LAPORAN UOP 2 DIFUSI
Kelompok : 6
Alristo Sanal
1106070836
Galih Mery Damaiati
1206314610
Ratna Dewi Verinasari
1106070893
Willi Yaohandy
1106052991
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK 2014
DIFUSI
Page 1
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT karena atas berkat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan laporan akhir modul difusi ini. Dalam kesempatan ini, kami mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan makalah Industri Kertas ini. Pihak-pihak yang turut membantu penulisan antara lain: 1. Tim dosen pengampu mata kuliah praktikum unit operasi proses 2 yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, dukungan dan nasihat dalam pembuatan makalah ini 2. Kedua orang tua dan keluarga penulis yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada penulis Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan makalah ini, oleh sebab itu saya memohon maaf apabila terjadi kesalahan teknis maupun non teknis didalam makalah ini. Akhir kata, saya berharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak.
Terimakasih Depok, April 2014
Tim Penulis
DIFUSI
Page 2
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................... .................................................................. ............................................. ..................................... ............... 2 DAFTAR ISI ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. .............................. ....... 3
................................................................ ............................................ .................................. ............ 4 BAB I PENDAHULUAN .......................................... 1.1 Tujuan Percobaan ................................................. ....................................................................... ............................................ .............................. ........ 4 1.2 Prinsip Kerja Percobaan ........................................... ................................................................. ............................................ .......................... .... 4 1.3 Prosedur Percobaan ..................................................... ........................................................................... ............................................. ....................... 5 1.3.1 Prosedur Percobaan Difusi Dif usi Gas - Cair ............................................. ............................................................ ............... 5 1.3.2 Prosedur Percobaan Difusi Cair - Cair ............................................... ........................................................... ............ 6 1.4 Kegunaan Alat dan Bahan ........................................... .................................................................. ............................................. ...................... 7 1.4.1 Difusi Gas - Cair .......................... ................................................ ............................................ ............................................ ........................ 7 1.4.2 Difusi Cair - Cair ................................................... ......................................................................... ......................................... ................... 7 .................................................................. ............................................ .................................. ............ 8 BAB II DASAR TEORI ............................................ 2.1 Difusi Fasa Cair ........................................... .................................................................. ............................................. ..................................... ............... 10 2.2 Difusi Fasa Gas ................................................... ......................................................................... ............................................ .............................. ........ 13 BAB III DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA ................................. ................................ 20
3.1 Data Pengamatan .......................................... ................................................................ ............................................ ..................................... ............... 20 3.1.1 Percobaan Difusi Gas – Gas – Cair Cair Pada Suhu 50 oC............................................. C................................................ ... 20 3.1.2 Percobaan Difusi Gas – Gas – Cair Cair Pada Suhu 60 oC............................................. C................................................ ... 20 3.1.3 Percobaan Difusi Cair – Cair – Cair Cair Dengan KCl 1 M ............................................. ............................................. 21
DIFUSI
Page 3
3.1.4 Percobaan Difusi Cair – Cair – Cair Cair Dengan KCl 1 M ............................................. ............................................. 21 3.2 Pengolahan Data ........................................... ................................................................. ............................................ ..................................... ............... 22 3.2.1 Percobaan Difusi Gas – Gas – Cair Cair Pada Suhu 50 oC............................................. C................................................ ... 22 3.2.2 Percobaan Difusi Gas – Gas – Cair Cair Pada Suhu 60 oC............................................. C................................................ ... 27 3.2.3 Percobaan Difusi Cair – Cair – Cair Cair Dengan KCl 1 M ............................................. ............................................. 32 3.2.4 Percobaan Difusi Cair – Cair – Cair Cair Dengan KCl 1 M ............................................. ............................................. 35 .................................................................. ............................................ ......................................... ................... 38 BAB IV ANALISIS ............................................ 4.1 Analisis Percobaan ................................... ......................................................... ............................................ ......................................... ................... 38 4.2 Analisis Pecobaan dan Hasil .......................................... ................................................................. ......................................... .................. 42 4.2.1 Analisis Difusi Gas – Gas – Cair Cair ............................................................... .............................................................................. ............... 42 4.2.1 Analisis Difusi Cair – Cair – Cair Cair ........................................... .................................................................. .................................. ........... 46 4.3 Analisis Alat dan Bahan .......................................... ................................................................. ............................................. ......................... ... 49 4.3.1 Analisis Difusi Gas – Gas – Cair Cair ............................................................... .............................................................................. ............... 49 4.3.1 Analisis Difusi Cair – Cair – Cair Cair ........................................... .................................................................. .................................. ........... 51 4.4 Analisis Kesalah ............................ .................................................. ............................................ ............................................ .............................. ........ 53 4.4.1 Analisis Difusi Gas – Gas – Cair Cair ............................................................... .............................................................................. ............... 53 4.4.1 Analisis Difusi Cair – Cair – Cair Cair ........................................... .................................................................. .................................. ........... 53 .................................................................. ............................................ ......................................... ................... 54 BAB III PENUTUP ............................................ 3.1 Kesimpulan................................................ ...................................................................... ............................................ ......................................... ................... 54
DIFUSI
Page 4
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Tujuan Percobaan
Praktikan mampu menggunakan persamaan dasar perpindahan massa (Hukum Fick) untuk mengetahui dan menentukan koefisien difusivitas pada fenomena difusi gas-cair dan difusi cair-cair. 1.2
Prinsip Kerja Percobaan
Praktikan akan mengamati proses difusi fasa gas (menggunakan aseton volatil dan udara bebas) dan juga difusi fasa cair (menggunakan larutan KCl KCl 1M dan aquades) aquades) kemudian memonitor dan mencatat parameter yang menunjukkan intensitas terjadinya peristiwa difusi. Untuk difusi fasa gas parameter yang perlu dicatat adalah level cairan dan untuk difusi fasa cair, parameternya adalah konduktivitas. Dengan mencatat parameter – parameter – parameter parameter terjadinya difusi pada kedua fasa, Praktikan dapat mengolah data tersebut untuk menentukan koefisien difusivitas keduanya. Dalam praktikum ini, Praktikan juga dapat mengetahui pengaruh suhu terhadap proses difusi pada fasa gas dan pengaruh konsentrasi larutan KCl terhadap proses difusi pada fasa c air.
DIFUSI
Page 5
1.3
Prosedur Percobaan
1.3.1 Prosedur Difusi Gas - Cair
Mengisi kapiler n 35 mm dengan cairan aseton murni.
Merendam tabung kapiler dalam wadah waterbath, dan memasang termometernya pada waterbath.
Mengatur jarak mikroskop dengan tangki (20-30 mm) dan men atur lensa a ar miniskus terlihat terbalik.
Mengatur sliding vernier scale pada skala tertentu.
Men alakan
om a udara, kemudian mencatat level.
Menyalakan temperatur kontroler dan mengatur pada temperatur 50 0C, lalu menunggu hingga temperatur mencapai steady state.
