiais e Métodos
a. Materiais
• 6 erlenmeyers
• Pipetas de 5mL
• 2 buretas
• 2 balões volumétricos
• Placa de agitação com temperatura controlada
b. Reagentes
• Solução de ácido acético 0,1M
• Solução de hidróxido de sódio 0,1M
• Carvão ativo
c. Procedimento Experimental
Preparou-se uma solução de ácido acético 1 M. Essa solução foi diluída
em seis balões de 100 mL originando, novas concentrações variando de 0,2M
à 0,04M conforme descreve a tabela a seguir:
Amostra 1 2 3 4 5 6
Ácido acético 1M (mL) 20 16 12 8 6 4
Concentração (M) 0,2 0,16 0,12 0,08 0,06 0,04

5. Pesou-se 1,23 g de carvão ativado no erlenmeyer, em seguida transferiu-
se a solução de acido acético (0,2 M). Em seguida colocou-se sob agitação por
aproximados 5 minutos e centrifugou-se. Retirou-se um alíquota de 5 mL do
sobrenadante, adicionou-se a um bécher colocando-se mais 45 mL de água
destilada e titulou-se com hidróxido de sódio 1 M, previamente preparado,
utilizando como indicador a fenolftaleína (2 gotas). O mesmo procedimento foi
realizado com as amostras 2, 3, 4, 5 e 6. Os valores encontrados foram
anotados.
4. Resultados e Discussões
Abaixo segue os dados obtidos na titulação com NaOH, que permitiu
encontrar a massa de ácido acético (X) adsorvida no carvão vegetal.
Amostra [HAc]i
Mi HAc
(mg)
VNaOH 0.1M
(mL)
[HAc]f
Mf HAc
(mg)
Concentração no
equilíbrio Ce
(mg/L)
Mi – Mf
X (mg)
1 0.2 1201.0 0.90 0.0018 108.09 1080.9 1092.910
2 0.16 960.8 0.90 0.0018 108.09 1080.9 852.710
3 0.12 720.6 0.50 0.0010 60.05 600.5 660.550
4 0.08 480.4 0.60 0.0012 72.06 720.6 408.340
5 0.06 360.3 0.40 0.0008 48.04 480.4 312.260
6 0.04 240.2 0.35 0.0007 42.035 420.4 198.165
Após obtenção da massa adsorvida foi possível calcular o logaritmo da
razão entre a massa adsorvida (X) e a massa de carvão (m) e o logaritmo da
concentração em equilíbrio de ácido acético.
Amostra X (mg) m (g) X/m log (X/m) log Ce
1 1092.910 1.23 888.54 2.948679288 3.033785517
2 852.710 1.23 693.26 2.840896245 3.033785517
3 660.550 1.23 537.03 2.730000585 2.778513012
4 408.340 1.23 331.98 2.521116813 2.857694258
5 312.260 1.23 253.87 2.404611244 2.681602999
6 198.165 1.23 161.11 2.20712184 2.623611052

6. A fim de se plotar a isoterma de Freundlich, utilizou-se os logaritmos
calculados na tabela acima.
Gráfico 1 – Isoterma de Freundlich
Utilizando o coeficiente angular obtido por meio da isoterma podem-se
calcular os valores das constantes. No modelo de Freundlich, K é a constante
de Freundlich, que representa a capacidade de adsorção e n é uma constante
que descreve a intensidade de adsorção (adimensional), adsorvente/adsorvato.
Com base na equação:
Calculou-se as constantes de Freundlich (n e K) e como o coeficiente angular é
igual a (1/n), tem-se, n = 1/a, n = 0,683 e b = log K , K = 0,0286 mg/g.
A isoterma de Langmuir pode ser validada plotando o gráfico linear Ce/
(X/m) versus Ce, onde a equação de reta obtida apresenta coeficiente angular
correspondente a 1/Qo e coeficiente linear correspondente a 1/Qob.
Concentração no Ce/(X/m)

7. equilíbrio Ce (mg/L)
1080.9 1.216483516
1080.9 1.55915493
600.5 1.118181818
720.6 2.170588235
480.4 1.892307692
420.4 2.609090909
Gráfico 2 – Isoterma de Langmuir
Como 1/Qo = - 0,0011 e 1/Qob = 2,5897, tem-se: Qo sendo a capacidade
de adsorção máxima de acido acético no carvão ativado e b a energia de
adsorção, no entanto os valores obtidos na equação da reta não nos permite
efetuar o cálculo das constantes.
Caso os valores acima tivessem sido calculados seria possível calcular RL
para saber se a isoterma de Langmuir indica adsorção favorável. Calculando-
se o valor de n pela isoterma de Freundlich tem-se que valores entre 2 e 10
indica adsorção favorável, dessa forma tem-se que a isoterma de Freundlich
não é favorável. Já pelos dados obtidos dos coeficientes de correlação das
retas de adsorção, ou seja, da regressão linear da curva que foram: pela
Isoterma de Langmuir = 0,3276 e pela isoterma de Freundlich = 0,8202, tem-se
que o modelo de isoterma de Freundlich é mais adequado para escrever os
dados de adsorção, indicando que a adsorção do acido acético no carvão ativo
ocorre em multicamadas.

8. Com base nos valores experimentais e nos gráficos de isotermas de
adsorção, verifica-se que a capacidade de adsorção do carvão ativado
aumenta com o aumento das concentrações do ácido acético em solução,
entretanto, de modo geral o aumento não é proporcional devido a saturação do
adsorvente.
5. Conclusão
O experimento proporcionou verificar a influência da concentração no
processo de adsorção sobre o carvão ativado por meio de isotermas de
adsorção, no entanto, acredita-se que os valores obtidos de n e K não
correspondam à realidade e que os valores de Qo e b não possam ter sido
calculados, devido a erros de procedimento, tal como: o tempo necessário para
que ocorresse a adsorção, esse parâmetro não foi respeitado em virtude do
tempo de realização da prática.
Além da concentração, outros parâmetros influem o processo de
adsorção, tais como: o pH, a temperatura e, principalmente, o tipo de
adsorvente alterando a forma da isoterma.
6. Referência Bibliográfica
ALCÂNTARA M.A.K.; CAMARGO, O.A. Isotermas de adsorção de Freundlich
para o crômio (III) em latossolos. Scientia Agricola. vol.58 no.3 Piracicaba
July/Sept. 2001
ATKINS, P.; PAULA, J. Físico-Química. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008
TAGLIAFERRO, G.V. et al. Adsorção de chumbo, cádmio e prata em óxido de
nióbio (V) hidratado preparado pelo método da precipitação em solução
homogênea. Química Nova, Vol. 34, No. 1, 101-105, 2011.