Weronika Adamczyk 185765 Agnieszka Bombała 185799

17.10.2011 r. godz.12:15, podgrupa nr 3

Ćwiczenie nr 4

Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności acetonu.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zbadanie procesu adsorpcji barwnika z roztworu, wyznaczenie równania

izotermy Freundlicha oraz wpływu polarności rozpuszczalnika na proces adsorpcji na węglu aktywnym.

Wstęp teoretyczny

Definicje.

Adsorpcja- proces wiązania się cząsteczek, atomów lub jonów na powierzchni lub granicy faz fizycznych, powodujący lokalne zmiany stężenia.

W zależności od rodzaju sił utrzymujących cząsteczki zaadsorbowane na powierzchni ciała stałego adsorpcję dzielimy na:

fizyczna- uwarunkowana siłami oddziaływań międzycząsteczkowych (Van der Waalsa), gdzie cząsteczki adsorbentu nie zmieniają swoich własności;

chemiczna- (chemisorpcja) polega na tworzeniu się silnych wiązań chemicznych między adsorbentem (ciało, na którego powierzchni zachodzi adsorpcja) i adsorbatem (ciało ulegające procesowi adsorpcji).

Widmo absorpcyjne- to zbiór długości fal absorbowanych przez układ. Powstaje podczas przechodzenia promieniowania elektromagnetycznego przez chłonny ośrodek absorbujący promieniowanie o określonych długościach.

Adsorpcja z roztworów- jest komplikowana możliwością dysocjowania adsorbatu, jonizacji grup powierzchniowych oraz tworzenia się elektrycznej warstwy podwójnej na powierzchni adsorbentu, która podwyższa lub obniża adsorpcję. Ma na to wpływ pH roztworu i siła jonowa.

Izoterma adsorpcji- zależność ilości zaadsorbowanej substancji od stężenia lub ciśnienia adsorbatu przy ustalonej temperaturze.

Izoterma Freundlicha:

a= k$\mathbf{c}^{\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{n}}}$

log a= $\frac{\mathbf{1\ }}{\mathbf{n}}$log c+ log k

1. Całkowita zaadsorbowana ilość substancji

k, n- stałe zależne od temperatury, rodzaju adsorbentu i substancji adsorbowanej

3. stężenie molowe roztworu w stanie równowagi, która ustala się po pewnym czasie

WÄ™giel aktywny- substancja skÅ‚adajÄ…ca siÄ™ głównie z wÄ™gla pierwiastkowego w formie bezpostaciowej (sadza) i częściowo w postaci drobnokrystalicznego grafitu. Jest doskonaÅ‚ym adsorbentem, gdyż ma bardzo dużą powierzchniÄ™ w przeliczeniu na jednostkÄ™ masy 500÷ 2500 m²/g. Stosowany np. w medycynie jako Å›rodek pomocny w zatruciach żoÅ‚Ä…dkowych i biegunkach, w przemyÅ›le chemicznym jako katalizator, w technice: do pochÅ‚aniania gazów, w uzdatnianiu wody, jako filtry.

Prawo Lamberta- Beera- opisuje pochłanianie promieniowania elektromagnetycznego przy przechodzeniu przez częściowo absorbujący i rozpraszający ośrodek.

A=log₁₀$\frac{\mathbf{I}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{I}_{\mathbf{1}}}$

A= ε*l*c

A ; absorbancja

$\frac{\mathbf{I}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{I}_{\mathbf{1}}}$ _; stosunek natężenia światła padającego do światła po przejściu przez ciało (kuwetę)

ε ; molowy współczynnik ekstynkcji

l ; droga, jaką pokonuje światło w ciele (szerokość próbki)

c ; stężenie molowe substancji absorbującej w roztworze

opis przebiegu doświadczenia

Do 8 pojemników wlewałyśmy zawartość cylindra o objętości 50 ml, zawierającego odpowiednio :1 ml roztworu błękitu metylenowego o stężeniu początkowym 1mM+ 5 ml acetonu, przy czym w każdym z kolejnych pojemników zwiększałyśmy wartość o 5 ml+ uzupełniałyśmy wodą destylowaną do kreski. Z każdego pojemnika pobierałyśmy 3 ml roztworu do szklanej kuwety( wym. 0,1*0,1 dm) i mierzyłyśmy jego absorbancję ( długość fali wynosiła 664 nm- wyznaczyłyśmy ją wcześniej podczas pomiaru widma błękitu metylenowego) odnosząc wyniki do wcześniej wykonanej referencji – w tym celu do szklanej kuwety wprowadziłyśmy 3 ml przygotowanego wcześniej roztworu, składającego się z 0,5 ml acetonu i 4,5 ml wody destylowanej. Po wykonaniu pomiarów, do każdego pojemnika dodałyśmy 150 mg rozkruszonej tabletki węgla aktywnego ( połowę masy stanowił czysty węgiel aktywny), wymieszałyśmy i powtórnie dokonałyśmy pomiaru absorbancji, po wcześniejszym przefiltrowaniu roztworów.

