SPRAWOZDANIE	Data wykonania ćwiczenia: 17.12.2013
	Tytuł: Ćwiczenie 7: Wyznaczanie izoterm adsorpcji jednokarboksylowych kwasów organicznych na węglu aktywnym	Ocena:

1. Wstęp teoretyczny

Adsorpcja to proces zachodzący na powierzchni ciał skondensowanych, kluczową rolę odgrywają w nim oddziaływania. Substancja, która ulega adsorpcji nazywana jest adsobatem, a substancja, na której proces zachodzi-adsorbantem. Oddziaływania sprawiają, że cząsteczki (adsorbat) znajdujące się w fazie gazowej bądź roztworze (mające swobodę ruchu) będące w kontakcie z fazą skondensowaną (adsorbent) doświadczają przyciągania w wyniku którego gromadzą się na jej granicy. Proces ten zachodzi tylko wtedy gdy następuje zysk energetyczny dla układu, zatem ∆H <0. Ze względu na rodzaj oddziaływań dzielimy adsorpcję na chemiczną i fizyczną. Jedne z najważniejszych różnic pomiędzy adsorpcją chemiczną a fizyczną:

• efekt energetyczny, który w przypadku adsorpcji chemicznej, jest duży, rzędu 200kJ. Nie da się jednak wyznaczyć dokładnej granicy energetycznej, od której można by jednoznacznie stwierdzić, że jest to adsorpcji chemiczna.

• typ oddziaływań, które biorą udział w procesie. W przypadku adsorpcji chemicznej trwałym przeniesieniu elektronów pomiędzy adsorbentem a adsorbatem i wytworzeniu nowych, najczęściej kowalencyjnych wiązań. W takim przypadku na powierzchni adsorbentu może wytworzyć się maksymalnie jedna warstwa adsorbatu, podczas gdy w adsorpcji fizycznej zazwyczaj wytwarza się kilka warstw.

Tworzenie monowarstwy badał Irving Langmuir.

Założenia teorii monowarstwowej Langmuira:

1) stan całkowitej adsorpcji odpowiada obsadzeniu wszystkich centrów:

${\theta = \frac{n}{n}}_{\max}$, gdzie θ − stopien pokrycia
2) adsorpcja zachodzi w równowadze z desorpcją:

A :   υ_ads = k(1−θ)p

B :   υ_des = k^′θA = B

3) wszystkie centra aktywne na powierzchni adsorbentu są równocenne,

4) każde z nich może zaadsorbować tylko 1 cząsteczkę oraz

5) powierzchnia ma charakter jednorodny, wyprowadził model prowadzący do wytworzenia monowarstwy:

$a = a_{\max}\frac{\text{bp}}{1 + bp}$ [mol • kg⁻¹]

gdzie a – liczba moli cząsteczek substancji zaadsorbowanej przez jednostkową masę adsorbentu oraz $b = \frac{k}{k^{'}}$.

Izoterma Freundlich’a: $\frac{x}{m} = K \bullet c^{\frac{1}{n}}$

gdzie x – masa substancji zaadsorbowanej z roztworu przez m gramów adsorbentu pozostającego w równowadze z roztworem o stężeniu c

c – stężenie roztworu [mol/dm^3]

K, n – stałe zależne od T, rodzaju adsorbenta, adsorbatu

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było ustalenie jaka ilość Kwasu octowego uległa adsorpcji, czyli jaka była adsorpcja na 1g adsorbentu oraz ustalenie, która z izoterm (Freundlich’a czy Langmuir’a) dokładniej opisuje badany przykład.

3. Opis ćwiczenia

1) Przygotowano 3 roztwory każdy po 100cm³ kwasu octowego o stężeniach 0,35M, 0,45M i 0,5M.

2) Ustalono dokładne stężenia sporządzonych roztworów poprzez miareczkowanie 0,1M roztworem NaOH.

3) Dodano do trzech kolbek Erlenmayer'a po 1g pylistego węgla aktywnego i zalano 50cm³ sporządzonych wcześniej roztworów.

