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• casandra alvarado

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Campo 1

Reporte: # 8 Cinética de absorción de azul de metileno.

Materia: Cinética Química

Equipo: 2

Objetivos:    

Investigar el concepto de adsorción Comprender la adsorción como una etapa fundamental del mecanismo de reacción de la catálisis heterogénea. Adsorber azul de metileno sobre una adsorbente natural (bentonita activada) Determinar el orden de la adsorción de azul de metileno en bentonita

OBJETIVOS DE LA QUIMICA VERDE

          

Minimización de residuos Factor de eficiencia en masa 0.004004 Economía atómica alta Experimento con sustancias de toxicidad reducida Experimento con toxicidad reducida Eliminación de sustancias auxiliares Disminución del consumo energético No fue necesaria la formación de grupos de bloqueo Se muestra la etapa de adsorción de la catálisis Monitoreo en tiempo real del proceso Minimización del riesgo potencial de accidentes químicos

Introducción La adsorción es un fenómeno fisicoquímico fundamental en la catálisis heterogénea, en el cual una sustancia soluble (adsorbato) es absorbido por una superficie sólida (adsorbente). La fisisorción es la forma más simple de adsorción, y es debida a débiles fuerzas atractivas, generalmente fuerzas de Van der Waals. Dado que estas fuerzas son omnipresentes, resulta que rápidamente cualquier superficie limpia expuesta al ambiente acumula una capa de material fisisorbido. La quimisorción ocurre cuando un enlace químico se forma, definido en este caso como un intercambio de electrones. El grado de intercambio y lo simétrico que sea dependen de los materiales involucrados. La quimisorción es particularmente importante en la catálisis heterogénea, la forma más común en la industria, donde un catalizador sólido interacciona con un flujo gaseoso, el reactivo o los reactivos, en lo que se denomina reacción en lecho fluido. En las industrias esta propiedad de los adsorbentes es ampliamente usada: en la industria textil para retirar tintes de efluentes, en la industria alimenticia para retirar colorantes a los alimentos, en la industria farmacéutica para retirar contaminantes o humedad en las medicinas, etc.. son muy numerosos los usos que se le pueden dar a los adsorbentes. La bentonita es una arcilla de grano muy fino (coloidal) del tipo de montmorillonita que contiene bases y hierro. Es muy usada especialmente en la industria farmacéutica y alimentaria por que es inofensiva para la salud cuando es ingerida, además de adsorbente, funciona como agente emulsificante y aumenta la viscosidad en ciertos casos.

En México, Durango aporta el 67% de la bentonita al país, existen estudios que señalan que existe una reserva de está arcilla en una superficie de cuatro mil hectáreas en Cuencame, Durango. Actualmente el adsorbente más usado es el carbón activado, sin embargo se encuentran en desarrolló adsorbentes magnéticos los cuales prometen ser de gran utilidad, ya que no serían necesarios procesos de separación adicionales entre la solución y el adsorbato-adsorbente, porque con el uso de un imán se separarían por completo, teniendo más eficiencia que otros métodos. Material:         

1 Pipeta graduada de 5 mL 1 Piseta 1 Espátula 1 Vaso de precipitados de 100 mL 1 Espectrofotómetro visible 2 Celdas para el espectrofotómetro 4 mg de bentonita activada 4 mL de disolución de azul de metileno de concentración 10 ppm 1 Balanza analítica

Desarrollo Experimental: 1. Encienda el espectrofotómetro y calibre en cero con agua destilada a 300 nm. 2. Vacié en la segunda celda del espectrofotómetro 3 mL de jugo de azul de metileno y realizar un barrido de 300 a 900 nm. 3. Trace el grafico de absorbancia en función de longitud de onda y obtenga la longitud de onda de máxima absorbancia. 4. Pese 4 mg de arcilla, directamente en la tercera celda del espectrofotómetro. 5. Adicione suavemente por las paredes de la celda que contiene bentonita, 3.5mL de disolución de azul de metileno (10 ppm), procurando que no se remueva la arcilla para no general un sistema coloidal. Al momento de adicionar la mitad de la disolución de azul de metileno, tome el tiempo como cero. 6. Coloque rápidamente la celda en el espectrofotómetro y tome lecturas cada 15 segundos por 7 minutos. Resultados Tabla 1.- tabla de resultados experimentales Tiempo 0 15 30 45

ABSORBANCIA 1.79 1.705 1.692 1.685

60 75 90 105 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420

1.678 1.673 1.666 1.662 1.658 1.655 1.649 1.647 1.644 1.64 1.637 1.633 1.631 1.628 1.626