Mengulangi
percobaan
untuk suhu aseton 60 0C. Mencatat waktu (t) dan level cairan setiap interval waktu 3 menit.
DIFUSI
Page 6
1.3.2 Prosedur Difusi Cair Cair
Mengisi sel difusi dengan larutan KCl 1
Membersihkan cairan yang berlebih pada luar sel difusi.
Menempatkan sel difusi ke dalam tangki, lalu atur kedudukan sel horizontal sedikit di bawah aris tan ki.
Men isi tan ki den an a uades. Mengulangi untuk konsentrasi KCl 2M. Memasang konduktometer.
Menyalakan pengaduk dengan kecepatan sedang agar konsentrasi merata.
Mencatat konduktivitas setiap interval 3 menit dalam waktu 30 menit.
DIFUSI
Page 7
1.4
Kegunaan Alat dan Bahan
1.4.1 Difusi Gas - Cair
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu: Pipa kapiler berbentuk T yang berfungsi sebagai tempat aseton dan wadah
proses difusi. Water bath dengan heater yang digunakan untuk menaikkan temperatur dari
aseton saat pipa dicelupkan.
Thermometer yang digunakan untuk mengukur 8embrane8l8 water bath.
Thermostat yang digunakan untuk menjaga agar 8embrane8l8 water bath agar tetap. Pompa yang digunakan untuk mengalirkan udara secara 8embrane8l pada pipa
kapiler.
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur perubahan ketinggian dari aseton.
Aseton yang digunakan sebagai zat yang berdifusi.
1.4.2
Difusi Cair-Cair
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu: Sel difusi
Berfungsi sebagai tampat larutan KCl dimana terdapat 8embrane semipermeabel pada salah satu ujungnya untuk melewatkan larutan KCl tersebut.
Water bath Berfungsi sebagai tempat deionizad water.
Konduktometer Digunakan untuk mengukur konduktansi dari larutan selama percobaan.
Pengaduk Digunakan untuk mengaduk deionized water sehingga ion-ion K + dan Cl -akan teraduk dan terdispersi sempurna.
Larutan KCL Digunakan sebagai zat yang terionkan yang selanjutnya akan berdifusi.
DIFUSI
Page 8
BAB II DASAR TEORI
Difusi merupakan peristiwa perpindahan massa yang berpindah dari suatu keadaan yang memiliki konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Perpindahan massa yang terjadi dapat berlangsung dalam fasa gas maupun dalam fasa cair. Peristiwa difusi akan terus berlangsung hingga tercapainya kondisi kesetimbangan antara dua keadaan dimana sebelumnya terdapat perbedaan besarnya konsentrasi suatu komponen pada masing-masing keadaan. Oleh karena itu proses difusi akan dapat berlangsung secara kontinyu apabila dipertahankan perbedaan (gradien) konsentrasinya antara kedua keadaan tersebut. Hal ini dapat dilakukan dengan mengalirkan fluida yang merupakan tempat akan berdifusinya suatu molekul.
Gambar 2.1.Difusi dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah
Secara garis besar terdapat dua jenis difusi; yaitu difusi molekular dan difusi konvektif. Difusi molekular adalah perpindahan massa yang paling dasar dimana suatu molekul – molekul A berpindah dalam molekul – molekul B (biasanya pelarut) karena perbedaan gradien konsentrasi. Pada gambar 1b dapat dilihat bahwa gerak dari bawah ke atas dari molekul A terjadi karena area relatif atas lebih sedikit molekul A dibandingkan area yang relatif bawah (lebih banyak molekul A). Karena pergerakan melekul berlangsung dalam gerakan acak, maka pergerakan molekul sering disebut sebagai Random-Walk Process.
DIFUSI
Page 9
Gambar 2.2. (Atas) Peristiwa sederhana merepresentasikan difusi. (Bawah) Randon-
walk process pada difusi. Pada gambar 2.2 merupakan peristiwa yang terjadi saat tidak ada pengadukan atau pergolakan dalam badan larutan. Ini artinya molekul – molekul B yang dilalui oleh molekul – molekul A berada dalam keadaan stagnan atau cenderung diam satu sama lain. Pada saat difusi terjadi pada lapisan – lapisan cairan stagnan, difusi ini dinamakan difusi molekular. Untuk difusi semacam ini, Hukum Fick berlaku untuk meregulasi perpindahan massa yang terjadi pada difusi molekul A diantara molekul B tersebut dengan campuran molekul A dan B.
(1)
dimana :
fluks molar komponen A pada arah molekular sumbu z () difusi molekular molekul A melalui molekul – molekul B () jarak difusi () konsentrasi A dan B () DIFUSI
Page 10
fraksi mol dari A dalam campuran A dan B ( ) Jika tetap maka dengan mengingat ;
(2)
Dengan mensubstitusi persamaan Hukum Fick tadi dengan persamaan diatas, akan didapatkan persamaan difusi untuk konsentrasi konstan :
(3)
Persamaan diatas digunakan sangat luas dalam proses – proses skala mikroskopik, laboratorium maupun skala pabrik yang melibatkan difusi molekular dengan memanfaatkan gradien konsentrasi. Di lain sisi, jika difusi yang terjadi melibatkan perpindahan molekular seperti yang telah dijelaskan diatas ditambah pergolakan, maka difusi ini menjadi difusi pada aliran massa yang turbulen. Untuk difusi semacam itu dengan konsentrasi konstan berlaku persamaan berikut ini :
(4)
2.1 Difusi Fasa Cair
Difusi yang terjadi pada suatu larutan sangat penting dalam proses industri, khususnya pada proses separasi misalnya ekstraksi cair-cair, absorpsi gas dan distilasi. Difusi cairan juga terjadi di alam misalnya berdifusinya garam pada air laut. Laju difusi molekular untuk cairan lebih kecil apabila dibandingkan terhadap laju difusi molekul gas. Hal ini disebabkan jarak antara molekul dalam fasa liquid lebih rapat apabila dibandingkan dalam fasa gas. Umumnya koefisien difusi untuk gas lebih besar hingga 105 kali koefisien difusi cairan. Namun flux pada gas tidak berbeda jauh dari flux dalam liquid yaitu 100 kali lebih cepat, hal itu disebabkan karena konsentrasi liquid lebih besar daripada konsentrasi dalam fasa gas. Jarak molekul dalam cairan lebih rapat daripada dalam fasa gas, maka densitas dan hambatan difusi pada cairan akan lebih besar. Hal ini juga menyebabkan gaya
DIFUSI
Page 11
interaksi antar molekul sangat penting dalam difusi cairan. Perbedaan antara difusi cairan dan difusi gas adalah bahwa pada difusi cairan difusifitas sering bergantung pada konsentrasi daripada komponen yang berdifusi. Equimolar counterdiffusion, dimulai dengan persamaan umum fick kita dapat mensubstitusi untuk NA = NB pada keadaan steady state, N A
D AB (C A1 C A 2 ) z 2 z 1
D AB C AV ( x A1 c A 2 ) z 2 z 1
(5)
dimana, NA adalah flux komponen A dalam kgmol.A/s.m 2, DAB adalah difusifitas A melalui B dalam m2/s, cA1 merupakan konsentrasi komponen A dalam kgmol/m3 pada keadaan 1, dan x A1 fraksi mol komponen A dalam keadaan 1, dan c AV disefinisikan sebagai :
1 2 M M 1 2 2 M av
(6)
dimana cAV merupakan konsentrasi rata-rata total dari A+B dalam kgmol/m 3, M1 merupakan berat molekul rata-rata larutan pada keadaan 1 dalam kg masssa/ kgmol, dan ρ1 merupakan densitas rata-rata pada keadaan 1. Pada penentuan koefisien difusi cairan digunakan sel difusi. Sel difusi tersebut terdiri atas N pipa kapiler yang panjangnya 5 mm dan diameternya 1 mm. Untuk satu pipa kapiler proses difusi dapat digambarkan pada alat :
Gambar 2.3 Percobaan Difusi Cairan
DIFUSI
Page 12
Transfer nilai difusi :
D dcdL c A
A1
c A2
(7)
L
Jumlah mol yang telah berdifusi selama selang waktu dt melalui N pipa kapiler adalah:
Jika
D. .d 2 c A1 c A2 L dt . N 4 .d 2 c A1 c A2 = N 4 L dt
dc A
(8)
dan dianggap maka:
4.V tan gki L 2
.d
dk
(9)
.C M .C A dt
Keterangan : a. b. c. d. e. f. g.