4) Kolbki odstawiono na 15 minut do wytrząsania.

5) Po wytrząsaniu roztwory przesączono na sączkach.

6) Za pomocą metody miareczkowania określono stężenie roztworów po adsorpcji.

1. Wyniki i obliczenia

V_{r − row} = 0,1dm³

c_{r − ru kwasu octowego  wyjsciowego} = 2M

c_{r − ru docelowego 1} = 0,35M

$$V_{kwasu\ potrzebna\ do\ sporzadzenia - ru\ 0,35M} = \frac{0,035}{2}\sim 17,5\text{cm}^{3}$$

c_{r − ru docelowego 2} = 0,45M

$$V_{kwasu\ potrzebna\ do\ sporzadzenia - ru\ 0,45M} = \frac{0,045}{2}\sim 22,5\ \text{cm}^{3}$$

c_{r − ru docelowego 3} = 0,55M

$$V_{kwasu\ potrzebna\ do\ sporzadzenia - ru\ 0,55M} = \frac{0,05}{2}\sim 27,5\ \text{cm}^{3}$$

$${c_{\text{kwasu}} = \frac{\upsilon_{sr.\ \ zasady} \bullet c_{\text{zasady}}}{\upsilon_{\text{kwasu}}}}_{}$$

m_{C akt.} = 1 g

Nr roztworu:	Miareczkowanie przed adsorpcją:	Miareczkowanie po adsorpcji:
	V1 kwasu [cm^3]	V1 zasady [cm^3]
1	5	18,1
2	5	22,3
3	5	24, 9
1	5	18,2
2	5	22,3
3	5	25

Nr.	c1 kwasu [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$]	c2 kwasu [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$
1	0,363	0,216
3	0,446	0,23
3	0,499	0,288

Nr roztworu:	m1 [g]	m2[g]	$$\frac{x}{m} = x$$	$$\log\frac{x}{m}$$	c [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$	log c	$$\frac{c}{\frac{x}{m}}$$
1	1,089	0,648	0,441	-0,3556	0,216	-0,6656	0,4898
2	1,338	0,69	0,648	-0,1884	0,23	-0,6383	0,3549
3	1,497	0,864	0,633	-0,1986	0,288	-0,5406	0,4549

m₁ - masa kwasu w r-rze przed adsorpcją, m₂ - masa kwasu w roztworze po adsorpcji

$\frac{x}{m}$ - masa kwasu zaadsorbowanego z roztworu na 1 g węgla

c - stężenie równowagowe roztworu, po adsorpcji

K,  n - stałe zależne od T

Na osi pionowej: log(x/m), na poziomej log(c)

logK =   − 0, 3392

10^{log K} =  10^−0, 3392

$$\log\frac{x}{m} = \log K + \ \frac{1}{n}\log c$$

n=6,5274

$${Y = \ b_{0} + \ b_{1}X\backslash n}{Y = \ 0,382 + 0,096X\backslash n}{\frac{c}{\frac{x}{m}} = \frac{1}{k\left( \frac{x}{m} \right)_{\max}} + \ \frac{c}{\left( \frac{x}{m} \right)_{\max}}\backslash n}{\frac{1}{\left( \frac{x}{m} \right)_{\max}} = 0,096\backslash n}{\left( \frac{x}{m} \right)_{\max} = 10,4167}{\frac{1}{k\left( \frac{x}{m} \right)_{\max}} = 0,382\backslash n}{k = 0,2513\backslash n}$$

k - stała

Wnioski:
W sprawozdaniu przyjęto stężenia 0,35M, 0,45M oraz 0,5M na skutek błędu obliczeniowego podczas sporzadzania roztworów.
Z załączonych obliczeń wynika, że adsorpcja maleje ze wzrostem stężenia.
Na obu wykresach widoczne są odchylenia od prostej spowodowane prawdopodobnie poprzez błędy osób wykonujących ćwicznie.