Nr i tytuł ćwiczenia: 4-1 Adsorpcja kwasu octowego na węglu aktywowanym
Imię i nazwisko osoby prowadzącej ćwiczenia: dr inz. B. Parczewska-Plesner
Data wykonania ćwiczenia
26.03.2010
Uwagi prowadzącego:

1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie z metodą oznaczania adsorpcji z roztworów oraz ze sposobami wyznaczania współczynników adsorpcji k i n w równaniu izotermy Freundlicha w roztworach rozcieńczonych.

1. Wstęp teoretyczny:

Adsorpcja jest to proces wiązania się cząsteczek, atomów lub jonów na granicy faz fizycznych, powodujący zmiany stężenia. Absorpcja jest to zaś zjawisko przenikania jednej substancji w głąb drugiej.

Procesy adsorpcji możemy podzielić na dwie kategorie:

• adsorpcje fizyczną. zjawisko lub proces adsorpcji na skutek działania sił oddziaływania międzycząsteczkowego - sił van der Waalsa

Jej cechami są:

• Energia oddana do otoczenia wynosi max. 80kJ/mol

• Adsorpcja jest wielowarstwowa

• Proces nie jest związany z energią aktywacji

• Wielkość adsorpcji zależy od rodzaju adsorbatu a nie adsorbenta

• Zachodzi w temp. niższej niż temp. wrzenia adsorbenta

• adsorpcje chemiczną, która polega na tworzeniu się silnych wiązań chemicznych między adsorbentem i adsorbatem

Jej cechy to:

• Ilość energii oddana do otoczenia wynosi od 40 do 400 kJ/mol

• Adsorpcja jest jednowarstwowa

• Proces jest związany z energią aktywacji

• Wielkość adsorpcji jest charakterystyczna zarówno dla adsorbatu jak i adsorbenta

• Może zachodzić w wysokich temperaturach

Izoterma adsorpcji jest to ilości zaadsorbowanej substancji i stężenia lub ciśnienia adsorbatu przy ustalonej temperaturze.

Do opisu adsorpcji z rozcieńczonych roztworów dwuskładnikowych stosuje się równanie izotermy Freundlicha postaci:

a=kc_rⁿ

a-adsorpcja rzeczywista

c_r- stężenie końcowe adsorbatu w roztworze

k, n- współczynniki zależne od rodzaju adsorbentu i adsorbatu

Do wyznaczania współczynników k oraz n stosuje się następujące metody:

• analityczna: polega na przeprowadzeniu równania a=kc_rⁿ do postaci logarytmicznej: loga=logk+nlogc_r

a następnie rozwiązaniu układu równań:

log a₁=log k+ n logcr₁

log a₂=log k+ n logcr₂

• graficzna: polega na sporządzeniu wykresu zależności log a=f (log c_r) dla 6 pomiarów wartości adsorpcji dla różnych stężeń adsorbantu. Punkt przecięcia prostej z osią y odpowiada wartości log k, natomiast współczynnik kierunkowy prostej równy tangensowi kąta nachylenia prostej do osi x-wartość współczynnika n.

a= V(c₀-c_r)/m + V_wc_r

a-adsorpcja rzeczywista

c₀-stęzenie początkowe adsorbatu w roztworze

Cr-stężenie końcowe adsorbatu

m-masa adsorbentu

V-objętość roztworu

V_w-objętość właściwa warstwy powierzchniowej adsorbentu(iloczyn powierzchni właściwej adsorbentu i grubości tej warstwy)

1. Wykonanie ćwiczenia:

• na stanowisku pracy mamy przygotowanych 6 roztworów kwasu octowego o następujących stężeniach: 0,02; 0,04; 0,08; 0,14; 0,22; 0,33 mol/dm³ znajdujących się w sześciu ponumerowanych kolbach

• z wyżej wymienionych kolb roztworów kwasu octowego pobieramy biuretą odpowiednio: z 1 i 2-40 cm³; z 3-25cm³; z 4-20cm³; z 5-10cm³; z 6-5cm³ roztworów i wlewamy do sześciu kolb stożkowych

• wyznaczamy dokładne stężenia pobranych roztworów poprzez miareczkowanie 0,1003mol/dm³ roztworem NaOH wobec fenoloftaleiny(do momentu pojawienia się jasnoróżowej barwy)

• obliczamy stężenia każdego z sześciu przygotowanych roztworów

• odważamy w łódeczce na wadze technicznej po 1 g węgla aktywowanego i przenosimy do sześciu ponumerowanych czystych butelek, do których następnie wlewamy po 100cm3 przygotowanych roztworów kwasu octowego o określonych wcześniej stężeniach

• butelki umieszczamy w wytrząsarce mechanicznej i wytrząsamy przez ok. 20min.

