SPRAWOZDANIE

Temat: Badanie adsorpcji w układzie ciało stałe – ciecz (II).

1. Opis przebiegu ćwiczenia

Celem ćwiczenia było badanie adsorpcji oranżu metylowego z roztworu wodnego na węglu aktywnym. Aby zebrać potrzebne dane sporządziliśmy 13 roztworów zawierających różne objętości 0,1% oranżu metylowego oraz po 1cm³ buforu ftalanowego w każdej próbce. Następnie tak przygotowane roztwory znajdujące się w kolbach miarowych dopełniliśmy wodą do kreski (objętość kolby V=100 cm³). Po czym odważyliśmy na wadze analitycznej 8 próbek węgla aktywnego każdy po ok. 0,05 gram.

Do wyznaczenia krzywej wzorcowej zbadaliśmy absorbancje próbek 7-12 odnośnie próbki 13. Z kolbek miarowych 1- 8 pobraliśmy po 50 cm³ roztworu, do większych kolb stożkowych a następnie dodaliśmy do nich węgiel aktywny, energicznie mieszaliśmy przez ok. 10 minut, po czym zbadaliśmy ich absorbancje. Zebrane wyniki przedstawia tabela:

Nr kolby	Voranżu	absorbancja (krzywa wzorcowa)	absorbancja roztworów po adsorpcji	masa węgla [g]
1	60		0,961	0,0501
2	55		0,825	0,0538
3	50		0,678	0,0554
4	45		0,608	0,0515
5	40		0,506	0,0562
6	30		0,276	0,0550
7	20	0,865	0,118	0,0555
8	15	0,654	0,051	0,0588
9	12,5	0,535
10	10	0,428
11	5	0,196
12	2	0,07
13	0	0

2. Wyznaczenie krzywej wzorcowej

A. Stężenie początkowe roztworu oranżu metylowego wynosi:

c_{PC14H14N3NaO3S} = 0,1%, czyli:

, stąd:

, wobec czego:

Ze względu na duże rozcieńczenie roztworu można przyjąć, że:

= _H2O = 1000 [g/dm³]

Objętość kolb jest równa:

V_kolby = 100 [cm³]

Masa molowa oranżu metylowego:

M_{C14H14N3NaO3S} = 327,33 [g/mol]

Przykładowo dla kolby nr 4:

Wyniki obliczeń dla wszystkich roztworów przedstawia tabela:

Nr kolby	Voranżu [cm^3]	stężenie [mol/dm^3]
1	60	0,00183301
2	55	0,00168026
3	50	0,00152751
4	45	0,00137476
5	40	0,00122201
6	30	0,00091651
7	20	0,00061100
8	15	0,00045825
9	12,5	0,00038188
10	10	0,00030550
11	5	0,00015275
12	2	0,00006110
13	0	0,00000000

B. Wyznaczenie równania krzywej wzorcowej A_= f(c).

Dane potrzebne do wyznaczenia współczynników równania prostej metodą najmniejszych kwadratów przedstawia tabela:

Nr kolby	x = c[mol/dm^3]	y = A	x·y	x^2
7	0,00061100	0,865	0,00052852	0,0000003733
8	0,00045825	0,654	0,00029970	0,0000002100
9	0,00038188	0,535	0,00020430	0,0000001458
10	0,00030550	0,428	0,00013075	0,0000000933
11	0,00015275	0,196	0,00002994	0,0000000233
12	0,00006110	0,07	0,00000428	0,0000000037
Σ	0,00197049	2,748	0,00119749	0,0000008496

Współczynniki a i b prostej są równe:

Równanie wzorcowej prostej ma postać:

A_ = 1457,458 c - 0,0207

3. Obliczenie wartości adsorpcji

A. Obliczenie stężeń roztworów po adsorpcji

Stężenia roztworów obliczamy na podstawie równania wyznaczonego w poprzednim punkcie.

Przykładowo dla roztworu nr 1:

Nr kolby	absorbancja roztworów po adsorpcji A	stężenie po adsorpcji c [mol/dm^3]
1	0,961	0,000673536
3	0,678	0,000480049
5	0,506	0,000361349
6	0,276	0,00020354
7	0,118	9,51319E-05
8	0,051	4,91614E-05

B. Obliczenie wartości adsorpcji

, gdzie:

c- masa adsorbentu,

c₀, c stężenia molowe roztworu oranżu przed i po adsorpcji,

V – objętość roztworu oranżu metylowego o stężeniu c₀ zmieszana z adsorbentem o masie m.

Objętość V = 50 cm³ = 0,05 dm³

Przykładowo dla pierwszego roztworu:

Nr kolby	absorbancja roztworów po adsorpcji A	masa węgla m [g]	stężenie c0 [mol/dm^3]	stężenie po adsorpcji c [mol/dm^3]	adsorpcja a [mol/kg]
1	0,961	0,0501	0,00183301	0,000673536	1,157162
3	0,678	0,0554	0,00152751	0,000480049	0,945363
5	0,506	0,0562	0,00122201	0,000361349	0,765711
6	0,276	0,0550	0,00091651	0,00020354	0,648151
7	0,118	0,0555	0,00061100	9,51319E-05	0,464750
8	0,051	0,0588	0,00045825	4,91614E-05	0,347867

4. Izoterma Langmuira

Wzór Izotermy Langmuira:

a_m – ilość moli substancji potrzebna do pokrycia powierzchni 1 kg adsorbentu warstwą jednocząsteczkową

k – stała charakterystyczna dla danego układu i temperatury

Dane potrzebne do wykreślenia zależności 1/a = f(1/c):

Numer kolbki	y = 1/a	x = 1/c	xy	x^2
1	0,8642	545,5500	471,45514	297624,8025
3	1,0578	654,6600	692,496135	428579,7156
5	1,3060	818,3250	1068,71211	669655,8056
6	1,5428	1091,1000	1683,40313	1190499,2100
7	2,1517	1636,6500	3521,57205	2678623,2225
8	2,8747	2182,2000	6273,08532	4761996,8400
Σ	9,7972	6928,4850	13710,7239	10026979,5962

Współczynniki równania wyznaczone metodą najmniejszych kwadratów.

A = 0,00118 oraz B = 0,2666

Korzystając z równania izotermy Langmuira w postaci:

,

można wyznaczyć k oraz a_m:

a=7,7509 mol/kg oraz k= 225,3319 dm³/mol

5. Izoterma Freundlicha

Wzór izotermy Freundlicha:

x – liczba moli substancji zaadsorbowanej [mol]

m – masa adsorbentu [kg]

c – stężenie molowe roztworu w stanie równowagi adsorpcyjnej [mol/dm³]

Dane potrzebne do wykreślenia zależności log(x/m) = (log c):

Nr kolbki	y =loga	x =log c	xy	x^2
1	0,0633942	-2,7368346	-0,173499396	7,490263409
3	-0,0244015	-2,8160158	0,068715143	7,929945021
5	-0,1159349	-2,9129258	0,337709792	8,485136828
6	-0,1883236	-3,0378646	0,572101512	9,228621059
7	-0,3327808	-3,2139558	1,069542669	10,32951198
8	-0,4585866	-3,3388946	1,531172443	11,14821683
Σ	-1,0566333	-18,056491	3,405742164	54,61169512

Współczynniki równania wyznaczone metodą najmniejszych kwadratów.

A = 0,829832 oraz B = 2,321203

Po logarytmowaniu równanie izotermy Freunlicha przybiera postać:

Wyznaczenie stałych n oraz k:

k=209,5092 mol/kg oraz n=1,205063 mol²/dm³ kg