volume tangki panjang pipa kapiler jumlah pipa kapiler diameter pipa kapiler konsentrasi/molaritas A perubahan konduktifitas per mol konduktifitas dan tangki Tabel 2.1 Koefisien Difusi Cairan (Geankopolis)
DIFUSI
Terlarut
Pelarut
NH3
air
Temperatur 0
0
Difusifitas 2
F
(cm /s)
12
285
1,64
15
288
1,77
C
Page 13
18
291
1,98
25
298
2,41
air
25
298
2
H2
air
25
298
4,8
metil alkohol
air
15
288
1,26
etil alkohol
air
10
283
0,84
25
298
1,24
9.7
282,7
0,769
25
298
1,26
benzena
25
298
2,09
urea
etanol
12
285
0,54
air
etanol
25
298
1,13
air
25
298
1,87
25
298
0,119
O
air
CO2
acetic acid
KCl
air
etilen glikol
2.2 Difusi Fasa Gas
Pada Gambar 2.4 terdapat dua jenis gas, A dan B pada tekanan total P dimana difusi molekular dalam keadaan tak transienterjadi antara dua buah tangki yang saling terhubungkan dengan pipa. Putaran pengaduk menjaga agar konsentrasi pada setiap tangki adalah homogen/uniform. Tekanan parsial p A1> pA2 dan pB2> pB1. Molekul A akan berdifusi ke tangki sebelah kanan dan molekul B akan berdifusi ke tangki sebalah kiri. Karena tekanan total P konstan, maka junlah total molekul A yang berdifusi ke tangki sebelah kanan harus sama dengan jumlah molekul B yang berdifusi ka tangki sebelah kiri. Jika hal ini tidak berlangsung maka tekanan total tidak akan konstan. Sehingga jika kita memasuki persamaan matematis;
DIFUSI
(10)
Page 14
Gambar 2.4 Equimolar CounterDiffusion untuk Gas A dan B
dimana subscript z menunjukkan arah difusi molekular. Hukum fick molekul b untuk konsentrasi yang konstan :
(11)
Karena P = p A + pB = konstan, maka :
(12)
(13)
Dengan mendiferensialkan kedua sisi,
Lalu dilakukan substitusi persamaan diatas kepada Hukum Fick molekul B, diperoleh :
(14)
Mensubstitusi persamaan didapat,
DIFUSI
Page 15
Persamaan tersebut menunjukkan pada campuran biner gas A dan B, koefisien difusi DAB (menentukan laju difusi gas A melalui gas B) akan sama dengan D BA (difusi sebaliknya). Pada dasar teori ini, Praktikan secara khusus membawa perihal yang sama dengan yang akan dilakukan pada praktikum ini, yaitu peristiwa difusi gas satu arah. Peristiwa berdifusinya molekul A melalui molekul B yang tidak berdifusi sering terjadi. Pada keadaan ini terdapat daerah batas yang tidak memungkinkan molekul B berdifusi ke dalam daerah yang lebih banyak molekul B. Sebagai contoh adalah berdifusinya aseton (A) yang terdapat pada bagian bawah pipa kapiler menuju bagian atas dimana terdapat molekul udara (B) yang mengalir pada bagian atas. Dapat diilustrasikan pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Difusi Komponen A melalui Komponen B yang Stagnan : (a) Difusi
Aseton ke Udara, (b) Ammonia diserap oleh Air. Molekul udara (B) tidak dapat berdifusi ke daerah yang mayoritas aseton, hal ini disebabkan oleh karena adanya daerah batas 1 dimana udara tidak dapat larut dalam aseton. Pada titik 2 tekanan parsial p A= 0, karena tidak sebanding dengan volume udara yang melalui titik tersebut.Contoh lainnya adalah seperti ditunjukkan pada gambar dimana terjadi absorbsi uap NH 3 (A) yang berada dalam udara menuju air. Permukaan air bersifat imepermebel terhadap uadara (B), karena udara hanya sedikit larut dalam air. Karena komponen B tidak dapat berdifusi, maka N B = 0.
DIFUSI
Page 16
Untuk menurunkan persamaan difusi komponen A melalui komponen B yang tidak dapat berdifusi dapat disubstitusi dengan persamaan umum :
, untuk ;
Karena tekanan total p adalah konstan, dengan mensubstitusi persamaan
, ke persamaan diperoleh : D RT dpd AB
A
+
z
P A P
(15)
,
(16)
Dengan menyusun ulang persamaan tersebut untuk kemudian diintegrasikan :
1 P P = - D RT dpd AB
A
A
z
z 2
P A1
D AB
dz = RT z 1
dP A
1 p
P A 2
A
/ P
RT D( z P z ) ln P P P P AB
A 2
2
(17)
A1
1
Persamaan di atas merupakan persamaan akhir yang dapat digunakan untuk menghitung flux A. karena
, maka dan .
Persamaan tersebut juga sering dituliskan dalam bentuk lain, nilai log mean inert B dapat didefinisikan sebagai berikut :
ln( P P / P P ) ln[( P P P ) P /( P P )] B 2
B 2
B1
A 2
B1
A 2
A1
(18)
A1
Dengan mensubstitusikan dengan persamaan sebelumnya diperoleh :
RT ( z D z P ) P AB
2
DIFUSI
1
( P A1 P A 2 )
(19)
BM
Page 17
Salah satu metode penentuan koefisien difusi gas adalah dengan menggunakan tabung kapiler yang diisi dengan cairan A murni dengan di atas bibir tabung dialirkan gas B horizontal. Laju transfer massa diberikan oleh persamaan :
D
P T ( P A1 P A 2 )
AB
(20)
RTLP BM
Akibat penguapan maka cairan dalam tabung akan berkurang. Laju pengurangan cairan dalam tabung adalah sama dengan flux N A dikalikan dengan luas area penampang tabung,
BM A
A
A
dL
(21)
dt
Gabungan kedua persamaan di atas menghasilkan : A
M
BM A dt
=
D AB P T R.T . L. P BM
( P A1 P A2 )
(22)
Dengan mengintegrasikan diperoleh : A
L
D AB P T
P BM
t
dt LdL = R.T . L. P BM ( P A1 P A2 ) to BM A L0 L2 – L02 =
2 BM A D AB P T ( P A1 P A 2 ) A R.T . P BM
t
(23)
Karena gas B terus mengalir, maka konsentrasi gas A di bibir tabung selalu sama dengan nol atau p A2 = 0. Plot antara L2-L02 terhadap t akan memberikan slope S.
DIFUSI
2 BM A D AB P T ( P A1 )
(24)
A R.T . P BM
Page 18
Dimana,
A =
A R.T . P BM 2 BM A D AB P T ( P A1 )
(25)
2 BM A D AB p
densitas cairan A
ln( P P / P P ) B 2
B 2
(26)
B1
B1
tekanan uap cairan A pada keadaan 1 koefisien difusi A dalam B berat molokul A tekanan total temperature absolute Persamaan gas secara semi empiris dapat dapat dituliskan melalui persamaan fuller sebagai berikut :
1.00 x10 7 T 1.75 .(1 / M A 1 / M B ) 0.5 1 1 P v A 3 v B 3
(27)
2
Tabel 2.2 Difusifitas untuk Berbagai Jenis Gas
Sistem
(cm2/s)
0
273
0,198
0
273
0,220
25
298
0,260
42
315
0,288
3
276
0,142
44
317
0,177
Udara-H2
0
273
0,611
Udara-C2H5OH
25
298
0,135
Udara-H2O
Udara-CO2
0
Difusifitas F
Udara-NH3
DIFUSI
Temperatur C
0
Page 19
Udara-n-heksana
21
294
0,080
Udara-benzene
25
298
0,0962
Udara-toluena
25.9
298.9
0,086
0
273
0,0703
25.9
298.9
0,087
25
298
0,726
25
298
0,784
85
358
1,052
38.1
311.1
0,404
Udara-n-butanol H2-CH4 H2-N2 H2-benzena
DIFUSI
Page 20
BAB III DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA
3.1 Data Pengamatan o
3.1.1 Percobaan Difusi Gas - Cair Pada Suhu 50 C
Dari percobaan didapatkan data sebagai berikut : o
Tabel 3.1 Data Percobaan Difusi Gas - Cair pada Suhu 50 C t (menit)
L (mm)
0
60
3
60.2
6
60.3
9
60.4
12
60.5
15
60.6
18
60.7
21
60.8
24
60.9
27
70
30
70.2 o
3.1.2 Percobaan Difusi Gas - Cair Pada Suhu 60 C
Dari percobaan didapatkan data sebagai berikut : o
Tabel 3.2 Data Percobaan Difusi Gas - Cair pada Suhu 60 C
DIFUSI
t (menit)
L (mm)
0
70.2
3
70.4
6
70.5
9
70.6
12
70.7
15
70.8
18
70.9
21
80
24
80.1
27
80.2
30
80.4
Page 21
3.1.3 Percobaan Difusi Cair - Cair dengan KCl 1 M
Dari percobaan didapatkan data sebagai berikut :
Tabel 3.3 Data Percobaan Difusi Cair - Cair dengan KCl 1 M No.
t(s)
K (µS)
K (S)
1
0
90
9E-05
2
180
98.4
9.84E-05
3
360
99.3
9.93E-05
4
540
100.4
1.004E-04
5
720
101.2
1.012E-04
6
900
102.3
1.023E-04
7
1080
103.2
1.032E-04
8
1260
104.4
1.044E-04
9
1440
107.9
1.079E-04
10
1620
111.9
1.119E-04
11
1800
112.3
1.123E-04
3.1.4 Percobaan Difusi Cair - Cair dengan KCl 2 M
Dari percobaan didapatkan data sebagai berikut :
Tabel 3.4 Data Percobaan Difusi Cair - Cair dengan KCl 2 M
DIFUSI
No.
t(s)
K (µS)
K (S)
1
0
51.1
5.11E-05
2
180
59.1
5.91E-05
3
360
66.9
6.69E-05
4
540
69.5
6.95E-05
5
720
72.9
7.29E-05
6
900
74.4
7.44E-05
7
1080
85.2
8.52E-05
8
1260
88.2
8.82E-05
9
1440
95
9.5E-05
10
1620
97
9.7E-05
11
1800
98
9.8E-05
Page 22
3.2 Pengolahan Data o
3.2.1 Percobaan Difusi Gas - Cair pada suhu 50 C
Bahan yang digunakan: a. Aseton
Berat Molekul
: 58,08 gr/mol
Masa jenis
: 0,791 gr/cm3 (pada T= 25º C)
Titik didih
: 56,50C (pada P=1 atm)
b. Udara
Berat Molekul
: 29 gr/mol
Masa jenis
: 1,2943 x 10-3 gr/cm3 (pada T= 25 ºC)
Konstanta R
: 82.06 cm3 atm/mol K
Hasil pengamatan yang didapat adalah sebagai berikut:
Tabel 3.5 Data Percobaan Difusi Gas - Cair pada Suhu 50oC
DIFUSI
2
2
t (menit)
L (mm)
∆L (mm)
L -Lo (mm)
0
60
0
3
60.2
0.2
24.04
6
60.3
0.3
36.09
9
60.4
0.4
48.16
12
60.5
0.5
60.25
15
60.6
0.6
72.36
18
60.7
0.7
84.49
21
60.8
0.8
96.64
24
60.9
0.9
108.81
27
61
1
30
61.2
1.2
0
121 145.44
Page 23
Langkah perhitungan : 1. Menghitung tekanan uap aseton (P A1) menggunakan persamaan Antoine
Persamaan Antoine
log P sat A
B T C
dengan P sat dalam torr dan T dalam ºC Berdasarkan Perry’s Chemical Handbook table 13-4, p.13-21, nilai koefisien A, B, dan C dari persamaan Antoine untuk aseton adalah: A = 7,11714 B = 1210,595 C = 229,664 Maka, tekanan uap pada suhu 50ºC dapat dihitung dengan persamaan Antoine, yaitu: log P sat A
B T C
log P A1 7,11714
1210,595 50 229,664
P A1 614,3161 torr P A1 0,8083 atm
0
2. Menghitung Tekanan Uap Standar Aseton (P A1 ) dengan Persamaan Antoine
Suhustandar
T = 25ºC
log P sat A
B T C