obliczenia

$c_{0} = \frac{A_{0}}{l*\varepsilon} = \frac{1,085}{0,1*1000}$= 0,001085 [mol/dm3]

Δc₀=$\left| \frac{\partial c}{\partial A_{0}} \right|A_{0}$=$\left| \frac{A_{0}}{l*\varepsilon} \right| = \frac{0,001}{0,1*10000} = 0,000001$[mol/dm3]

$c_{k} = \frac{A_{k}}{l*\varepsilon}$ = $\frac{0,074}{0,1*10000}$=0,00074 [mol/dm3]

Δc₀= Δc_k= 0,000001[mol/dm3]

log a=

logc₀=(-1)*log0,001085=2,96457

a=k*cⁿ=2,4*0,00074^0,8 =0,0075093[$\frac{\text{mol}}{g}$]

a===0,0046[$\frac{\text{mol}}{g}$]

Δa = $\left| \frac{\partial a}{\partial c} \right|c = \left| k*n*c^{n - 1}*c \right| = \left| 2,4*0,8*{0,00074}^{0,8 - 1}*0,000001 \right| = 0,00000812 \approx 0,0000082\ $[$\frac{\text{mol}}{g}$]

Wyznaczanie współczynników n i k:

Log k został wyznaczony z wykresu log a= f(log(c)) (log k to wyraz wolny w równaniu prostej y=0,7424x+0,3651).

Log k= 0,3651 => k=10^0,3651= 2,32≈2, 4

$$n = \frac{\log{a_{2} - loga_{1}}}{\log c_{2} - \log c_{1}} = \frac{3 - 2,5}{3,55 - 2,88} = 0,746 \approx 0,8$$

Wyniki pomiarów

Tabela wyników pomiarów:

Nr próbki	c0	A0	Ak	Ck	Â	log c0	log k
Â	[mol/dm3]	Â	Â	[mol/dm3]	Â	Â	Â
1	0,001085	1,085	0,074	0,00074	3,638272164	2,96457	0,3651
2	0,001135	1,135	0,069	0,00069	3,527682454	2,945004	0,3651
3	0,001162	1,162	0,083	0,00083	3,655018586	2,934794	0,3651
4	0,001150	1,150	0,198	0,00198	3,25703933	2,939302	0,3651
5	0,001160	1,160	0,159	0,00159	3,542572307	2,935542	0,3651
6	0,001095	1,095	0,469	0,00469	2,620386324	2,960586	0,3651
7	0,001139	1,139	0,832	0,00832	2,319909356	2,943476	0,3651
8	0,001076	1,076	0,456	0,00456	2,63400688	2,968188	0,3651

gdzie:

c0 - stężenie barwnika przed adsorpcją [mol/dm3]

ck - stężenie barwnika po adsorpcji [mol/dm3]

m - masa adsorbenta (węgla aktywnego) [g]

A0 - absorbancja roztworu przed dodaniem węgla aktywnego

Ak - absorbancja roztworu po dodaniu węgla aktywnego

Materiały:

Błękit metylenowy (C16H18CIN3S)

Aceton (CH3COCH3 )

węgiel aktywny w postaci tabletek

wykresy

Wykres ilustrujący zlogarytmowaną postać izotermy Freundlicha.

Równanie prostej: y= 0,7424x=0,3651

wnioski

Po dokonaniu analizy pomiarów widzimy, że aceton wpływa na proces adsorpcji błękitu metylenowego na węglu aktywnym- zwiększa adsorpcję barwnika powodując, że jego stężenie w roztworze maleje.

Obliczając całkowitą ilość zaadsorbowanej ilości substancji:

ze wzoru a= ==0,0046[$\frac{\text{mol}}{g}$]

z równania izotermy Freundlicha:

a=2,4*c^0,8

a=k*cⁿ=2,4*0,00074^0,8 =0,0075093[$\frac{\text{mol}}{g}$]

widzimy, że wyniki różnią się od siebie.

Błędy bezwzględne są stosunkowo niewielkie.