• zawartość butelek przesączamy za pomoca sączka do czystych ponumerowanych kolb stożkowych

• z otrzymanych przesączów pobieramy do miareczkowania analogiczne objętości jak przed adsorpcją i miareczkujemy roztworem NaOH wobec fenoloftaleiny

• wyniki miareczkowań zestawiamy w tabeli

• obliczamy molowe stężenie powierzchniowe a kwasu octowego

• sporządzamy wykres zależności log a=f (log c_r)

• wyznaczamy wartość n oraz k metodą analityczną i graficzną

1. Obliczenia:

Stężenie kwasu octowego przed adsorpcją (mol/dm³) :

1 roztwór: Cm=0,1003$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$*9,4cm³/40cm³=0,02357$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$

2roztwór: Cm=0,1003*17,2/40=0,04313

3roztwór: Cm=0,1003*19,5/25=0,07823

4roztwór: Cm=0,1003*28,0/20=0,14042

5roztwór: Cm=0,1003*22,5/10=0,2257

6roztwór: Cm=0,1003*16,0/5=0,32096

Po adsorpcji:

1roztwór: Cm=0,1003*6,5/40=0,01630

2roztwór: Cm=0,1003*13,0/40=0,03260

3roztwór:Cm=0,1003*16,2/25=0,06499

4roztwór:Cm=0,1003*24,5/20=0,1229

5roztwór:Cm=0,1003*20,0/10=0,2006

6roztwór:Cm=0,1003*15,2/5=0,3049

Molowe stężenie powierzchniowe - a (mol/g):

1roztwór: a=0,01dm³(0,02357$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$-0,01630$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$)/1g=0,0000727$\frac{\text{mol}}{g}$

2roztwór: a=0,01(0,04313-0,03260)/1=0,000107

3roztwór:a=0,01(0,07823-0,06499)/1=0,0001324

4roztwór:a=0,01(0,14042-0,1229)/1=0,0002343

5roztwór:a=0,01(0,2257-0,2006)/1=0,000251

6roztwór:a=0,01(0,32096-0,3049)/1=0,00160

Wyznaczanie współczynnika k oraz n metodą graficzną:	Wyznaczanie współczynnika k oraz n metodą analityczną:
-0,3=n(1,884)+log k -1,4=n(0,909)+log k -0,3=n(1,884)- 0,909n - 1,4 log k= -0,909n - 1,4 n=1,128 log k= -0,909*1,128-1,4 n=1,128 log k= -2,4254 n=1,128 k=0,003755	-4,14=n(-1,79)+log k -2,79=n(-0,52)+log k log k=1,79n-4,14 -2,79= -0,52n+(1,79n-4,14) 1,35=1,27n n=1,063 log k=1,79*1,063-4,14 log k= -1,8955 n=1,063 k=0,01272

Nr roztworu	Liczba cm^3 NaOH	Stężenie kwasu octowego(mol/dm^3)	a(mol/g)	log a	log cr
	Przed adsorpcją	Po adsorpcji	Przed adsorpcją	Po adsorpcji
1.	9,4	6,5	0,02357	0,01630	0,0000727
2.	17,2	13,0	0,04313	0,03260	0,000107
3.	19,5	16,2	0,07823	0,06499	0,0001324
4.	28,0	24,5	0,1404	0,1234	0,0002343
5.	22,5	20,0	0,2257	0,2006	0,000251
6.	16,0	15,2	0,3209	0,3049	0,001606

Wnioski:

1. Po przeprowadzeniu doświadczenia obserwujemy, że stężenie kwasu octowego jest niższe po adsorpcji na węglu aktywowanym niż przed tym procesem. Wnioskujemy wiec, że część kwasu octowego została zaadsorbowana przez węgiel.

2. Analizując wyniki otrzymane w ćwiczeniu stwierdzamy, że po adsorpcji zużywamy mniej objętości NaOH niż przed adsorpcją.

3.Wykonując obliczenia metoda analityczna otrzymałyśmy wartości współczynników: n=1,063; k=0,01272

4. Dokonując obliczeń metoda graficzna otrzymałyśmy następujące wartości współczynników: n=1,128, k=0,003755.