log P A1 7,11714
1210,595 25 229,664
P A1 230,9112 torr P A1 0,3038 atm
3. Menghitung Tekanan Uap total (P T )
P A1
0
1 atm
DIFUSI
P A1 P T
Page 24
P A1 1 atm P T
P A1 P T
P A1 P A1
1 atm
0,8083 0,3038
1 atm 2,6606 atm
4. Menghitung Tekanan Uap Udara (P B1) P B1 P T P A1 2,6606 0,8083 atm 1,8523 atm P B 2 P T 2,6606 atm
5. Menghitung Log Mean Inert B (P BM)
P BM
P B 2 P B1 2,6606 1,8523 2,2321 atm P B 2 2,6606 ln ln P B1 1,8523
6. Menghitung Koefisien Difusi Gas D AB percobaan
L2 Lo 2
y
2. BM A . D AB . P T ( P A1 P A2 ) A . R.T . P BM
=
Dengan memplot grafik antara L2 Lo
b 2
x
±
t
a
(sumbu y) dan t (sumbu x), akan
diperoleh grafik perubahan tinggi cairan aseton pada tabung kapiler terhadap waktu seperti pada gambar di bawah ini:
DIFUSI
Page 25
160 y = 4.4073x + 6.3709 R² = 0.9917
140 120 100 2 o
L -
80
2
L
60 40 20 0 0
5
10
15
20
25
30
35
t (menit)
Gambar 3.1 Grafik L2-L02 vs t untuk aseton pada suhu 50 0C
Dari grafik didapatkan persamaan sebagai berikut: dengan R 2 =0,9917
y = 4,4073 x+ 6,3709 Sehingga
2. BM A . D AB . P T ( P A1 P A2 ) A . R.T . P BM
D AB percobaan
4.4073 mm 2 /menit
4,4073 mm 2 /menit A R T P BM 2 BM A P T P A1 P A 2
2 3 3 4,4073 mm /menit 0,791 g/cm 82,06 cm atm/mol.K 323,15 K 2,2321 atm
2 58,08 g/mol 2,6606 atm (0,8083 0) atm
826,02 mm 2 /menit 0,138 cm2 /s 7. Perhitungan DAB
literatur
dari
Persamaan
Fuller,
Schletter,
Giddings
(Literatur)
M A = 58,08 g/mol M B = 29 g/mol T = 50ºC = 323,15 K v A = 66,86 cm3/mol DIFUSI
Page 26
v B = 20,1 cm3/mol 3
1, 75
10 T D AB
P T v A 3
1, 75
10 T D AB 3
1/ 3
v B
323,15
v
A
1, 75
0,791 g/cm3
1/ 3
0 ,5
1/ 3 2
M A M B M A M B . P T
10 D AB
M A M B M A M B
v B
0, 5
1/ 3 2
58,08 29 58,08 29
2,6606 atm 1 atm
66,86
1/ 3
0,5
20,11 / 3
2
D AB literatur 0,4409 cm 2 /s
8. Menghitung kesalahan literature
% kesalahan literatur
D AB percobaan D AB literatur D AB literatur 0,138 0,4409 0,4409
100%
100%
68,7%
DIFUSI
Page 27
o
3.2.2 Percobaan Difusi Gas - Cair pada suhu 60 C
o
Tabel 3.6 Data Percobaan Difusi Gas - Cair pada Suhu 60 C t (menit)
L (mm)
∆L (mm)
L2-Lo2 (mm)
0
70.2
0
3
70.4
0.2
28.12
6
70.5
0.3
42.21
9
70.6
0.4
56.32
12
70.7
0.5
70.45
15
70.8
0.6
84.6
18
70.9
0.7
98.77
21
80
9.8
1471.96
24
80.1
9.9
1487.97
27
80.2
10
1504
30
80.4
10.2
0
1536.12
Langka perhitungan: 1. Menghitung tekanan uap aseton (P A1) menggunakan persamaan Antoine
Persamaan Antoine Untuk menghitung tekanan uap aseton pada suhu 60ºC, digunakan persamaan Antoine, sebagai berikut:
log P sat A
B T C
dengan P sat dalam torr dan T dalam ºC Berdasarkan Perry’s Chemical Handbook table 13-4, p.13-21, nilai koefisien A, B, dan C dari persamaan Antoine untuk aseton adalah: A = 7,11714 B = 1210,595 C = 229,664 Maka, tekanan uap pada suhu 60ºC dapat dihitung dengan persamaan Antoine, yaitu:
DIFUSI
Page 28
log P sat A
B T C
log P A1 7,11714
1210,595 60 229,664
P A1 866,6271 torr P A1 1,1403 atm
*
2. MenghitungTekananUapStandarAseton (P A1 ) denganPersamaan Antoine
Suhu standar
T = 25ºC
log P sat A
B T C
log P A1 7,11714
1210,595 25 229,664
P A1 230,9112 torr P A1 0,3038 atm
3. Menghitung Tekanan Uap total (P T )
P A1
1 atm P T
P A1 P T
P A1 P A1
1 atm
1,1403 0,3038
1 atm 3,7535 atm
4. Menghitung Tekanan Uap Udara (P B1) P B1 P T P A1 3,7535 1,1403 atm 2,6132 atm
P B 2 P T 3,7535 atm
5. Menghitung Log Mean Inert B (P BM) P BM
P B 2 P B1 3,7535 2,6132 3,1490 atm P B 2 3,7535 ln ln 2,6132 P B1
6. Menghitung Koefisien Difusi Gas Percobaan
DIFUSI
Page 29
L2 Lo 2
y
2. BM A . D AB . P T ( P A1 P A2 ) A . R.T . P BM
=
b
Dengan memplot grafik antara L2 Lo
2
t
x ± a
(sumbu y) dan t (sumbu x), akan
diperoleh grafik perubahan tinggi cairan aseton pada tabung kapiler terhadap waktu seperti pada gambar di bawah ini:
160 y = 4.4073x + 6.3709 R² = 0.9917
140 120 2 o L 2 L
100 80 60 40 20 0 0
5
10
15
20
25
30
35
t (menit)
2
2
0
Gambar 3.2 Grafik L -L0 vs t untuk aseton pada suhu 60 C
Dari grafik di atas didapat persamaan
y
=62,973 + 364.54, maka D AB hasil
percobaan adalah:
2. BM A . D AB . P T ( P A1 P A2 ) A . R.T . P BM
DIFUSI
62,973 mm 2 /menit
Page 30
62,973 mm 2 /menit A R T P BM
D AB
2 BM A P T P A1 P A2
62,973mm2 /menit 0,791 g/cm3 82,06 cm3 atm/mol.K 333,15 K 3,1490 atm 2 58,08 g/mol 3,7535 atm (1,1403 0) atm
8625,07 mm 2 /menit 1,438 cm2 /s
7. Perhitungan DAB dari Persamaan Fuller, Schletter, Giddings (Literatur)
M A = 58,08 g/mol M B = 29 g/mol T = 60ºC = 333,15 K v A = 66,86 cm 3/mol v B = 20,1 cm3/mol
3
1, 75
3
1, 75
10 T D AB
10 T
D AB
0 ,5
M A M B M A M B
0 ,5
. P T
10 D AB
M A M B M A M B 1/ 3 1/ 3 2 P T v A v B
3
v
333,15
0,791 g/cm3
1/ 3
A
1, 75
v B 1 / 3
2
58,08 29 58,08 29
3,7535 atm 1 atm
66,86
1/ 3
0,5
20,11 / 3
2
D AB 0,3296 cm2 /s
8. Menghitung kesalahan literatur
DIFUSI
Page 31
% kesalahan literatur
D AB perc obaan D AB literatur D AB literatur 1,438 0,3296 0,3296
100%
100% 336,3%
Grafik Perbandingan T=50°C dan T=60°C
Chart Title 1800 1600 1400 1200 1000
2 o
L -
2
L
800
T=50C
600
T=60C
400 200 0 -200 0
10
20
30
40
t (menit)
Gambar 3.3. Grafik Perbandingan Perubahan Tinggi Cairan Aseton pada Tabung
Kapiler terhadap Waktu untuk T = 50ºC dan T = 60ºC
DIFUSI
Page 32
3.2.3 Percobaan Difusi Cair - Cair dengan KCl 1 M
Diketahui: Jumlah pipa kapiler (N)
= 121
Diameter (D)
= 0,1 cm
Panjang pipa kapiler (L)
= 0,5 cm
Volume tangki
= 900cm3
Konsentrasi A (CA (KCI))
= 1M = 1 x 10-3 mol/cm3
Perubahan konduktifitas per-Mol (CM)
= 0,41 mol/cm3
Langkah Perhitungan : 1. Membuat grafik K vs t
Dari Tabel 3.3 kita dapat membuat grafik hubungan antara konduktifitas (K) dengan waktu (t). Berikut adalah grafik tersebut :
Konduktivitas vs Waktu (KCl 1M) 1.20E-04 1.00E-04 ) S ( s a t i v i t k u d n o K
8.00E-05
y = 1E-08x + 9E-05 R² = 0.9078
6.00E-05
K vs t
4.00E-05
Linear (K vs t)
2.00E-05 0.00E+00 0
500
1000
1500
2000
Waktu (s)
Gambar 3.4 Grafik hubungan antara konduktifitas (K) dengan waktu (t)
DIFUSI
Page 33
2. Mencari nilai DAB percobaan
Selanjutnya kita mencari nilai DAb dari percobaan ini. Pertama-tama kita memerlukan persamaan garis dari grafik di atas didapatkan persamaan garis linearnya adalah y = 1x10 -7 x + 0,00009 dengan R 2 = 0,907 dimana slope sama dengan dK/dt , sehingga,
Sehingga didapatkan slope sebagai berikut:
Kemudian kita menggunakan rumus untuk mencari D yang telah diturunkan pada modul. Perhitungannya adalah sebagai berikut:
3. Menentukan DAB dengan literatur dengan persamaan Wilke-Chang
Setelah
kita
mendapatkan
nilai
D AB dari
percobaan
ini,
kita
perlu
mengklarifikasikannya dengan rumus yang telah ada. Rumus yang digunakan adalah persamaan Wilke-Chang yang didapat dari buku Transport Phenomena: A Unified Approach, Volume 2oleh Robert S. Brodkey,Harry C. Hershey. Berikut adalah rumusnya :
DIFUSI
Page 34
Θ
= faktor asosiasi
M b
= berat molekul air
n b
= viskositas air = 0,01 gr/cm.detik
Va
= volum molar KCl = 1 x 10 -3 mol/cm3
Kemudian kita memasukkan data-data dari percobaan ke dalam rumus untuk mendapatkan nilai DAB
⁄ ⁄ ⁄ ⁄ 4. Menghitung kesalahan literature
Setelah kita mendapatkan D AB dari percobaan dan literature kita dapat menghitung besar kesalahan yang ada. Perhitungannya adalah sebagai berikut :
| | | | Kesalahan literatur yang didapat adalah 98,78%
DIFUSI
Page 35
3.2.4 Percobaan Difusi Cair - Cair dengan KCl 2 M
Diketahui: Jumlah pipa kapiler (N)
= 121
Diameter (D)
= 0,1 cm
Panjang pipa kapiler (L)
= 0,5 cm
Volume tangki
= 900cm3
Konsentrasi A (CA (KCI))
= 2M = 2 x 10-3 mol/cm3
Perubahan konduktifitas per-Mol (CM)
= 0,41 mol/cm3
Langkah Perhitungan : 1. Membuat grafik K vs t
Dari Tabel 3.3 kita dapat membuat grafik hubungan antara konduktifitas (K) dengan waktu (t). Berikut adalah grafik tersebut :
Konduktivitas vs Waktu (KCl 2M) 0.00012 0.0001 ) S ( s a t i v i t k u d n o K
0.00008
y = 3E-08x + 5E-05 R² = 0.9754
0.00006
K vs t
0.00004
Linear (K vs t)
0.00002 0 0
500
1000
1500
2000
Waktu (s)
Gambar 3.5 Grafik hubungan antara konduktifitas (K) dengan waktu (t)
DIFUSI
Page 36
2. Mencari nilai DAB percobaan
Selanjutnya kita mencari nilai D Ab dari percobaan ini. Pertama-tama kita memerlukan persamaan garis dari grafik di atas didapatkan persamaan garis linearnya adalah y = 3x10 -7 x + 0.00005 dengan R 2 = 0,975 dimana slope sama dengan dK/dt , sehingga,
Sehingga didapatkan slope sebagai berikut
Kemudian kita menggunakan rumus untuk mencari D yang telah diturunkan pada modul. Perhitungannya adalah sebagai berikut.
3. Menentukan DAB dengan literatur dengan persamaan Wilke-Chang
Setelah
kita
mendapatkan
nilai
D AB dari
percobaan
ini,
kita
perlu
mengklarifikasikannya dengan rumus yang telah ada. Rumus yang digunakan adalah persamaan Wilke-Chang yang didapat dari buku Transport Phenomena: A Unified Approach, Volume 2oleh Robert S. Brodkey,Harry C. Hershey. Berikut adalah rumusnya :
DIFUSI
Page 37
Θ
= faktor asosiasi
M b
= berat molekul air
n b
= viskositas air = 0,01 gr/cm.detik
Va
= volum molar KCl = 2 x 10 -3 mol/cm3
Kemudian kita memasukkan data-data dari percobaan ke dalam rumus untuk mendapatkan nilai DAB
⁄ ⁄ ⁄ ⁄ 4. Menghitung kesalahan literature
Setelah kita mendapatkan D AB dari percobaan dan literature kita dapat menghitung besar kesalahan yang ada. Perhitungannya adalah sebagai berikut :
| | | | Kesalahan
DIFUSI
literatur
yang
didapat
adalah
98,18%
Page 38
BAB IV ANALISIS
4.1 Analisis Percobaan
Difusi adalah
satu contoh peristiwa perpindahan massa. Difusi adalah
perpindahan atau mengalirnya suatu zat dalam pelarut dari bagian yang berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Jadi gradien konsentrasi merupakan driving force yang menyebabkan terjadinya difusi. Difusi akan terus berjalan hingga seluruh partikel tersebar luas secara merata. Keadaan di mana partikel telah tersebar secara merata disebut keadaan setimbang. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi yaitu :
Suhu Semakin tinggi suhu maka energi kinetik partikel juga semakin besar sehingga laju difusi akan meningkat.
Ketebalan Membran Semakin tebal membran justru akan menurunkan laju difusi.
Ukuran Partikel Semakin kecil ukuran partikel maka semakin mudah pergerakannya sehingga kecepatan difusi juga semakin meningkat.
Gradien Konsentrasi Semakin besar gradien konsentrasi maka semakin cepat pula laju difusinya.
Pada percobaan kali ini ada dua peristiwa difusi, yakni difusi dari cair ke gas dan difusi dari cair ke cair. Untuk percobaan difusi cair ke gas digunakan zat aseton. Difusi cari-gas ini dilakukan dengan meletakkan cairan aseton pada suatu wadah berbentuk huruf T lalu setelah itu wadah tersebut dipanaskan. Pemanasan ini dilakukan dengan mengkontakkan wadah berisi aseton tadi dengan air pemanas. Air pemanas yang digunakan lalu diatur berada pada suhu tertentu setelah itu praktikan melakukan pengukuran terhadap perubahan ketinggian dari aseton dengan menggunakan mistar dan dengan bantuan lensa pembesar. Ketinggian dari aseton diamati dan diukur setiap tiga
DIFUSI
Page 39
menit sekali selama selang waktu tiga puluh menit. Dari percobaan ini akan didapatkan perbedaan ketinggian setiap selang waktu tersebut. Perbedaan ketinggian inilah yang nantinya akan mewakili laju difusi cair-gas dari senyawa aseton tersebut. Zat yang digunakan sebagai zat terdifusi adalah aseton. Dan aseton dimasukkan ke dalam pipa kapiler pada jarak tertentu dari permukaan pipa kapiler, kemudian udara dialirkan pada permukaan atas pipa kapiler (bibir tabung) dengan kecepatan rendah sehingga konsentrasi gas aseton di atas pipa kapiler selalu sama dengan nol agar proses difusi menjadi tidak terhambat dan terjadi difusi konstan. Pipa kapiler berisi aseton ini dimasukkan ke dalam waterbath.. Kenaikan perbedaan ketinggian tidak selalu konstan seiring bertambahnya waktu,yang dapat disebabkan oleh temperatur sistem yang cenderung berubah-ubah. Saat temperatur telah diatur sesuai dengan yang diinginkan, maka proses pemanasan air dalam waterbath oleh koil pemanas akan tetap berlangsung, sehingga temperatur sistem berubah (cenderung terus naik) dan agak sulit untuk mengembalikan ke keadaan semula karena memerlukan waktu. Difusi cair-gas ini dilakukan dua kali percobaan dengan mengubah suhu air pemanas. Suhu air pemanas pada percobaan pertama adalah 500C sementara itu suhu pemanas pada variasi kedua adalah 600C. Dengan melakukan variasi suhu nantinya dapat disimpulkan bagaimana pengaruhnya terhadap laju difusi. Secara teoritis dengan suhu yang lebih tinggi akan menyebabkan difusi juga semakin cepat karena adanya energi kinetik tambahan pada partikel. Selain itu, tingginya suhu juga membuat cairan aseton akan semakin mudah menguap. Selain difusi Gas - Cair, pada percobaan juga dilakukan pengamatan terhadap proses difusi dari fasa cair ke cair. Pertama-tama pada percobaan kali ini adalah melakukan proses pembuatan larutan KCl dengan konsentrasi tertentu. Larutan yang dipilih untuk digunakan dalam percobaan ini adalah larutan KCl merupakan larutan elektrolit kuat yang terionisasi sempurna di dalam air sehingga larutan ini mudah terionkan menjadi ion K + dan Cl- dalam deionized water . Dengan kedua larutan tersebut nantinya diamati bagaimana pengaruh dari konsentrasi larutan tersebut terhadap laju difusi.
DIFUSI
Page 40
Setelah praktikan selesai membuat larutan, maka selanjutnya larutan tersebut diletakkan didalam sel difusi yang berupa pipa kaca yang berbentuk seperti huruf J dimana pada ujung bawah terdapat semacam penutup yang berlubang-lubang yang berupa membran semipermeabel. Lapisan semipermeabel inilah yang akan menjadi tempat terdifusinya larutan KCl ke dalam deionized water . Selanjutnya larutan KCl dimasukkan kedalam pipa kaca tadi hingga memenuhi pipa kaca tersebut dan tidak terdapat udara didalam lubang-lubang tadi. Hal ini dapat dilakukan dengan menuangkan larutan hingga tertumpah sedikit dari lubang. Tujuan perlakuan tadi adalah agar tidak ada ruang kosong pada pipa sehingga nantinya air tidak akan merembes masuk ke dalam larutan ketika pipa tersebut dicelupkan ke dalam air. Seperti telah dijelaskan sebelumnya, nantinya sel difusi tersebut akan dicelupkan ke dalam air aquades hingga bagian yang berlubang tersebut berada didalam air. Pencelupan tersebut merupakan metode agar terjadi kontak antara larutan dengan air. Kontak antara larutan dengan air akan membuat proses difusi terjadi. Difusi terjadi dari larutan dalam sel difusi ke dalam air. Difusi antara larutan KCl dan deionized water dapat terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi di antara kedua cairan. Pada difusi cair-cair ini, larutan KCl yang akan terdifusi ke dalam deionized water karena larutan KCl memiliki konsentrasi yang lebih tinggi daripada deionized water . Difusi merupakan perpindahan massa yang terjadi dari konsentrasi tinggi menuju ke konsentrasi rendah..