Gráfico 1.- Absorbancia vs Tiempo

Absorbancia

Absorbancia vs tiempo 1.8 1.78 1.76 1.74 1.72 1.7 1.68 1.66 1.64 1.62 1.6 0

100

200

300

400

500

Tiempo (s)

A continuación se determinará el orden de la reacción a partir del método integral gráfico. 𝑑[𝐴] 𝑟=− = 𝑘[𝐴]𝛼 𝐴 = 𝑎𝑧𝑢𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑑𝑡

Tabla 2.0: Método integral gráfico: Tiempo (s)

Absorbancia

[𝐴]0 𝑙𝑛 ( ) [𝐴]

1/[A]

0

1.79

0

0.83682008

15

1.705

0.25286973

1.07758621

30

1.692

0.5150185

1.40056022

45

1.685

0.68897181

1.66666667

60

1.678

0.79063546

1.84501845

75

1.673

0.86134304

1.98019802

90

1.666

0.92048361

2.10084034

105

1.662

0.96560405

2.1978022

120

1.658

0.99459158

2.26244344

150

1.655

1.02911745

2.34192037

180

1.649

1.06003549

2.41545894

210

1.647

1.08448659

2.47524752

240

1.644

1.09944946

2.51256281

270

1.64

1.12232212

2.57069409

300

1.637

1.14048086

2.61780105

330

1.633

1.16164567

2.67379679

360

1.631

1.17781853

2.7173913

390

1.628

1.19149863

2.75482094

420

1.626

1.20257908

2.78551532

Grafico 2.0: Si 𝛼es de orden 0: [𝐴] = −𝑘𝑡 + [𝐴]0

[𝐴]

Grafico2.1: Si 𝛼 es de orden 1: 𝑙𝑛 ( [𝐴]0 ) = 𝑘𝑡

1

1

Grafico 2.2: Si 𝛼 es de orden 2: [𝐴] = [𝐴] + 𝑘𝑡 0

Ya que el método integral gráfico no presentó un resultado confiable; se usará el Método Powell. Tabla 3: Método Powell 𝛼

𝑙𝑛(𝑡)

𝛼

𝑙𝑛(𝑡)

0.35732218

5.01063529

0.77656904

2.7080502

0.34644351

5.19295685

0.59748954

3.40119738

0.33807531

5.34710753

0.50209205

3.80666249

0.33305439

5.48063892

0.45355649

4.09434456

0.32552301

5.59842196

0.42259414

4.31748811

0.31966527

5.70378247

0.39832636

4.49980967

0.31297071

5.79909265

0.38075314

4.65396035

0.30794979

5.88610403

0.36987448

4.78749174

0.30376569

5.96614674

Gráfico 3: Gráfico de Powell

Gráfico 3.1: Ajuste de datos experimentales al gráfico de Powell.

La adsorción se ajusta a la trayectoria representativa de orden 2.

Análisis de Resultados Para la determinación del orden de la adsorción de azul de metileno en bentonita, se usó el método integral gráfico, pero este no fue útil ya que el discriminante usado para la determinación del orden (𝑅 2 ) resultó ser igual para los órdenes 0 y 2 (vease Gráfico 2.0 y Gráfico 2.2). Entonces se usó el método Powell para determinar el orden (vease Gráfico 3.1) resultando que la adsorción sigue un comportamiento de orden 2, Que la adsorción sea de orden 2 indica que al principio la adsorción es muy rápida, pero la velocidad va decreciendo conforme transcurre el tiempo ya que la concentración también disminuye. Conclusiones En base a los resultados obtenidos, concluimos que la concentración se encuentra relacionada inversamente proporcional al tiempo ya que la concentración de azul de metileno disminuyo en función del tiempo. Además de que la velocidad de la reacción es sumamente rápida casi instantánea esto debido a la reacción entre el soluto absorbido y un reactivo (azul de metileno en bentonita) ya que el coeficiente de transferencia de masa de la fase líquida aumenta en magnitud, lo que contribuye a incrementar la rapidez de absorción. Este resultado confirma que predomina el proceso de adsorción. La isoterma de adsorción colorante se ajusta según el modelo de Langmuir, que propone que la velocidad de desadsorción solo depende de la cantidad de material adsorbido en la superficie

Bibliografía https://www.elsiglodetorreon.com.mx/noticia/152510.reservas-para-un-siglo-enbentonita.html Vargas-Rodríguez, Y. M., Obaya Valdivia, A. E., & Vargas-Rodríguez, G. I. (2016). Regresión Polinómica una Competencia Indispensable para el Tratamiento de Datos en Cinética Química. Contactos: Revista de Educación en Ciencias e Ingeniería, 98, 25-35