BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dewasa ini, semakin banyaknya industri maka semakin banyak limbah yang dihasilkan dari industri tersebut. Limbah industri apabila dibiarkan akan menyebabkan pencemaran lingkungan yang berakibat fatal bagi kelangsungan makhluk hidup. Limbah yang beracun dapat mengganggu kesehatan manusia dan makhluk hidup lain bahkan bisa mengakibatkan kematian. Salah satu limbah yang beracun dan berbahaya adalah limbah fenol. Fenol bersifat korosif dan iritatif terhadap kulit. Upaya untuk menanggulangi limbah fenol adalah dengan proses adsorpsi. Adsorpsi adalah proses penyerapan adsorbat dari suatu adsorben. Adsorbat yang umum digunakan adalah karbon aktif, karena karbon aktif memiliki adsorpsi yang besar, mudah diaplikasikan, dan harganya relatif murah. Karbon aktif yang digunakan dapat berupa sabut kelapa, tempurung kelapa, dan kulit ubi kayu. Proses adsorpsi akan memisahkan limbah fenol dengan zat lain sehingga limbah yang dihasilkan tidak merusak dan berbahaya bagi lingkungan sekitar.
1.2 Prinsip dan Aplikasi Percobaan Proses adsorpsi isoterm menurut Freundlich didasarkan pada pengukuran banyaknya zat yang teradsoprsi pada suatu adsorben pada suhu tetap, yaitu dengan cara mengaktifkan karbon lalu mencampurkannya dengan asam dan dikocok pada selang waktu tertentu. Setelah itu disaring dan diambil filtratnya. Filtrat kemudian ditambah indikator pp dan dititrasi dengan NaOH. Reaksi yang terjadi pada percobaan ini adalah CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O HCl+NaOH NaCl +H2O Aplikasi isoterm dalam kehidupan sehari-hari adalah emisi gas CO2 yang berasal dari kendaran bermotor dan terakumulasi di atmosfer sehingga mengakibatkan pemanasan global. Dengan adsorpsi maka gas CO2 dapat dipisahkan dri gas lainnya. 1.3 Tujuan Percobaan Menentukan adsorpsi isoterm menurut Freundlich bagi proses adsorpsi asam asetat pada arang.
1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Adsorpsi Adsorpsi adalah gejala pengumpulan molekul-molekul suatu zat pada permukaan lain sebagai akibat dari ketidakjenuhan gaya-gaya pada permukaan tersebut. Untuk adsoprsi dalam larutan, jumlah zat yang teradsorpsi bergantung pada bebrapa faktor : jenis adsorben, jenis adsorbat atau zat yang teradsorpsi, luas permukaan adsorben, konsentrasi zat terlarut, dan temperatur. Bagi suatu sistem adsorpsi tertentu hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi per satuan luas atau per satuan berat adsorben dengan konsentrasi zat terlarut pada temperatur tertentu disebut isoterm adsorpsi. Oleh Freundlich, adsorpsi dinyatakan sebagai : (Bird, 1993) .... (1) log
. ... (2)
Dimana x adalah jumlah zat teradsorpsi m jumlah adsorben dalam gram, C konsentrasi zat terlarut dalam larutan tercapai kesetimbangan adsorpsi , k tetapan, n tetapan. (Bird, 1993) Kinetika adsorpsi menyatakan adanya proses penyerapan suatu zat oleh adsorben dalam fungsi waktu. Adsorpsi terjadi pada permukaan zat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada zat padat. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat cair. Mempunyai gaya adsorpsi. Adsorpsi yang diserap hanya pada permukaan saja. (Sukardjo, 1990) Ada dua macam adsorpsi, yaitu : (Sukardjo, 1990) a. Adsorpsi fisika, yaitu adsorpsi yang disebabkan adanya gaya van der waals yang ada pada permukaan adsorben. Panas adsorpsi fisika biasanya rendah dan lapisan yang terjadi pada permukaan adsorben biasanya lebih dari satu molekulnya. b. Adsorpsi kimia, yaitu adsorpsi yang terjadi karena reaksi antara zat yang diserap dengan adsorben. Lapisan molekul pada permukaan adsorben hanya satu lapis panas adsorpsinya tinggi. 2.2 Adsorpsi Isotermal Isoterm adsorpsi merupakan keadaan kesetimbangan yaitu tidak ada lagi perubahan konsentrasi adsorbat baik di fase terjerap maupun fase gas atai cair. Isoterm adsorpsi biasanya digambarkan dalam bentuk kurva berupa plot distribusi kesetimbangan adsorbat antara fase padat dengan fase gas atau cair pada suhu konstan. (Kundari, et al, 2008) Proses adsorpsi yang terjadi pada kimisorpsi, partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan
2
koordinasinya dengan substrat. Peristiwa ini disebabkan oleh gaya tarik molekul-molekul di permukaan adsorbens. (Keenan, 1999)
2.3 Persamaan Adsorpsi Model isoterm Freundlich digunakan untuk permukaan energi sistem yang heterogen dan untuk multi lapisan adsorpsi dengan interaksi antara molekul adsorbat. Isoterm Freundlich dapat digambarkan dengan persamaan : (Piccin,et al, 2011) ln (qe) = ln (Kf) +
..... (3)
Model isoterm Langmuir adalah pengenmbangan dari gambaran untuk gas padat pada fasa adsorpsi menjadi karbon aktif. Langmuir isoterm merujuk ke arah adsorpsi homogen yang masingmasing molekul mempunyai entalpi dan tenaga pengaktifan. (Foo, et al, 2010)
2.4 Adsorben dan Adsorbat Adsorben adalah zat yang mengadsorpsi zat lain. Adsorben memiliki ukuran partikel seragam, kepolarannya sama dengan zat yang diserap dan mempunyai berat molekul yang lebih besar. Arang yang digunakan untuk penyerap non polar. Arang digunakan untuk menghilangkan zat-zat warna dalam larutan. (Khopkar, 1990) Semakin luas permukaan dari suatu adsorben yang digunakan makin banyak yang dapat diserap. Luas permukaan sukar ditentukan sehingga biasanya daya serap dihitung tiap satuan massa adsorben. Daya serap zat padat terhadap gas dapat tergantung jenis adsorben, jenis gas, dan lainlain. (Atkins, 1990).
2.5 Titrasi asam basa Titrasi adalah proses pencampuran larutan yang kosentrasinya telah diketahui dengan larutan yang kosentrasinya belum diketahui. Analisa titrimetri mencakup asidimateri-alkalimetri. Asidimetri adalah penitrasian larutan basa dengan menggunakan larutan baku asam yang konsentrasinya diketahui. Alkalimetri adalah penitrasian larutan asam dengan menggunakan larutan basa standar yang konsentrasinya telah diketahui. (Basset, 1994) Reaksi penetrlan asam basa paling umum dilakukan apabila menggunakan prosedur titrasi. Percobaan titrasi suatu larutan yang diketahui secara pasti konsentrasinya disebut larutan standar. Ditambahkan secara bertahap ke larutan lain yang konsentrasinya belum diketahui sampai reaksi kimia antara kedua larutan tersebut berlangsung sempurna. (Chang, 2005)
3
2.6 Karbon Aktif Karbon aktif atau arang aktif terbuat dari karbon yang dihasilkan melalui penyulingan memusnah (destruktif) bahan organik, bentuknya berporipori. Arang aktif ialah arang yang telah diaktifkan untuk penyerapan, diolah dengan memberi uap atau memansakannya dalam vakum. (Wertheim, 2000) Arang merupakan adsorben yang paling banyak dipakai untuk menyerap zat-zat di dalam larutan. Zat ini banyak digunakam untuk menghilangkan zat-zat warna dalam larutan. Penyerapan zat dari larutan bersifat selektif, yang diserap hanya zat terlarut dan pelarut. Bila di dalam larutan ada dua zat atau lebih, zat yang satu akan diserap lebih kuat dari yang lain. Makin kompleks zat yang terlarut, maka makin kuat diserap oleh adsorpsi. (Sukardjo,1990)
4
BAB III METODOLOGI 3.1 Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah erlenmeyer 250 ml, erlenmeyer bertutup 250 ml, pipet volemu 10 ml, pipet volume 25 ml, buret dan klem buret 50 ml, botol semprot, batang pengaduk, spatula, pipet tetes, dan termometer. Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah akuades (H2O) asam asetat (CH3COOH), asam klorida (HCl), indikator fenolftalein (C20H14O4), karbon aktif, dan natrium hidroksida (NaOH) 3.2 Analisa Bahan 3.2.1 Akuades (H2O) Pelarut polar universal tak berwarna. Titik didih 1000C dan titik beku 00C. Konstanta dielektrik paling tinggi, netral, dan komposisi kalornya lebih tinggi dibandingkan larutan lain. Aman apabila terkena kulit. (Daintith, 1994) 3.2.2 Asam asetat (CH3COOH) Cairan krisral jenuh atau padatan dengan bau tajam khas cuka. Digunakan dalam pembuatan anhidra etanoat untuk menghasilkan selulosa etanoat. Titik beku 16,60C dan titik didih 118,10C. Bahaya : iritasi mata dan iritasi kulit. Pertolongan : mencuci bagian yang terkena asam sengan air dan pertolongan medis. (Basri, 2003) 3.2.3 Asam Klorida (HCl) Asam klorida merupakan gas berasap tanpa warna. Memiliki titik leleh -114 o C, dan titik didih -85 o C. senyawa ini dapat dibuat dengan memanaskan natrium klorida dengan asam sulfat pekat. Asa klorida adalah asam kuat yang terionisasi sempurna dalam air. Bersifat korosif dan merupakan asam monokromatik. Bahaya : merusak jaringan tubuh, iritasi kulit (melepuh) dan iritasi mata. Pertolongan : mencuci bagian yang terkena asam dengan air selama 15 menit. (Daintith. 1994) 3.2.4 Indikator Fenolptalein (Indikator PP) Indikator fenolpthalein merupakan asam yang sangat lemah dalam keadaan yang tidak terionosasi indikator. Jika dalam lingkup basa indikator akan terionisasi lebih banyakdan memberi warna terangpada anionnya. Rentang pHnya 8,3 – 9,6. Sukr larut dalam air, larut didalam kloroform, alkohol, dan eter (Day dan Underwood. 1981). 3.2.5 Karbon aktif Karbon aktif merupakan jenis adsorben paling tua dan paling luas penggunaannya. Zat ini banyak digunakan di pabrik untuk menghilangkan zat-zat warna dalam larutan. (Sukardjo, 1998) 5
3.2.6 Natrium Hidroksida Padatan putih, titik beku 3180C rapatan 2,13 gram/cm3. Bereaksi dengan air. Jika dibiarkan diudara akan menyerap air dengan cepat atau biasa disebut dengan higrokopis. Bahaya : iritasi mata, kulit terbakar, dan pneuomonitis. Pertoongan : cuci dengan air bagian yang terkena NaOH dan hirup udara segar apabila terhirup NaOH. (Daintitih, 1994)
3.3 Prosedur Percobaan a. Pembuatan Larutan NaOH Padatan NaOH ditimbang untuk membuat larutan NaOH 0,1M. kemudian dilarutkan didalam akuades sebanyak tepat 500 mL menggunakan labu ukur. b. Pembuatan larutan asam klorida dan asam asetat Larutan asam asetat dan asam klorida pekat 0,5M diambil lalu encerkan menggunakan akuades dan ditepatkan 50 mL dengan menggunakan labu ukur. Larutan dimasukkan ke erlenmeyer. Pengenceran dilakukan dengan variasi konsentrasi 0,5M; 0,250M ; 0,125M ; 0,0625M ;dan 0,0313M dan masing-masing dimasukkan ke erlenmeyer. c. Penentuan adsorpsi Sebanyak 0,5 gram karbon aktif yang sudah dihaluskan dimasukkan ke erlenmeyer yang sudah berisi asam asetat dan asam klorida. Masing-masing erlenmeyer ditambahkan 0,5 gram karbon aktif. Dilakukan shaker untuk larutan asam asetat dan asam klorida yang telah ditambah karbon aktif, selama satu menit pengocokan dengan interval waktu 10 menit selama tiga kali. Disaring larutan tersebut dengan kertas saring dan diambil 10 ml masing-masing filtratnya.Indikator pp ditambahkan ke tiap larutan dan dilakukan titrasi dengan NaOH hingga terjadi perubahan warna. 3.4 Rangkaian Alat
BURET
STATIF
ERLENMEYER
6
BAB IV HASIL DAN PEMBAHSAAN 4.1 Hasil Tabel 4.1 Titrasi CH3COOH oleh NaOH MCH3COOH(M)
VCH3COOH(ml)
VNaOH(titrasi)ml
0,50
10
27
0,250
10
10,8
0,125
10
5,8
0,0625
10
2,7
0,0313
10
1,8
MHCl(M)
VHCl(ml)
VNaOH(titrasi)ml
0,50
10
46,9
0,250
10
24,8
0,125
10
11,9
0,0625
10
5,9
0,0313
10
3
Tabel 4.2 Titrasi HCl oleh NaOH
4.2 Pembahasan Adsorpsi
adalah
proses
fisik
atau
kimia
dimana
senyawa
berakumulasi
di
permukaan(interface) antar dua fase. Interface merupakan suatu lapisan yang homogen antara dua permukaan yang saling berkontak. Substansi yang diserap disebut adsorbat sedangkan material yang berfungsi sebagai penyerap disebut adsorben. Ada dua macam adsorpsi, yaitu : a. Adsorpsi fisika: ikatan Van der Walls, Reversible, karena proses penyerapan dapat lepas kembali ke dalam pelarut, Kalor adsorpsi kecil yaitu 5-10 kkal/mol, Kecepatan pembentukan ikatan cukup tinggi, Regenerasi dapat dilakukan, Terjadi pada suhu rendah, makin tinggi suhu tingkat penyerapan semakin kecil. b. Adsorpsi kimia: ikatan kimia irreversible, karena proses penyerapan tidak dapat dilepas kembali ke dalam pelarut, Kalor adsorpsi besar yaitu 10-100 kkal/mol, Kecepatan pembentukan ikatan bisa lambat bisa cepat, tergantung besarnya energi aktivasi. Regenerasi tidak dapat dilakukan, Terjadi pada suhu tinggi, makin tinggi suhu tingkat penyerapan semakin besar. Perbedaan adsorpsi dengan absorpsi adalah terletak pada daerah penyerapan. Adsorpsi di luar permukaan sedangkan absorpsi daya serapnya hingga keseluruh bagian dalam zat. 7
Proses adsorpsi isoterm menurut Freundlich didasarkan pada pengukuran banyaknya zat yang teradsoprsi pada suatu adsorben pada suhu tetap, yaitu dengan cara mengaktifkan karbon lalu mencampurkannya dengan asam dan dikocok pada selang waktu tertentu. Setelah itu disaring dan diambil filtratnya. Filtrat kemudian ditambah indikator pp dan dititrasi dengan NaOH. Karbon aktif adalah arang yang sudah diaktifkan sehingga memiliki daya serap yang tinggi. Karbon aktif terdiri dari 85%-95% bahan karbon. Prinsip kerja dari karbon aktif yaitu mengadsorpsi senyawa kimia tertentu dengan tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan karbon aktif. 4.2.1 Analisi Prosedur b. Penentuan Adsorpsi Percobaan kali ini menggunakan adsorpsi fisika, karena asam asetat dan asam klorida tidak membentuk ikatan dengan karbon aktif yang menghasilkan zat baru, namun hanya memiliki gaya van der waals antara adsorbat dan adsorben. Perbedaan adsorpsi kimia dan adsorpsi fisika yaitu adsorpsi kimia membentuk ikatan kimia sehingga menghasilkan zat baru sedangkan adsorpsi fisika hanya terdapat ikatan van der waals antara adsorbat dan adsorben. Contoh adsropsi kimia adalah pembuatan karbon aktif dari kulit ubi kayu yang menggunakan senyawa kimia untuk memutuskan rantai karbon senyawa organik menjadi karbon. Karbon aktif yang telah dihaluskan dimasukkan ke erlenmeyer yang berisi asam asetat dan asam klorida. Penghalusan berfungsi untuk memperluas permukaan adsorben, karena luas permukaan merupakan faktor yang mempengaruhi banyaknya zat yang diadsorpsi, semakin kecil molekul absorben, makin luas bidang serapan absorben tersebut. Masing-masing erlenmeyer ditambahkan 0,5 gram karbon aktif. Pada percobaan ini tidak dilakukan pemanasan karbon aktif terlebih dahulu untuk mengaktifkannya, karena karbon aktif yang digunakan adalah Norit, yaitu absorben siap pakai (telah diaktifkan). Adsorben dalam erlenmeyer yang telah bercampur dengan larutan harus ditutup agar absorben tidak menyerap udara. Apabila absorben menyerap udara, maka daya serapnya terhadap larutan menjadi berkurang/ menjadi jenuh, sehingga penyerapan konsentrasi asam tidak maksimal. Dilakukan shaker/ pengocokan agar absorben tercampur merata pada larutan sehingga mampu menyerap konsentrasi asam pada larutan. Selama 10 menit larutan didiamkan, karena pada saat didiamkan karbon aktif akan menyerap konsentrasi asam pada larutan. Karbon aktif sebagai adsorben memiliki kapasitas adsorpsi hingga adsorben sudah tidak mampu mengadsorpsi lagi (jenuh). Larutan tersebut disaring untuk memisahkan antara adorben dan filtratnya. Filtrat merupakan larutan hasil adsorpsi yang telah terpisah dari absorbennya. Indikator pp ditambahkan ke tiap filtrat dan dilakukan titrasi dengan NaOH hingga terjadi perubahan warna.
8
Titrasi merupakan penambahan larutan pentiter/ titran ke larutan titrat dengan bantuan indikator yang sesuai hingga terjadi perubahan warna yang mengindikasikan telah terjadi titik ekivalen dan titik akhir titrasi. Tujuan titrasi adalah untuk mengetahui konsentrasi larutan. Penambahan fenolftalein ke dalam filtrat untuk mengetahui titik akhir titrasi sehingga didapatkan volume NaOH dan konsentrasi asam dapat dihitung. Digunakan indikator pp karena rentang pH indikator pp berkisar antara 8,3-10 dan titrasi dilakukan dengan menggunakan larutan standar basa (alkalimetri). Titrasi dihentikan saat terjadi perubahan warna. Terjadinya perubahan warna menandakan sudah terjadi titik akhir titrasi. Sebelum terjadi titik akhir titrasi terjadi titik ekuivalen yaitu dimana jumlah mol ekivalen asam sama dengan jumlah ekivalen mol basa. Mekanisme perubahan warna pada indikator pp adalah
a. Bening (asam)
b. Merah muda(basa)
Gambar 1. Mekanisme perubahan warna pada indikator fenolftalein 4.2.2 Analisis Hasil Pengenceran dilakukan sebanyak lima kali sehingga diperoleh variasi konsentrasi yang berbeda beda. Varisai konsentrasi bertujuan untuk mengetahui hubungan antara variasi konsentrasi dengan daya adsorpsi. Berdasarkan perhitungan, semakin tinggi konsentrasi semakin banyak konsentrasi asam yang diserap karbon aktif. Begitu pula pada asam lemah(CH3COOH) dan asam kuat(HCl). Hasil dari percobaan adsorpsi HCl dengan adsorpsi CH3COOH menunjukan bahwa penyerapan HCl lebih banyak dari pada penyerapan CH3COOH karena HCl adalah asam kuat. Penurunan pH akan meningkatkan daya adsorpsi, karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut berkurang. Grafik pengaruh konsentrasi terhadap kapasitas adsorpsi karbon aktif untuk HCl adalah semakin menurun konsentrasi HCl, maka semakin sedikit juga HCl yang teradsorpsi. Persamaan garis yang diperoleh adalah y = 1,206x - 0,323, yang merupakan tetapan Freundlich. Grafik pengaruh konsentrasi terhadap kapasitas adsorpsi karbon aktif pada CH3COOH adalah semakin menurun konsentrasi CH3COOH, maka semakin sedikit CH3COOH yang teradsorpsi. Namun pada konsentrasi log c = 0,008 CH3COOH adsorpsi meningkat. Hal ini disebabkan karena ketidaktepatan saat titrasi, hingga mempengaruhi konsentrasi CH3COOH yang teradsorpsi. Persamaan garis untuk grafik ini adalah y = 0,811x - 0,195 ( tetapan Freundlich).
9
BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa : a. Konsentrasi HCl yang diserap pada konsentrasi awal 0,5 M adalah 0,281 M. Konsentrasi yang diserap pada konsentrasi awal 0,25 M adalah 0,164 M. Konsentrasi yang diserap pada konsentrasi awal 0,125 M adalah 0,073 M. Konsesntrasi yang diserap pada konsesntrasi awal 0,0625M adalah 0,031 M. Konsesntrasi yang diserap pada konsentrasi awal 0,0313 M adalah 0,014 M b. Konsentrasi CH3COOH yang diserap pada konsentrasi awal 0,5 M adalah 0,428 M. Konsentrasi CH3COOH yang diserap pada konsentrasi awal 0,25 M adalah 0,078 M. Konsentrasi CH3COOH yang diserap pada konsentrasi awal 0,125M adalah 0,074 M. Konsentrasi CH3COOH yang diserap pada konsentrasi awal 0,0625M adalah 0,038 M. Konsentrasi CH3COOH yang diserap pada konsentrasi awal 0,0313M adalah 0,027 M 5.2 Saran Percobaan selanjutnya disarankan untuk mengukur adsorpsi dari suatu larutan basa lemah dan basa kuat. Contohnya NaOH dan NH4OH.
10
DAFTAR PUSTAKA Atkins, P.W. 1990. Kimia Fisika. Edisi 4. Penerjemah: Kartohadiprojo. Erlangga. Jakarta. Bird, T. 1993. Kimia Fisika untuk Universitas. Pt. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta Chang,R. 2005. Kimia Dasar. Edisi 3. Jilid 1. Erlangga. Jakarta. Daintith,J. 1994. Kamus Lengkap Kimia. Erlangga. Jakarta Foo,K.Y. and B.H. Hameed. Insight into the Modeling of Adsorption Isotherm Systems. Chemical Engineering Journal. Vol.2.156. Keenan,C.W., D.C. Kleinfelter, dan J.H. Nood. 1984. Kimia untuk Universitas. Erlangga. Jakarta. Khopkar,S.M.1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. UI.Press. Jakarta. Kundari,N.A dan Slamet Wiyuniati. 2008. Tinjauan Kesetimbangan Adsorpsi Tembaga dalam Limbah Pencuci PCB dengan Zeolit.Seminar Nasional IV.ISSN 1978-0176 Piccin,J.S.,
G.L.
Dotto,
and
L.A.A.Pinto.2011.
Adsorption
Isotherm
and
Thermochemical Data of FD and C Red N0 40 Binding by Chitosan. Brazilian Journal of Chemical Engineering. Vol .28. No. 02,PP 295-304 Sukardjo. 1990. Kimia Anorganik. Rineka Cipta. Jakarta. Wertheim,J. 2000. Kamus Kimia Bergambar. Erlangga. Jakarta.
11
