Chimie Fizica Practic

18
LUCRĂRI PROPUSE 1. DETERMINAREA ACTIVITĂŢII ENZIMATICE Introducere Activitatea celulelor corpului uman poate fi asemănată cu activitatea unei fabrici chimice. Doar câţiva dintre miile de compuşi necesari activităţii corpului nostru sunt obţinuţi direct din alimentaţie. Majoritatea acestora sunt sintetizaţi în celule, ceea ce înseamnă că sute de reacţii chimice au loc în celule în fiecare minut al vieţii noastre. Aproape toate aceste reacţii sunt catalizate de către enzime, molecule proteice care măresc viteza reacţiilor chimice fără a suferi vreo modificare. Fără enzime, viaţa aşa cum este ştiută de noi nu poate fi trăită. Ca toţi catalizatorii, enzimele nu influenţează echilibrul chimic al reacţiei. Aceasta înseamnă că enzimele nu pot determina desfăşurarea unei reacţii dacă aceasta nu este posibilă şi în absenţa lor. Enzimele determină doar creşterea vitezei de reacţie. Catalizatorii biologici, inclusiv enzimele, sunt remarcabili din două puncte de vedere: sunt deosebit de eficienţi - pot determina o creştere a vitezei de reacţie de 10 9 până la 10 20 ori. sunt foarte specifici. Puterea de cataliză a unei enzime se poate observa într-un exemplu familiar tuturor: descompunerea apei oxigenate cu formare de apă şi oxigen conform ecuaţiei reacţiei chimice : 2H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 Reacţia, deşi puternic favorizată termodinamic, este foarte lentă în lipsa unui catalizator. Din acest motiv se poate achizi ţiona o sticlă de apă oxigenată şi se poate păstra mult timp fără ca aceasta să se descompună. Dacă, însă, se va adăuga ion feric (de ex. FeCl 3 ) se va constata că viteza de reacţie creşte de aproximativ 1000 de ori; de asemenea, hemoglobina, o proteină ce conţine fier determină o creştere semnificativă a vitezei de descompunere. Astfel, dacă se pune apă oxigenată pe un deget tăiat se va observa imediat punerea în libertate a oxigenului, reacţia fiind de 1 million de ori mai rapidă decât în cazul absenţei catalizatorului. Există însă şi cazuri când se pot atinge viteze de reacţie mult mai mari. De exemplu catalaza, o enzimă conţinută de multe celule, măreşte viteza de descompunere a apei oxigenate de 1 miliard de ori. Prezenţa acesteia în organismele vii se datorează faptului că în unele reacţii celulare se produce apa oxigenată, un periculos agent oxidant şi deci este necesară producerea catalazei pentru descopunerea acesteia. Exemplele menţionate arată că viteza de reacţie depinde semnificativ de prezenţa catalizatorului precum şi de natura acestuia. Peroxidaza, o enzimă frecvent întâlnită în plante, reduce H 2 O 2 la apă. Un tip de peroxidază se găseşte şi în eritrocite, celule foarte sensibile la acumularea de apă oxigenată.

description

subiect

Transcript of Chimie Fizica Practic

Page 1: Chimie Fizica Practic

LUCRĂRI PROPUSE

1. DETERMINAREA ACTIVITĂŢII ENZIMATICE

Introducere Activitatea celulelor corpului uman poate fi asemănată cu activitatea unei fabrici chimice. Doar câţiva dintre miile de compuşi necesari activităţii corpului nostru sunt obţinuţi direct din alimentaţie. Majoritatea acestora sunt sintetizaţi în celule, ceea ce înseamnă că sute de reacţii chimice au loc în celule în fiecare minut al vieţii noastre. Aproape toate aceste reacţii sunt catalizate de către enzime, molecule proteice care măresc viteza reacţiilor chimice fără a suferi vreo modificare. Fără enzime, viaţa aşa cum este ştiută de noi nu poate fi trăită.

Ca toţi catalizatorii, enzimele nu influenţează echilibrul chimic al reacţiei. Aceasta înseamnă că enzimele nu pot determina desfăşurarea unei reacţii dacă aceasta nu este posibilă şi în absenţa lor. Enzimele determină doar creşterea vitezei de reacţie. Catalizatorii biologici, inclusiv enzimele, sunt remarcabili din două puncte de vedere:

• sunt deosebit de eficienţi - pot determina o creştere a vitezei de reacţie de 109 până la 1020 ori.

• sunt foarte specifici. Puterea de cataliză a unei enzime se poate observa într-un exemplu familiar tuturor: descompunerea apei oxigenate cu formare de apă şi oxigen conform ecuaţiei reacţiei chimice : 2H2O2 → 2 H2O + O2 Reacţia, deşi puternic favorizată termodinamic, este foarte lentă în lipsa unui catalizator. Din acest motiv se poate achiziţiona o sticlă de apă oxigenată şi se poate păstra mult timp fără ca aceasta să se descompună. Dacă, însă, se va adăuga ion feric (de ex. FeCl3) se va constata că viteza de reacţie creşte de aproximativ 1000 de ori; de asemenea, hemoglobina, o proteină ce conţine fier determină o creştere semnificativă a vitezei de descompunere. Astfel, dacă se pune apă oxigenată pe un deget tăiat se va observa imediat punerea în libertate a oxigenului, reacţia fiind de 1 million de ori mai rapidă decât în cazul absenţei catalizatorului. Există însă şi cazuri când se pot atinge viteze de reacţie mult mai mari. De exemplu catalaza, o enzimă conţinută de multe celule, măreşte viteza de descompunere a apei oxigenate de 1 miliard de ori. Prezenţa acesteia în organismele vii se datorează faptului că în unele reacţii celulare se produce apa oxigenată, un periculos agent oxidant şi deci este necesară producerea catalazei pentru descopunerea acesteia. Exemplele menţionate arată că viteza de reacţie depinde semnificativ de prezenţa catalizatorului precum şi de natura acestuia.

Peroxidaza, o enzimă frecvent întâlnită în plante, reduce H2O2 la apă. Un tip de peroxidază se găseşte şi în eritrocite, celule foarte sensibile la acumularea de apă oxigenată.

Page 2: Chimie Fizica Practic

Determinarea activităţii catalazei prezintă o deosebită importanţă în analiza laptelui. În mod normal, laptele nu trebuie să manifeste o activitate catalazică. Dacă în lapte este depistată această enzimă, există indicaţii asupra prezenţei leucocitelor, care provin de la unele maladii de secreţie sau ale ugerului. Activitatea catalazică din laptele pasteurizat reprezintă şi un indiciu că acest proces a fost efectuat defectuos deoarece există încă forme vegetative care conţin catalază.

Principiul metodei Metoda este bazată pe faptul că bicromatul de potasiu, în mediu de

acid acetic, este redus de apa oxigenată la acetat cromic, care poate fi determinat colorimetric la lungimea de undă de 570 nm. Deoarece bicromatul nu absoarbe în această regiune, prezenţa acestuia în mediul de reacţie nu interferă la determinarea colorimetrică a acetatului cromic.

Preparatul de catalază este lăsat să acţioneze aupra H2O2 o perioadă fixă de timp, după care reacţia este stopată cu un amestec de bicromat-acid acetic glacial. Cantitatea de H2O2 rămasă după stoparea reacţiei enzimatice este determinată în urma măsurătorii spectrofotometrice.

Reactivi şi soluţii (1) Reactiv bicromat-acid acetic glacial, se prepară prin amestecarea

unei părţi de K2Cr2O7 soluţie 5%, cu trei părţi de acid acetic glacial; (2) Soluţie tampon K2HPO4-KH2PO4 0,01 M, pH 7 ; (3) Soluţie H2O2 0,08 M, obţinută prin pipetarea a 0,88 mL perhidrol

(soluţie 30%) şi diluarea cu soluţie tampon (2), până la 100 mL; (4) Soluţie H2O2 0,16M, preparată în soluţia tampon (2); (5) Preparat enzimatic.

Mod de lucru Construirea curbei etalon. Din soluţia stoc (3), având concentraţia de 80

µmoli H2O2/mL, se fac diluţii conform Tabelului1. Tabelul 1 mL soluţie (2) mL soluţie (3) µmoli H2O2/mL

1,0 0 0 0,9 0,1 8 0,8 0,2 16 0,7 0,3 24 0,6 0,4 32 0,5 0,5 40 0,4 0,6 48 0,3 0,7 56 0,2 0,8 64 0,1 0,9 72 0 1,0 80

Page 3: Chimie Fizica Practic

La 1 mL soluţie H2O2 diluată conform tabelului, se adaugă 2 mL reactiv bicromat (1). Probele se incubează la fierbere timp de 10 minute, se răcesc sub jet de apă şi se colorimetrează la 570 nm, faţă de apă distilată.

Determinarea activităţii enzimatice În cinci eprubete se pipetează 0,1 mL preparat enzimatic, 0,4 mL

soluţie tampon şi 0,5 soluţie H2O2 0,16 M (4) (în această ordine). Reacţia este lăsată 15 s, 30 s, 45 s, 60 s şi respectiv 120 s după care se stopează cu 2,0 mL reactiv bicromat.

Separat se prepară un martor astfel: 0,4 mL soluţie tampon + 0,5 mL soluţie H2O2 0,16 M (4) + 2,0 mL reactiv bicromat + 0,1 mL preparat enzimatic.

Toate eprubetele se încălzesc pe baie de apă la fierbere, timp de 10 minute, se răcesc şi se colorimetrează la 570 nm, faţă de apă distilată.

Calculul rezultatelor Utilizând curba de etalonare şi pe baza valorilor extincţiilor obţinute se

determină concentraţia apei oxigenate în µmoli H2O2 consumaţi/ 1 mL preparat enzimatic.

Constanta de viteză monomoleculară k pentru descompunerea H2O2, sub acţiunea catalazei, se determină grafic şi analitic utilizând ecuaţia cinetică pentru o reacţie de ordinul 1 :

SS

logt

k 01=

unde S0 este concentraţia iniţială de H2O2, iar S este concentraţia de peroxid după t minute.

Se compară rezultatele obţinute prin cele două metode. Ştiind că o unitate de activitate enzimatică corespunde la formarea a 1

µmol de produs pe minut, se evaluează activitatea enzimatică a catalazei.

2. EXTRACŢIA HIDROCARBURILOR POLIAROMATICE DIN PROBE DE APĂ ŞI SOL

Introducere Una dintre cele mai importante preocupări ale cercetătorilor din multe

ţări, în domeniul protecţiei mediului, este aceea legată de scurgerile sau deversările în mediul înconjurător a unor variate clase de poluanţi organici. Mulţi dintre aceşti compuşi figurează deja în topul listei Agenţiei de Protecţia Mediului din SUA, fiind consideraţi cei mai importanţi poluanţi oraganici, din cauza potenţialului lor cancerigen, hepatotoxic şi mutagenic. Unii dintre aceştia, cum sunt compuşii bifenilici policloruraţi, hidrocarburile policiclice aromatice şi esterii ftalici sunt rezultatul activităţilor industriale, în timp ce

Page 4: Chimie Fizica Practic

pesticidele organoclorurate, ierbicidele, fungicidele şi insecticidele provin din agricultură.

Pentru determinarea conţinutului de substanţe poluante din probele de mediu se folosesc instrumente moderne de analiză (în special cromatografe) de mare selectivitate şi sensibilitate. Prepararea probelor joacă un rol important în cadrul metodelor de analiză cromatografică şi de aceea reprezintă problema cheie a analizelor; în general, pregătirea probelor este cea mai laborioasă şi îndelungată etapă a întregii proceduri analitice.

Concentraţiile mici (ng/L-µg/L) de poluanţi organici nevolatili din apă şi complexitatea matricilor de mediu necesită aplicarea unor proceduri specifice de prelucrare a probelor înainte de efectuarea oricărei evaluări a poluării apei prin tehnici cromatografice. Rolul etapei de prelucrare este acela de concentrare a probei, de izolare a substanţei de analizat şi de purificare a matricei prin îndepărtarea, cât mai mult posibil, a compuşilor de interferenţă.

Tehnicile utilizate cel mai frecvent pentru pregătirea probelor apoase sunt extracţia lichid-lichid (LLE) şi extracţia în fază solidă (SPE). Evaluarea sistematică a diferitelor metode de extracţie, aplicabile mai multor clase de poluanţi organici din apă, este importantă în descoperirea procedurilor de pregătire eficientă a probelor.

Ca şi multe alte substanţe poluante, hidrocarburile poliaromatice (PAH) pot fi determinate folosind metodele cromatografice. O bună separare cromatografică este condiţionată de o foarte corectă etapă de izolare, concentrare şi purificare a probei.

Scopul lucrării În această lucrare se urmăreşte determinarea hidrocarburilor

poliaromatice din probe contaminate de sol şi/sau ape, prin diferite metode de extracţie: în baia cu ultrasunete, cu extractor Soxhlet, în fază solidă (SPE) şi în sistem lichid – lichid, urmate de analiza extractelor prin cromatografie (gaz – cromatografie sau HPLC).

Mod de lucru Pentru trasarea curbei de etalonare se utilizează soluţii cu un conţinut

de 6 PAH-uri: naftalină (N), acenaften (AN) acenaftilen (ANE), fenantren (F), antracen (A), piren (P), cu concentraţii de 100 ppb, 50 ppb and 5 ppb în diclorometan (DCM), respectiv în metanol (MeOH). Standardul intern utilizat este n-heptadecanul.

a. Extracţie cu baia cu ultrasunete În baia cu ultrasunete se introduce un pahar Erlenmeyer cu dop rodat în

care se găsesc 10 g de sol contaminat şi 25 mL diclorometan. După 10 minute conţinutul paharului se filtrează. Din filtrat se scot 5 mL peste care se adaugă 2 µL n–heptadecan. Proba se analizează apoi prin cromatografie.

Page 5: Chimie Fizica Practic

b. Extracţie Soxhlet Un cartuş de extracţie în care se găsesc 20 g sol contaminat se

introduce într-un aparat Soxhlet în care se mai adaugă diclorometan astfel încât să se umple trei sferturi din volumul acestuia. După 60 de minute, extractul din balonul Soxhlet se concentrează până la 50 mL şi se transvazează cantitativ într-un balon cotat de 50 mL. Se adaugă apoi 2 µL n– heptadecan şi se analizează cromatografic.

c. Extracţie în fază solidă (SPE)

Se activează cartuşul extractorului (C18) cu aproximativ 1 mL metanol. Volume diferite de probe apoase (cca 20 mL, respectiv 200 mL), de concentraţie 100 ppb sau 5 ppb, vor fi trecute prin cartuşul SPE la un debit de 2 mL/min, urmate de spălare cu 1 mL apă bidistilată şi de eluarea poluanţilor cu 1 mL acetat de etil (EtAc). Se adaugă apoi o cantitate cunoscută de standard intern (0,5 µL) şi se analizează prin cromatografie.

d. Extracţie lichid – lichid (LLE) Un volum de 250 mL de probă apoasă de analizat se extrage de trei ori

cu câte 30 mL diclorometan. Extractele reunite se usucă pe sulfat de sodiu anhidru, după care soluţia organică este concentrată sub vid până la 10 mL, şi apoi în curent de azot până la 1 mL. Se adaugă 0,25 µL n-heptadecan şi se analizeză cromatografic.

Prelucrarea datelor experimentale: • Se trasează curba de etalonare (sau se verifică curba dată). • Se apreciază eficienţa metodelor de pregătire a probelor folosite. • Se evaluează cantităţile de PAH – uri din sol/apă, folosind curba de

etalonare. Observaţie: În timpul alocat probei de concurs este posibilă utilizarea doar a două din cele patru metode de pregătire a probelor.

Page 6: Chimie Fizica Practic

Ediţia a VIII -a, 2000

CINETICA IODURĂRII ACETONEI ÎN MEDIU ACID

Scopul lucrării Studiul cineticii reacţiei de iodurare a acetonei în mediu acid.

Aspecte teoretice

Reacţia decurge după un mecanism complex, datorită căruia viteza depinde doar de concentraţia acetonei şi a acidului. Se consideră ordinul total de reacţie ca fiind 2 (ordine parţiale 1 faţă de acetonă şi respectiv, faţă de acid). Ecuaţia diferenţială are forma:

dtdx =k(a − x)(b − x)

unde: a = concentraţia iniţială a acetonei; b = concentraţia iniţială a acidului; x = conversia corespunzătoare timpului t. Ecuaţia cinetică integrată va avea forma:

( )( )( )xab

xbalnabt

k−−

−=

1

Mod de lucru Se prepară amestecul de reacţie într-un balon de 250 cm3, folosind câte

25 cm3 HCl 1N şi respectiv, I2 în KI 0,1N, 1,8 cm3 acetonă, apă distilată. Se iau din vasul de reacţie 7 probe a câte 25 ml la intervale de 15 minute. Variaţia conversiei x în timp se urmăreşte prin titrarea iodului cu tiosulfat de sodiu.

Prelucrarea datelor experimentale A) Se calculează a şi b. B) Se determină x în funcţie de volumele de titrare. C) Se calculează constanta de viteză

a) din ecuaţia cinetică b) grafic

Page 7: Chimie Fizica Practic

RAPORT DE ACTIVITATE

1. Explicitaţi modul de calcul pentru concentraţiile a şi b. 10 puncte 2.Explicaţi rolul NaHCO3 5 puncte 3. Descrieţi modul în care are loc titrarea 5 puncte 4. Explicitaţi modul de calcul pentru conversia x şi interpretaţi evoluţia sa în timp. 15 puncte 5. Comparaţi valorile constantelor de viteză obţinute prin cele două metode şi explicaţi aceastăcomparaţie 15 puncte

Nr. crt.

Timp, [min] 322 OSNaV , [ml] x, [ ] k, [ ]

1 2 3 4 5 6 7

k

Page 8: Chimie Fizica Practic

Aptitudini practice şi precizia rezultatelor 10 puncte

Page 9: Chimie Fizica Practic

Ediţia a IX - a, 2001

DETERMINAREA CONSTANTEI DE ECHILIBRU A UNUI COMPLEX

Aspecte teoretice Pentru o reacţie reversibilă în sisteme omogene: ν1A + ν2 B ν'1C + ν'2 D (1) constanta de echilibru este dată de expresia:

21

21

νν

νν

=BA

DCc

c.cc.c

K''

(2)

De exemplu, pentru reacţia: 2HI+ I2H2 (3)

Dacă iniţial există a moli de H2 şi b moli de I2, iar la echilibru se transformă câte x moli din fiecare reactant, constanta de echilibru se va calcula cu relaţia:

)xb)(xa(xKc −−

=24 (4)

Cu ajutorul constantei de echilibru, folosind izoterma standard de reacţie: (5) cT KlnRTG −=∆ 0

se poate calcula variaţia entalpiei libere standard de reacţie. În această lucrare se va determina constanta de echilibru pentru reacţia: Co2+ + 4 SCN- [Co(SCN)4]2- (6) Concentraţia la echilibru a ionului complex colorat [Co(SCN)4]2- se va determina cu ajutorul spectrofotometrului, pe baza legii Lambert – Beer:

lcE ⋅⋅ε= (7) unde: E – extincţia măsurată experimental; ε – coeficientul molar de extincţie; c – concentraţia soluţiei (mol/l); l – grosimea cuvei (cm). Mod de lucru

1. Din soluţiile de azotat de cobalt 0,01M şi sulfocianură de amoniu 0,1 M preparate în solvent apă – acetonă (1:1) se pregătesc succesiv 8 probe a căror compoziţie se dă în Tabelul 1:

2. Se înregistrează spectrul de absorbţie pentru proba 2 prin măsurarea extincţiei la diferite lungimi de undă. Se poate presupune că spectrul probei 2

Page 10: Chimie Fizica Practic

este spectrul caracteristic ionului complex [Co(SCN)4]2-. Din acest grafic se poate determina pe baza legii Lambert - Beer (7) coeficientul molar de extincţie, ε, al combinaţiei complexe la lungimea de undă corespunzătoare absorbţiei maxime.

3. Se verifică la câteva lungimi de undă că absorbţia probei 1, care

conţine ioni de Co2+ necomplexat, este neglijabilă. 4. La lungimea de undă corespunzătoare maximului de absorbţie din

spectrul probei 2 se determină extincţiile corespunzătoare amestecurilor 3 - 8. Cu ajutorul coeficientului de extincţie molar, ε, găsit la punctul 2 se calculează concentraţiile corespunzătoare la echilibru (x) pentru ionul complex [Co(SCN)4]2-.

Tabel 1

Nr. Co2+ , V [mL] SCN- ,V [mL] Solvent [mL]

1 1 0 5,0 2 1 5,0 0 3 1 4,0 1 4 1 3,5 1,5 5 1 3,0 2,0 6 1 2,5 2,5 7 1 2,0 3,0 8 1 1,5 3,5

Page 11: Chimie Fizica Practic

RAPORT DE ACTIVITATE

1. Completaţi tabelul: 20 puncte

Co2+ SCN- Nr. V

[ml] a 103

[ion g/l]V

[ml]b 102

[ion g/l]

Solvent [ml]

x

[ ] 1 1 0 5 2 1 5,0 0 3 1 4,0 1 4 1 3,5 1,5 5 1 3,0 2,0 6 1 2,5 2,5 7 1 2,0 3,0 8 1 1,5 3,5

2. Explicaţi de ce spectrul probei 2 se poate considera spectrul caracteristic ionului complex [Co(SCN)4]2-. 10 puncte 3. Explicaţi de ce este necesar pasul 3. 5 puncte

4. Calculaţi constanta de echilibru. 10 puncte 5. Calculaţi entalpia liberă standard de reacţie 5 puncte

Abilităţi practice 10 puncte

Page 12: Chimie Fizica Practic

RAPORT DE ACTIVITATE - REZOLVARE

1.Completaţi tabelul: 20 puncte

Co2+ SCN- x 103 Nr. V

[mL]a 103

[ion g/L] V

[mL]b 102

[ion g/L]

Solvent [mL] [ion g/L]

1 1 1,67 0 0 5 0 2 1 1,67 5,0 8,33 0 1,67 3 1 1,67 4,0 6,67 1 0,84 4 1 1,67 3,5 5,83 1,5 0,78 5 1 1,67 3,0 5,00 2,0 0,57 6 1 1,67 2,5 4,17 2,5 0,42 7 1 1,67 2,0 3,33 3,0 0,26 8 1 1,67 1,5 2,50 3,5 0,15

2. Explicaţi de ce spectrul probei 2 se poate considera spectrul caracteristic ionului complex [Co(SCN)4]2-. 10 puncte

Pentru proba 2 ionul reactant SCN- se găseşte în exces deplasând echilibrul reacţiei spre dreapta. În consecinţă, la echilibru, în proba 2 se poate considera că există doar ioni SCN- şi [Co(SCN)4]2-. Deoarece ionul de SCN- nu absoarbe în vizibil rezultă că spectrul obţinut este caracteristic ionului complex [Co(SCN)4]2-.

3. Explicaţi de ce este necesar pasul 3. 5 puncte

Pasul 3 este necesar pentru a demonstra că ionul Co2+ nu absoarbe în domeniul vizibil. Dacă ionul Co2+ ar avea absorbţie mare atunci absorbanţa obţinută ar fi dată de ambii ioni (Co2+ şi [Co(SCN)4]2+) prezenţi în soluţie.

Page 13: Chimie Fizica Practic

4. Calculaţi constanta de echilibru. 10 puncte

extin

comp

mola

relaţi

Valorechil

5. Calcula

consutilizâ

Abi

Din spectrul probei 2 se calculează coeficientul molar de cţie ε utilizând relaţia:

lcE×

=ε , se obţine ε = 482,1 L/(ion g ×cm); (l = 1 cm)

Concentraţiile corespunzătoare la echilibru (x) pentru ionul lex [Co(SCN)4]2- se determină cu ajutorul coeficientului de

r de extincţie aflat anterior: l

Ex×ε

=

Constanta de echilibru se calculează cu

a: 44 )xb)(xa(xK

−−=

Pentru fiecare valoare x se calculeaza constanta de echilibru. ile obţinute se mediază apoi obţinându-se constanta de

ibru.

ţi entalpia liberă standard de reacţie 5 puncte

Pentru calculul entalpiei libere se va folosi valoarea medie a tantei de echilibru, considerând temperatura de lucru 250C şi nd izoterma standard de reacţie: ∆G0

298 = - RT ln K

lităţi practice 10 puncte

Page 14: Chimie Fizica Practic

Ediţia a VII – a, 1999

DETERMINAREA IZOTERMEI DE ADSORBŢIE Aspecte teoretice

Dacă se pune în contact un gaz sau un lichid cu un solid cu care nu

reacţionează, se constată că o parte din gaz sau lichid este reţinută la suprafaţa solidului. Acest fenomen se numeşte adsorbţie. Gradul de reţinere al substanţei adsorbite de către adsorbant este caracterizat prin adsorbţia specifică χ, definită ca raportul între cantitatea adsorbită nd (în moli) şi masa adsorbantului m (în grame):

mn

gmol d=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛χ (1)

Adsorbţia specifică depinde de natura adsorbantului şi a substanţei adsorbite, de temperatură, de natura fazei fluide în care se găseşte substanţa care se adsoarbe (gaz sau lichid) şi de compoziţia acestei faze. La adsorbţia din fază lichidă binară, χ va depinde atât de natura solventului cât şi de concentraţia c a substanţei de adsorbit aflată la echilibru în soluţie. Concentraţia c se exprimă în mol/L. Dependenţa χ(c), la o temperatură dată se numeşte izotermă de adsorbţie.

Se studiază experimental adsorbţia p-nitrofenolului din soluţie apoasă pe cărbune activ pulverulent, verificând valabilitatea ecuaţiei Freundlich pentru izoterma de adsorbţie:

χ = kc1/n (2) Logaritmând, se obţine:

clgn

klglg 1+=χ (3)

în care k şi n sunt constante ce depind de natura componenţilor sistemului şi de temperatură, dar nu depind de concentraţia c sau de puterea de adsorbţie. Izoterma de adsorbţie se poate astfel reprezenta în coordonate χ - c sau lg χ - lg c, ca în Fig. 1, respectiv Fig. 2.

χ lgχT3

T2 α

T1T1>T2>T3 lg k

c lgc Fig. 1 Fig. 2

Page 15: Chimie Fizica Practic

Figura 2 permite confirmarea modelului Freundlich şi determinarea constantelor de adsorbţie k şi n din date experimentale: lg k este ordonata la origine şi n =1/tg α.

Mod de lucru Se utilizează 6 soluţii apoase de p-nitrofenol preparate din soluţia stoc

de concentraţie 20 mmol/l conform tabelului 1. Aceste soluţii vor avea concentraţia iniţială c0.

Tabelul 1 Nr. probă 1 2 3 4 5 6

V [mL] p-nitrofenol 5 10 15 20 30 50

V [mL] apă 45 40 35 30 20 - Soluţiile se vor prepara pe rând, la volum constant total de 50 mL în

pahare Erlenmeyer cu dop rodat. În vederea efectuării adsorbţiei în fiecare pahar se introduce câte 1 g de

cărbune activ. După 10 minute de agitare manuală (timp în care se presupune că s-a atins echilibrul) se filtrează individual conţinutul fiecărui pahar, din care urmează să se determine concentraţia c de p-nitrofenol rămasă după adsorbţie.

Aceste concentraţii se vor determina spectrofotometric, pe baza spectrelor de adsorbţie înregistrate automat la spectrometrul UV-VIS-NIR, ştiind că pentru înregistrarea acestora se va dilua la câte 10 mL soluţie din fiecare filtrat conform tabelului 2.

Pentru a mări sensibilitatea metodei spectrale, în fiecare probă se adaugă 0,5 mL NaOH 0,1N.

Tabelul 2 Nr. probă 1 2 3 4 5 6

Vfiltrat, [mL] 9,5 5 2 2 1 1 Prelucrarea datelor experimentale Calculul concentraţiilor finale de echilibru c, se va efectua pe baza

extincţiei măsurate la lungimea de undă a maximului de adsorbţie din curba (dreapta) de etalonare ce se va construi cu datele experimentale din tabelul 3.

Tabelul 3 c [mol/l]x105 0,3 0,5 1 2 3 4

Abs. 0,07 0,13 0,28 0,52 0,79 1,01

Page 16: Chimie Fizica Practic

Adsorbţia specifică se va calcula conform relaţiei (1). Se vor calcula parametrii izotermei de adsorbţie atât grafic cât şi analitic.

RAPORT DE ACTIVITATE

1. Se trasează dreapta de etalonare 5 puncte

2. Se tabelează rezultatele obţinute. 15 puncte

Nr. probă 1 2 3 4 5 6

c0 [mol/L]

cf [mol/L]

Page 17: Chimie Fizica Practic

χ [mol/g]

3. Se trasează izoterma de adsorbţie 5 puncte

4. Se reprezintă grafic lg χ =f (lg c) 5 puncte

Page 18: Chimie Fizica Practic

Abilităţi practice 10 puncte