Anna Strzelczyk
TCh II
Ćwiczenie 16
Adsorpcja w układzie ciało stałe – ciecz.
Dane wyjściowe.
| Nr kolby | V oranżu [cm3] |
absorbancja (krzywa wzorcowa) |
absorbancja roztworów po adsorpcji |
masa węgla [g] |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 0,812 | 0,05422 | |
| 2 | 50 | 0,589 | 0,059 | |
| 3 | 40 | 0,417 | 0,05834 | |
| 4 | 30 | 1,004 | 0,287 | 0,05449 |
| 5 | 20 | 0,745 | 0,138 | 0,05025 |
| 6 | 15 | 0,554 | 0,066 | 0,05073 |
| 7 | 10 | 0,391 | ||
| 8 | 5 | 0,202 | ||
| 9 | 2 | 0,078 |
Wyznaczenie krzywej wzorcowej Aλ=f(c).
Obliczenie stężeń
Stężenie początkowe roztworu oranżu metylowego wynosi:
cp(C14H14N3NaO3S) = 0,1%, czyli:
stąd:
, wobec czego:
Ze względu na duże rozcieńczenie roztworu można przyjąć, że:
ρ = ρH2O = 1000 [g/dm3]
Objętość kolb jest równa:
Vkolby = 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 kolbki | V oranżu metylowego [cm3] | stężenie c [mol/dm3] |
|---|---|---|
| 1 | 60 | 1,833E-03 |
| 2 | 50 | 1,527E-03 |
| 3 | 40 | 1,222E-03 |
| 4 | 30 | 9,160E-04 |
| 5 | 20 | 6,110E-04 |
| 6 | 15 | 4,583E-04 |
| 7 | 10 | 3,055E-04 |
| 8 | 5 | 1,528E-04 |
| 9 | 2 | 6,110E-05 |
Wyznaczenie równania krzywej wzorcowej Aλ=f(c).
Dane potrzebne do wyznaczenia współczynników równania prostej metodą najmniejszych kwadratów przedstawia tabela:
| Nr kolbki | y =Aλ | x =c [mol/dm3] | xy | x2 |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 1,004 | 0,000916506 | 9,477E-04 | 8,3998E-07 |
| 5 | 0,745 | 0,000611004 | 4,399E-04 | 3,7333E-07 |
| 6 | 0,554 | 0,000458253 | 2,575E-04 | 2,1E-07 |
| 7 | 0,391 | 0,000305502 | 1,170E-04 | 9,3332E-08 |
| 8 | 0,202 | 0,000152751 | 3,101E-05 | 2,3333E-08 |
| 9 | 0,0785 | 6,11004E-05 | 5,132E-06 | 3,7333E-09 |
| Σ | 2,974 | 0,002505117 | 1,798E-03 | 1,5437E-06 |
Współczynniki a i b prostej są równe:
Równanie wzorcowej prostej ma postać:
Aλ = 1108,073·c + 0,035
Obliczenie wartości adsorpcji.
Obliczenie stężeń roztworów po adsorpcji
Stężenia roztworów obliczamy na podstawie równania wyznaczonego w poprzednim punkcie.
Przykładowo dla roztworu nr 1:
| Nr kolbki | absorbancja roztworów po adsorpcji Aλ |
stężenie po adsorpcji c [mol/dm3] |
|---|---|---|
| 1 | 0,812 | 7,08E-04 |
| 2 | 0,589 | 5,03E-04 |
| 3 | 0,417 | 3,45E-04 |
| 4 | 0,287 | 2,226E-04 |
| 5 | 0,138 | 8,94E-05 |
| 6 | 0,066 | 2,34E-05 |
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 Aλ |
masa węgla m [g] |
stężenie cp [mol/dm3] |
stężenie po adsorpcji c [mol/dm3] |
adsorpcja a [mol/kg] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0,812 | 0,05422 | 1,833E-03 | 7,08E-04 | 1,037707 |
| 2 | 0,589 | 0,059 | 1,528E-03 | 5,03E-04 | 0,8681 |
| 3 | 0,417 | 0,05834 | 1,222E-03 | 3,45E-04 | 0,751323 |
| 4 | 0,287 | 0,05449 | 9,165E-04 | 2,226E-04 | 0,63351 |
| 5 | 0,138 | 0,05025 | 6,110E-04 | 8,94E-05 | 0,518991 |
| 6 | 0,066 | 0,05073 | 4,583E-04 | 2,34E-05 | 0,428627 |
Izoterma Langmuira
Wzór Izotermy Langmuira:
am – 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 | x2 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0,963663 | 545,550 | 525,733 | 297632,1 |
| 2 | 1,15194 | 654,660 | 754,1386 | 428590,3 |
| 3 | 1,330986 | 818,325 | 1089,193 | 669672,3 |
| 4 | 1,578506 | 1091,100 | 1722,329 | 1190529 |
| 5 | 1,926817 | 1636,650 | 3153,565 | 2678689 |
| 6 | 2,33303 | 2182,200 | 5091,201 | 4762114 |
| Σ | 9,284944 | 6928,485 | 12336,16 | 10027226 |
Współczynniki równania wyznaczone metodą najmniejszych kwadratów.
A = 0,000797
B = 0,62758
Korzystając z równania izotermy Langmuira w postaci:
,
wyznaczam stałe k oraz am:
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 | x2 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0,016075 | -2,737 | -0,04399 | 7,490 |
| 2 | -0,06143 | -2,816 | 0,172988 | 7,930 |
| 3 | -0,12417 | -2,913 | 0,361709 | 8,485 |
| 4 | -0,19825 | -3,038 | 0,602246 | 9,229 |
| 5 | -0,28484 | -3,214 | 0,915467 | 10,330 |
| 6 | -0,36792 | -3,339 | 1,228449 | 11,148 |
| Σ | -1,02054 | -18,056 | 3,236865 | 54,612 |
Współczynniki równania wyznaczone metodą najmniejszych kwadratów.
A = 0,608498
B = 1,661138
Po zlogarytmowaniu równanie izotermy Freunlicha przybiera postać:
Wyznaczenie stałych n oraz k: