ISOTERM ADSORPSI
I.
Tujuan Percobaan Menentukan isotherm adsorpsi menurut Frendlinch bagi proses adsorpsi CH3COOH dan HCl pada arang
II.
Teori Dasar Adsorpsi adalah proses yang terjadi pada fluida (cair atau gas) yang terakumulasi
pada permukaan dari padatan atau cairan (adsorben), membentuk lapisan tipis (adsorbat) pada permukaannya. Adsorpsi berbeda dengan absorbsi di mana pada proses absorbs, substansi yang diserap terdifusi ke dalam cairan atau gas membentuk sebuah larutan. Berdasarkan sifatnya, adsorpsi terbagi menjadi dua, yaitu adsorpsi fisik dan kimia. Perbedaan secara mendasar dari adsorpsi fisik dan kimia adalah adsorpsi fisik terjadi karena adanya gaya Van der Waals partikel adsorbat pada permukaan adsorben yang terjadi secara spontan serta menghasilkan energi yang relatif rendah karena molekul terikat sangat lemah. Sedangkan adsorpsi kimia terjadi karena adanya ikatan kimia (biasanya kovalen) antara partikel adsorbat dengan permukaan adsorben yang diawali dengan adsorpsi fisik terlebih dahulu, barulah adsorpsi kimia yang sesungguhnya berlangsung. Percobaan mengenai adsorpsi seringkali dilangsungkan pada temperatur konstan atau sering disebut isotherm adsorpsi. Pada isotherm adsorpsi menurut Freundlich, akan ditentukan hubungan antara jumlah adsorbat pada absorben sebagai fungsi dari tekanan (apabila yang teradsorpsi adalah gas) dan konsentrasi (apabila yang teradsorpsi adalah cairan). Teori yang diajukan Freundlich didasarkan pada asumsi bahwa permukaan adsorben adalah heterogen (kasar). Freundlich menyatakan teorinya itu dalam suatu persamaan empiric sebagai berikut :
di mana x
: jumlah zat yang teradsorpsi (gram)
; k,n
: konstanta adsorben
m
: massa adsorben (gram)
C
: konsentrasi dari adsorbat yang tersisa dalam kesetimbangan
Pada percobaan ini, kita akan mencari besarnya k dan n dengan memplotkan kurva log C terhadap log (x/m) dengan hubungan sebagai berikut :
Besarnya k dan n ditentukan melalui regresi linear dari data yang diperoleh dari data percobaan.
III.
Data Pengamatan Truang = 25oC CNaOH = 0.1027 M
i.
ii.
CH3COOH marang (gr)
Cawal (M)
1.0
VNaOH (ml) V1
V2
0.4998
45.5
45
1.0
0.2496
22.3
21.9
1.0
0.1253
27.3
27.2
1.0
0.0652
28.3
-
1.0
0.0329
16.3
-
1.0
0.0154
5.5
-
HCl marang (gr)
Cawal (M)
1.0
VNaOH (ml) V1
V2
0.4996
48.7
46.1
1.0
0.2465
23.8
22.8
1.0
0.1222
29
29.1
1.0
0.0621
28.5
-
1.0
0.0318
14.2
-
1.0
0.0174
5.8
-
IV.
PENGOLAHAN DATA i.
CH3COOH (untuk titrasi) [
]
marang(gr)
Cawal(M)
Vasam(ml)
VNaOH(ml)
Cakhir(M)
Cads(M)
x (gr)
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
0.4998 0.2496 0.1253 0.0652 0.0329 0.0154
10 10 25 50 50 50
45.25 22.1 27.25 28.3 16.3 5.5
0.46472 0.22697 0.11194 0.05813 0.03348 0.0113
0.035083 0.022633 0.013357 0.007072 -0.00058 0.004103
0.210495 0.135798 0.080142 0.042431 -0.00348 0.024618
0.210495 0.135798 0.080142 0.042431 -0.00348 0.024618
-0.67676 -0.86711 -1.09614 -1.37232 -1.60875 0.5
log (x/m) = log (C ads) + 0.7782 R² = 1 0 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0 -0.5
log (x/m)
-3
-1
-1.5
log C ads
k=0.7782 n=1
-2
-1.45491 -1.64526 -1.87429 -2.15047 -2.3869
ii. HCl (untuk titrasi) [
]
marang(gr)
Cawal(M)
Vasam(ml)
VNaOH(ml)
Cakhir(M)
Cads(M)
x (gr)
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
0.4996 0.2465 0.1222 0.0621 0.0318 0.0174
10 10 25 50 50 50
50.85 23.3 29.7 29.9 14.5 7.7
0.500364 0.23929 0.116899 0.058843 0.028536 0.015154
0.012802 0.007209 0.002863 0.003561 0.002633 0.005487
0.046727 0.026313 0.010448 0.012998 0.009611 0.020027
0.046727 0.026313 0.010448 0.012998 0.009611 0.020027
-1.33043 -1.57983 -1.98095 -1.88614 -2.01722 -1.69839 0.5
log (x/m) = log C ads + 0.5623 R² = 1 -3
-2.5
-2
0 -1.5
-1
-0.5
0
log (x/m)
-0.5 -1 -1.5 -2
log C ads
k=3.65 n=1
-2.5
-1.89272 -2.14212 -2.54324 -2.44843 -2.57952 -2.26068
V. Pembahasan Pada percobaan ini, dilakukan proses isotherm adsorpsi untuk mencari hubungan antara banyaknya zat teradsorpsi pada adsorben sebagai fungsi dari konsentrasi yang didasarkan pada persamaan Freundlich. Prosedur yang dilakukan adalah penambahan karbon aktif pada CH3COOH dan HCl yang disertai dengan pengadukan secara teratur dan akhirnya titrasi asam-basa untuk menentukan konsentrasi akhir kedua asam tersebut untuk menentukan banyaknya zat yang teradsorpsi. Karbon aktif yang digunakan pada percobaan ini adalah arang. Arang yang atomatomnya merupakan atom karbon dapat berfungsi sebagai adsorben apabila atom-atom tersebut dapat diubah dari bentuk amorf menjadi bentuk polikristal. Proses aktivasi ini harus dilakukan dengan pemanasan pada suhu tinggi. Dengan pemanasan tersebut, maka atom-atom karbon akan mengatur diri sedemikian rupa sehingga terbentuk poli kristal. Pada karbon aktif, terdapat banyak pori yang berukuran mikro hingga nano meter. Sedemikian banyaknya pori sehingga dalam satu gram karbon aktif apabila semua dinding pori nya direntangkan memiliki luas permukaan hingga ratusan sampai ribuan meter persegi (perkiraan luasnya mencapai 500 m2 atau seluas 2 lapangan tenis). Inilah sebabnya karbon aktif merupakan adsorben yang sangat baik, karena ia memiliki luas permukaan yang sangat besar sehingga mampu mengadsorpsi lebih baik daripada zat lain. Dengan alasan yang sama pula pada percobaan ini menggunakan serbuk arang, bukan arang dalam bentuk padatan. Secara fisik, karbon aktif mengikat material dengan gaya Van der Waals. Selain bertujuan untuk aktivasi karbon aktif, pemanasan juga dilakukan untuk menghilangkan pengotor yang terdapat pada arang. Diharapkan, pengotor yang bersifat volatil dapat menguap saat dilangsungkannya pemanasan sehingga arang menjadi lebih murni dan efisiensi adsorpsi pada percobaan ini meningkat sehingga data yang didapatkan diharapkan dapat menjadi seakurat mungkin. Setelah dilakukan pemanasan, dilakukan pengocokan dengan labu erlenmeyer tertutup. Pengocokan dilakukan selama 1 menit, lalu didiamkan 2 menit dan begitu seterusnya hingga 30 menit. Proses pengocokan ini dimaksudkan agar campuran tersebut dapat tercampur secara homogeny dan juga agar proses adsorpsi dapat berlangsung lebih cepat karena jumlah tumbukan yang terjadi juga meningkat .
Tujuan dilakukan pendiaman adalah agar gaya Van der Waals di mana terjadi adsorpsi antara partikel adsorbat dengan permukaan adsorben dapat berlangsung secara optimal. Adsorpsi ini tidak dapat terjadi secara optimal pada pengocokan karena partikel-partikel campuran terus bergerak secara aktif dan sulit bagi partikel adsorbat untuk masuk ke dalam pori kosong dari permukaan adsorben sehingga agar proses adsorpsi dapat berlangsung dengan baik, harus disediakan jeda waktu untuk dilakukan pendiaman. Setelah proses adsorpsi selesai, maka dilakukan penyaringan dengan media kertas saring yang bertujuan untuk memisahkan antara karbon yang telah mengadsorpsi sebagian asam dengan asam yang masih ada pada campuran. Kemudian, filtrat yang diperoleh dititrasi dengan menggunakan standar NaOH 0.1027 M untuk menentukan berapa banyak asam yang teradsorpsi oleh arang, untuk berikutnya ditentukan persamaan Freundlich, bagi masing-masing sistem isotherm adsorpsi. Beberapa faktor yang mempengaruhi adsorpsi ini adalah : 1. Karakteristik komponen sistem isotherm adsorpsi (adsorbat dan adsorben) Komponen adsorben dan adsorbat yang baik dapat menentukan kualitas dari sistem adsorpsi. Adsorben dengan luas pori atau porositas yang lebih besar dan adsorbat yang memiliki ukuran partikel yang lebih kecil dapat meningkatkan kualitas dari proses adsorpsi. Selain itu, interaksi antara adsorben dengan adsorbat juga dapat mempengaruhi kualitas adsorpsi. Adsorben dan adsorbat yang sama-sama memiliki sifat polar akan memiliki ikatan yang lebih kuat dibandingkan dengan yang berbeda sifat kepolarannya sehingga zat yang teradsorpsi akan semakin banyak. Selain itu, hal yang dapat mempengaruhi interaksi antara partikel adsorbat dengan adsorben adalah polarizing power cation, yaitu kemampuan suatu kation untuk mempolarisasi suatu anion di dalam ikatan kimia. Sifat polarizing power cation ini dimiliki dengan baik oleh ion logam dengan ukuran kecil dan muatan besar. 2. Temperatur Temperatur juga dapat mempengaruhi proses adsorpsi. Semakin tinggi temperatur, maka laju adsorpsi akan semakin cepat dikarenakan kenaikan energi kinetik yang menyebabkan gerakan tumbukan partikel menjadi semakin banyak sehingga proses adsorpsi berlangsung lebih cepat.
3. Konsentrasi adsorbat Semakin banyak adsorbat yang disediakan, maka semakin banyak zat yang mampu teradsorpsi oleh adsorben. Karena itu kemurnian zat berpengaruh dalam proses adsorpsi ini.
Setelah dilakukan pengolahan data, kita mendapat persamaan Freundlich bagi sistem adsorpsi untuk CH3COOH dan HCl. Untuk CH3COOH persamaan Freundlichnya adalah
sedangkan untuk HCl, persamaan Freundlichnya adalah . Dari kedua persamaan tersebut, kita dapat menyimpulkan bahwa pada
asam asetat proses adsorpsi berlangsung lebih baik daripada HCl. Padahal secara teoritis, HCl seharusnya memiliki teradsorpsi lebih banyak dibandingkan dengan CH3COOH. Hal ini didasarkan pada HCl yang merupakan asam kuat sehingga dengan mudah melepaskan ion-ionnya di dalam air. Cl merupakan spesi yang sangat elektronegatif atau memiliki kecenderungan untuk menarik elektron dengan kuat ke pihaknya sehingga ikatan Van der Waals yang terjadi pada HCl seharusnya lebih kuat dibandingkan pada CH3COOH. Selain itu partikel HCl lebih kecil daripada partikel CH3COOH. Namun pada percobaan ini adsorpsi pada CH3COOH dapat berlangsung dengan lebih baik. Selain itu, pada perhitungan data untuk adsorpsi CH3COOH dengan konsentrasi 0.0329 M, konsentrasi akhir setelah adsorpsi lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi awal. Adapun hal-hal tersebut dapat terjadi karena beberapa faktor sebagai berikut : 1. Waktu pendiaman berlangsung kurang optimal, sehingga HCl belum sepenuhnya teradsorpsi oleh arang. 2. Ketidaktelitian praktikan dalam menjalankan prosedur percobaan baik dalam menyiapkan bahan maupun membaca skala pada alat ukur sehingga data diperoleh dengan tidak akurat. 3. Pengocokan belum tentu terjadi secara homogen karena dilakukan oleh orang yang berbeda sehingga perlakuan yang diberikan tidak seragam. 4. Arang yang digunakan belum terlalu panas sehingga luas pori yang terbuka menjadi lebih kecil dari seharusnya dan jumlah zat yang teradsorpsi menjadi lebih sedikit.
Adapun, pada percobaan ini proses adsorpsi yang terjadi adalah adsorpsi fisik bukan adsorpsi kimia. Indikasi sederhana yang dapat dilihat adalah tidak terjadi produk dari hasil reaksi kimia pada percobaan ini dan yang terjadi hanyalah perubahan fasa saja.
VI.
Kesimpulan Persamaan Freundlich untuk CH3COOH adalah
dan untuk HCl adalah
VII. Daftar Pustaka Barrow, Gordon M. 1996. Physical Chemistry, 6th edition. New York: McGraw-Hill. Mantell, C.L. 1951. Chemical Engineering Series: Adsorption. New York: McGrawHill. http://en.wikipedia.org/wiki/Adsorption http://digilib.batan.go.id/sipulitbang/fulltext/2626.pdf http://www.damandiri.or.id/
VIII. Lampiran
PERTANYAAN 1. Apakah proses adsorpsi ini merupakan adsorpsi fisik atau khemoisorpsi? Proses adsorpsi ini merupakan adsorpsi fisik, karena di dalamnya tidak terjadi reaksi kimia antara asam dengan arang dan tidak terbentuk senyawa baru hasil produk dari reaksi kimia, juga berlangsung pada suhu yang relatf rendah. 2. Apakah perbedaan kedua jenis adsorpsi ini? Berikan beberapa contoh dari kedua jenis adsorpsi ini! Adsorpsi Fisik
Adsorpsi Kimia
Molekul terikat pada adsorben oleh gaya
Molekul terikat pada adsorben oleh ikatan
van der Waals
kimia
Mempunyai entalpi reaksi – 4 sampai – 40
Mempunyai entalpi reaksi – 40 sampai –
kJ/mol
800 kJ/mol
Dapat membentuk lapisan multilayer
Membentuk lapisan monolayer
Adsorpsi hanya terjadi pada suhu di bawah
Adsorpsi dapat terjadi pada suhu tinggi
titik didih adsorbat Jumlah adsorpsi pada permukaan
Jumlah adsorpsi pada permukaan
merupakan fungsi adsorbat
merupakan karakteristik adsorben dan adsorbat
Tidak melibatkan energi aktifasi tertentu
Melibatkan energi aktifasi tertentu
Bersifat tidak spesifik
Bersifat sangat spesifik
Reversibel
Reversibel pada suhu tinggi
(diambil dari http://amaliasholehah.files.wordpress.com/2008/05/kimiapermukaan1) Contoh : Adsorpsi fisik : pemurnian suatu pengotor dengan adsorben karbon aktif Adsorpsi kimia : 3. Apakah perbedaan yang terjadi pada pengaktifan arang dengan cara pemanasan? Pengaktifan arang dengan pemanasan bertujuan untuk mengaktifkan karbon dengan menguapkan pengotor yang bersifat volatile sehingga luas pori atau porositas akan bertambah dan terbentuk karbon aktif.
4. Bagaimana isotherm adsorpsi Freundlich untuk adsorpsi gas pada permukaan zat padat? Apa pembatasannya? Pada adsorpsi gas, jumlah adsorbat pada adsorben merupakan fungsi tekanan, berbeda
dengan
adsorpsi
cairan
yang
merupakan
fungsi
konsentrasi.
Pembatasannya adalah nilai volum tidak akan mencapai maksimum walaupun P nya telah dimaksimumkan. 5. Mengapa isotherm adsorpsi Freundlich untuk adsorpsi gas pada permukaan zat padat kurang memuaskan dibandingkan dengan isotherm adsorpsi Langmuir? Pada perhitungan isotherm adsorpsi Freundlich tidak memperhitungkan faktor temperatur saat dilakukannya proses adsorpsi sedangkan pada isotherm adsorpsi Freundlich diperhitungkan.
Artikel : Zeolit sebagai Mineral Serba Guna (http://www.chem-istry.org.artikel_kimia/kimia_material/zeolit_sebagai_mineral_serba_guna)
Zeolit (Zeinlithos) atau berarti juga batuan mendidih, di dalam riset-riset kimiawan telah lama menjadi pusat perhatian. Setiap tahunnya, berbagai jurnal penelitian di seluruh dunia, selalu memuat pemanfaatan zeolit untuk berbagai aplikasi, terutama yang diarahkan pada aspek peningkatan efektivitas dan efisiensi proses industri dan pencemaran lingkungan. Zeolit umumnya didefinisikan sebagai kristal alumina silika yang berstruktur tiga dimensi, yang terbentuk dari tetrahedral alumina dan silika dengan ronggarongga di dalam yang berisi ion-ion logam, biasanya alkali atau alkali tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas. Secara empiris, rumus molekul zeolit adalah Mx/n.(AlO2)x.(SiO2)y.xH2O. Struktur zeolit sejauh ini diketahui bermacammacam, tetapi secara garis besar strukturnya terbentuk dari unit bangun primer, berupa tetrahedral yang kemudian menjadi unit bangun sekunder polihedral dan membentuk polihendra dan akhirnya unit struktur zeolit. Karena sifat fisika dan kimia dari zeolit yang unik, sehingga dalam dasawarsa ini, zeolit oleh para peneliti dijadikan sebagai mineral serba guna. Sifat-sifat unik tersebut meliputi dehidrasi, adsorben dan penyaring molekul, katalisator dan penukar ion. Zeolit mempunyai sifat dehidrasi (melepaskan molekul H20) apabila dipanaskan. Pada umumnya struktur kerangka zeolit akan menyusut. Tetapi kerangka dasarnya tidak mengalami perubahan secara nyata. Disini molekul H2O seolaholah mempunyai posisi yang spesifik dan dapat dikeluarkan secara reversibel. Sifat zeolit sebagai adsorben dan penyaring molekul, dimungkinkan karena struktur zeolit yang berongga, sehingga zeolit mampu menyerap sejumlah besar molekul yang berukuran lebih kecil atau sesuai dengan ukuran rongganya. Selain
itu kristal zeolit yang telah terdehidrasi merupakan adsorben yang selektif dan mempunyai efektivitas adsorpsi yang tinggi.
Aplikasi Zeolit Seperti telah disinggung diatas, bahwasanya dalam dasawarsa ini, zeolit telah dimanfaatkan secara luas oleh masyarakat. Berikut adalah beberapa contoh aplikasinya : Bidang/Sektor
Aplikasi Penetral keasaman tanah, meningkatkan aerasi tanah, sumber mineral
Pertanian
pendukung pada pupuk dan tanah, serta sebagai pengontrol yang efektif dalam pembebasan ion amonium, nitrogen, dan kalium pupuk. Meningkatkan nilai efisiensi nitrogen, dapat mereduksi penyakit
Peternakan
lembuhg pada hewan ruminensia, pengontrol kelembaban kotoran hewan dan kandungan amonia kotoran hewan.
Perikanan
Membersihkan air kolam ikan yang mempunyai sistem resikurlasi air, dapat mengurangi kadar nirogen pada kolam ikan. Sebagai katalis pada proses pemecahan hidrokarbon minyak bumi,
Energi
sebagai panel-panel pada pengembangan energi matahari, dan penyerap gas freon. Pengisi (filler) pada industri kertas, semen, beton, kayu lapis, besi baja,
Industri
dan besi tuang, adsorben dalam industri tekstil dan minyak sawit, bahan baku pembuatan keramik.
Resume Artikel
Zeolit adalah kristal alumina silika yang berstruktur tiga dimensi, yang terbentuk dari tetrahedral alumina dan silika dengan rongga-rongga di dalam yang berisi ionion logam. . Secara empiris, rumus molekul zeolit adalah Mx/n.(AlO2)x.(SiO2)y.xH2O. Zeolit dikenal dengan kemampuannya untuk menghidrasi dan juga sebagai adsorben yang baik. Hal ini dimungkinkan karena ia memiliki rongga-rongga di dalamnya yang dapat digunakan sebagai tempat terikatnya partikel adsorbat pada proses adsorpsi. Karena kemampuannya sebagai adsorben ini maka zeolit sering digunakan untuk menghilangkan pengotor-pengotor ataupun bau pada produk yang hendak diolah. Beberapa aplikasi penggunaan zeolit dengan menggunakan prinsip adsorpsi adalah menetralkan keasaman tanah, penghilangan limbah
logam dalam air, mengurangi kadar nitrogen dalam kolam ikan, dll
