raport chem fiz 1.2 gotowy.doc

Ćwiczenie 1.2: Adsorpcja kwasu mrówkowego na węglu aktywnym.

Wojciech Idzikowski,

Adsorpcja jest to proces wiązania się cząsteczek, atomów lub jonów na powierzchni lub granicy faz fizycznych, powodujący lokalne zmiany stężenia. Adsorpcję, absorpcję i wymianę jonową przyjęło się wspólnie nazywać procesami sorpcji.

Najczęściej terminem adsorpcja określa się proces wiązania substancji gazowej na powierzchni substancji ciekłej lub stałej, lub też proces wiązania substancji ciekłej na powierzchni substancji stałej. Może mieć charakter chemiczny (chemisorpcja - reakcja chemiczna) lub fizyczny (adsorpcja fizyczna, lub niezbyt precyzyjnie fizysorpcja). Adsorpcja ma charakter powierzchniowy, czym różni się od absorpcji polegającej na pochłanianiu w całej objętości (mechanizm podziałowy - zobacz prawo podziału Nernsta). Często procesy adsorpcji oraz absorpcji występują równocześnie i mówimy wtedy o sorpcji. Termin sorpcja stosujemy również wtedy, gdy nie chcemy lub nie możemy sprecyzować mechanizmu zjawiska.

Substancja gromadząca się na powierzchni to adsorbat, substancja przyjmująca to adsorbent.

Adsorpcja może zachodzić z fazy nieruchomej w warunkach statycznych lub z fazy ruchomej w warunkach dynamicznych. Zdolność adsorpcyjna to masa adsorbatu, która może być zaadsorbowana przez jednostkę masy adsorbentu. Jest ona zależna od wielu zmiennych i wyznaczana doświadczalnie dla danego płynu i warunków ( ciśnienie, temperatura, rodzaj i czas zetknięcia).

Zjawisko może mieć charakter monowarstwowy (tzn. jednowarstwowy) - np. chemisorpcja jest z reguły monowarstwowa - lub wielowarstwowy (poliwarstwowy), np. adsorpcja par przy ciśnieniu bliskim ciśnieniu pary nasyconej, gdy następuje samorzutna kondensacja pary.

Izoterma Freundlicha to równanie o charakterze eksperymentalnym opisujące dobrze adsorpcję na powierzchniach heterogenicznych (energetycznie niejednorodnych) oraz na adsorbentach mikroporowatych.

Równanie to stosuje się szczególnie do adsorpcji na mikroporowatych węglach aktywnych z rozcieńczonych roztworów wodnych związków organicznych - w powyższych równaniach należy zastąpić ciśnienie stężeniem:

·                      a = kc1 / n

·                      a = am(Kc)m

·                      a = am(c / cs)m

Gdzie:

a - adsorpcja rzeczywista, am - wielkość adsorpcji odpowiadająca zapełnieniu warstwy adsorpcyjnej lub zapełnieniu mikroporów, k - stała, K - stała równowagi adsorpcji, p - ciśnienie adsorbatu, n,m - empirycznie określone tzw. parametry heterogeniczności

Do obliczenia adsorpcji w naszym przypadku posłużymy się wzorem:

Gdzie:

x – liczba moli zaadsorbowanego kwasu; m – masa adsorbenta [kg]; c0 – stężenie kwasu przed adsorpcją [mol/m3]; c – stężenie kwasu po adsorpcji [mol/m3]; V – objętość roztworu z którego przebiegła adsorpcja [m3]

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia było doświadczalne zbadanie zjawiska adsorpcji roztworów kwasów karboksylowych (w tym przypadku kwasu mrówkowego) o różnym stężeniu na węglu aktywnym.

Przebieg ćwiczenia:

1.      Przygotowałem 5 naważek węgla aktywnego.

2.      W kolbkach miarowych o objętości 50 ml przygotowałem 5 roztworów kwasu mrówkowego o różnym stężeniu. Roztwory przyrządziłem na podstawie danych zawartych w tabeli:

3.      Przygotowane roztwory kwasu mrówkowego przelałem do kolb z węglem aktywnym a następnie umieściłem w wytrząsarce na 30 min.

4.      W czasie wytrząsania oznaczyłem dokładne stężenie kwasu mrówkowego poprzez miareczkowanie go roztworem NaOH w obecności fenoloftaleiny.

5.      Po wytrząśnięciu roztworów kwasu mrówkowego przystąpiłem do oznaczania ich dokładnego stężenia po adsorpcji poprzez miareczkowanie 3 próbek każdego z roztworów, używając do miareczkowania dwóch pierwszych roztworów po 5 ml każdego z nich, a kolejnych trzech po 10 ml. Działanie miało na celu zwiększenie dokładności pomiarów stężenia.

Wyniki pomiarów i obliczenia:

W pierwszej części należało obliczyć masę węgla aktywnego:

Następnie miareczkowałem roztwór C3HCOOH w celu wyznaczenia jego dokładnego stężenia. W tym celu 3 próby kwasu o objętości v = 2 ml miareczkowałem roztworem NaOH o c = 0,2268 mol/dm3, zużywając następujące objętości:

I.                    8,35 ml

II.                 8,55 ml

III.              8,60 ml

Po obliczeniu średniej dla tych wartości, obliczyłem, że C3HCOOH= 0,9639mol/dm3. Mając tę wartość mogłem obliczyć stężenia w poszczególnych roztworach na podstawie zależności c1 * v1 = c2 * v2, co po podstawieniu wartości dało następujące stężenia przygotowanych roztworów:

Następnie mogłem przystąpić do obliczania stężenia roztworów po adsorpcji: