Bartosz Puchalski 8.XII.2004

Ćwiczenie nr 16

Wyznaczanie izotermy adsorpcji Freundlicha

Po odważeniu do pięciu przyciemnianych butelek z korkami po około 1 gramie miału węgla aktywnego sporządziłem pięć roztworów kwasu octowego przez rozcieńczenie wyjściowego roztworu CH₃COOH (C = 0.5 mol/l) w kolbach miarowych o pojemności 100 ml. Po sporządzeniu roztworów miareczkowałem każdy z nich trzykrotnie mianowanym roztworem NaOH (C = 0.1066 mol/l). Roztwory wlałem do ciemnych butelek z odważonym wcześniej węglem. Przez około 30 minut je wytrząsałem na wytrząsarce elektrycznej. Po wytrząsaniu przystąpiłem do sączenia roztworów z węglem aktywnym. Przesącz trzykrotnie zmiareczkowałem NaOH.

1. Obliczenia adsorpcji kwasu octowego z poszczególnych roztworów w przeliczeniu na masę węgla:

;gdzie x - liczba gramów zaadsorbowanego kwasu, m - masa węgla aktywnego [g], V - objętość roztworu [dm³], C₀ - stężenie początkowe CH₃COOH, C - stężenie równowagowe, M - masa molowa kwasu 60.06 [g/mol].

Po pomnożeniu razy m:

Dla pierwszego roztworu:

Analogicznie:

x₂ = 0.0734 g

x₃ = 0.0563 g

x₄ = 0.035 g

x₅ = 0.023 g

Po podzieleniu x/m:

x₁/m₁ = 0.0926 g/g

x₂/m₂ = 0.0686 g/g

x₃/m₃ = 0.0525 g/g

x₄/m₄ = 0.0332 g/g

x₅/m₅ = 0.0216 g/g

2. Obliczanie stałych k i n występujących w równaniu izotermy Freundlicha za pomocą jego zlogarytmowanej postaci:

;gdzie a - równa się ilorazowi x/m.

Po narysowaniu wykresu ln(a) = f[ln(c)] ekstrapolując do log(c) = 0 otrzymujemy zależność ln(a) = ln(k) dla c = 1. Po analizie wykresu popartej wyliczeniami komputerowymi metodą najmniejszych kwadratów wyznaczyłem równanie prostej:

Opierając się na wzorze widzimy, że k = e^-1.6056, n = 1/(0.45309).

Ostatecznie k = 0.2008, n = 2.2071, przedział ufności k wynosi 0.0268, przedział ufności n wynosi 0.1665, średnie odchylenie punktu doświadczalnego od krzywej a = f(c) wynosi 0.0074

3. Obliczanie teoretycznych wartości adsorpcji dla wartości stężeń kwasu octowego w stanie równowagi:

Posługujemy się wzorem:

Przykładowo:

Analogicznie:

x₂/m₂ = 0.0682 g/g

x₃/m₃ = 0.0470 g/g

x₄/m₄ = 0.0343 g/g

x₅/m₅ = 0.0223 g/g

4.Tabela zbiorcza:

nr roztworu	stężenie kwasu [mol/l]		masa węgla [g]	adośw. [g/g]	ln(adośw)	ln(crówn.)	ateoret. [g/g]
		początkowe C0						równowagowe C
1	0.2438	0.2025	1.0693	0.0926	-2.3794	-1.5968	0.0974
2	0.1229	0.0924	1.0706	0.0686	-2.6798	-2.3818	0.0682
3	0.0640	0.0405	1.0730	0.0525	-2.9468	-3.2063	0.0470
4	0.0348	0.0203	1.0549	0.0332	-3.4058	-3.8994	0.0343
5	0.0174	0.0078	1.0685	0.0216	-3.8364	-4.8514	0.0233

Stałe równania Freundlicha:

k = 0.2008 ± 0.0268

n = 2.2071 ± 0.1665

Współczynnik korelacji prostoliniowej r = 0.99358

Odchylenie standardowe wynosi 0.029682

Doświadczenie wykazało, że kwas octowy dobrze się adsorbuje na węglu aktywnym, czego dowodzi znaczna zmiana jego stężenia. Wykres obrazuje dość znaczne podobieństwo krzywej teoretycznej i wyznaczonej eksperymentalnie. Co dowodzi oczywistej poprawności równania Freundlicha. Dokładność obrazuje niskie odchylenie standardowe rzędu 3 %. Ponieważ posługiwałem się nie tylko wydrukiem komputerowym z pakietu obliczeniowego, ale również arkuszem kalkulacyjnym miałem możliwość sprawdzenia obliczeń dla obu typów logarytmowania, dziesiętnego i naturalnego. Oczywiście obie metody okazały się równoważne.

---