Gambar 4.1 Deskripsi Perpindahan Massa antara Larutan KCl Konsentrasi Tinggi
dengan Deionized Water Konsentrasi Rendah
DIFUSI
Page 41
Pada saat sel difusi ini diletakkan didalam water bath, lapisan semipermeabel ini tidak diletakkan terlalu jauh di bawah permukaan deionized water. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk menghindari terjadinya difusi dini antara larutan KCl dengan deionized water . Peristiwa difusi yang perlahan diperlukan agar mempermudah pengamatan peristiwa difusi oleh praktikan. Pengamatan pada percobaan difusi cai r-cair ini tidak dilakukan dengan mengukur ketinggian larutan seperti halnya percobaan pertama. Dengan digunakannya KCl sebagai senyawa terlarut, maka tentunya akan terjadi perubahan konduktivitas pada air akibat proses difusi KCl tadi. Setelah larutan dicelupkan dilakukan pengadukan pada air aquades dengan menggunakan magnetic stirrer pada dasar wadah. Tujuan pengadukan ini adalah agar ion KCl yang telah berdifusi tadi tersebar secara merata ke air aquades. Waktu total pengamatan adalah 30 menit. Perubahan konduktivitas itulah yang menunjukkan seberapa cepat proses difusi terjadi. Proses pengadukan yang tadi dilakukan akan membantu persebaran yang merata dari ion KCl sehingga pengukuran konduktivitas diharapkan akan le bih akurat. Setelah rentang waktu 30 menit tadi, percobaan kembali dilakukan seperti sebelumnya tetapi menggunakan larutan dengan konsentrasi yang berbeda. Digunakan dua jenis konsentrasi larutan KCl dalam percobaan ini. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap laju difusi. Pada teorinya, semakin tinggi perbedaan konsentrasi antara dua cairan, maka laju difusi yang terjadi juga semakin cepat, sehingga secara otomatis maka nilai konduktansinya juga akan semakin tinggi
DIFUSI
Page 42
4.2 Analisis Perhitungan dan Hasil 4.2.1
Analisis Difusi Gas - Cair
Data yang diperoleh pada percobaan difusi cair – gas ini antara lain ketinggian awal cairan murni (Aseton) dalam pipa kapiler, waktu pengambilan data, suhu dan ketinggian Aseton setelah selang waktu tertentu. Di mana waktu pengambilan data dan suhu merupakan variabel control yang dapat diubabh sesuai keinginan. Sedangkan ketinggian aseton dalam pipa kapiler pada awal percobaan dan pada setiap selang waktu pengambilan data adalah variabel terikat yang akan dianalisis. Percobaan ini dilakukan dengan 2 variasi suhu, yaitu 50°C dan 60°C dengan lama percobaan masing-masing 30 menit dan pengambilan data dilakukan setiap 3 menit. Berdasarkan data percobaan, perbedaan ketinggian aseton dalam pipa kapiler semakin lama semakin besar. Hal ini menandakan bahwa semakin lama semakin banyak aseton yang berpindah (berdifusi) ke udara dan juga menunjukkan bahwa pada menitmenit terakhir pengambilan data masih terjadi difusi aseton ke udara (difusi gas – cair). Difusi ini terjadi karena dorongan dari tekanan uap aseton yang sangat rendah serta perbedaan konsentrasi aseton di dalam dan di bibir pipa kapiler (di udara). Pengamatan proses difusi aseton ke dalam udara pada suhu 60°C terjadi bukan hanya disebabkan karena dorongan perbedaan konsentrasi melainkan juga oleh suhu aseton yang mencapai titik titihnya sehingga terjadi penguapan aseton lebih cepat. Hal ini dibuktikan pada grafik perbandingan perubahan tinggi cairan aseton untuk T = 50ºC dan T = 60ºC di mana perubahan ketinggian aseton dalam pipa kapiler lebih besar terjadi pada suhu 60°C daripada 50°C. Besar difusivitas gas aseton hasil penguapan ke dalam udara dihitung dengan hubungan antara laju transfer massa (penguapan) dan laju pengurangan cairan aseton. Jumlah cairan aseton yang berkurang sama dengan banyaknya cairan aseton yang menguap. Sehingga semakin cepat laju transfer penguapan aseton, maka akan semakin cepat pula laju pengurangan cairan aseton. Hubungan ini dapat dinyatakan dengan persamaan matematis: L2 – L02 =
DIFUSI
2 BM A D AB P T ( P A1 P A 2 ) A R.T . P BM
t ……………………….(4.1)
Page 43
Berdasarkan persamaan di atas, koefisien difusivitas (DAB) dapat dihitung dengan persamaan:
……..………………….(4.2) dengan mengasumsikan konsentrasi gas aseton pada bibir pipa kapiler,
bernilai nol
(0) dan m adalah gradient kurva yang terbentuk dari persamaan 5.1.
Untuk itu perlu dihitung terlebih dahulu nilai
( ) sebagai
berikut. 1)
( ) Tahap perhitungan yang pertama dilakukan adalah menghitung ketinggian akhir
cairan aseton dalam pipa kapiler setelah rentang waktu tertentu. Perhitungan ini dilakukan dengan menambahkan perubahan ketinggian yang terjadi dengan ketinggian awal. Padahal yang terjadi adalah penurunan ketinggian aseton akibat proses difusi. Perhitungan ketinggian akhir cairan aseton ini dilakukan demikian karena kita ingin mendapatkan nilai peningkatan beda ketinggian kuadrat dari cairan aseton
( ).
Perhitungan ini akan bernilai hampir sama jika kita memperhitungkan dengan persamaan 2)
( ).
Perhitungan tekanan uap aseton berdasarkan suhu ini menggunakan persamaan Antoine sebagai berikut.
log P sat A
B T C
…………………………….(4.3)
Berdasarkan persamaan Antoine ini, semakin tinggi suhu suatu zat kimia, maka tekanan uapnya akan semakin tinggi pula. Tekanan uap yang tinggi akan meningkatkan laju penguapan karena penguapan tepat terjadi saat tekanan uap suatu cairan sama dengan tekanan atmosfer. Hal ini membuktikan bahwa laju penurunan ketinggian aseton dalam pipa kapiler saat T = 60ºC akan lebih cepat dibandingkan saat T = 50ºC.
DIFUSI
Page 44
3)
Tekanan total sistem dihitung dengan persamaan:
……………………………..(4.4) di mana 4)
merupakan tekanan uap aseton pada suhu 25°C.
Log Mean Inert B ini merupakan tekanan rata-rata udara pada keseluruhan posisi
transfer massa yaitu dari permukaan aseton sampai bibir pipa kapiler. Nilai ini diperoleh dari persamaan:
⁄ …………..………………….(4.5) Setelah perhitungan-perhitungan di atas telah dilakukan maka diperoleh koefisien difusivitas aseton ke udara. Namun untuk mengetahui seberapa kesalahan yang terjadi selama percobaan dilakukan, maka dilakukan perhitungan koefisien difusivitas aseton ke udara dengan persamaan yang diberikan oleh Fuller .
………………….(4.6) Dan kuantifikasi kesalahan yang terjadi dilakukan dengan menghitung kesalahan literatur dengan persamaan:
………..….(4.7)
Hasil perhitungan koefisien difusivitas aseton – udara ditampilkan pada tabel di bawah ini.
DIFUSI
Page 45
Tabel 4.1. Hasil perhitungan koefisien difusivitas aseton – udara
Suhu (°C)
Koefisien Difusi Literatur (cm2/s)
Koefisien Difusi DAB Percobaan(cm2/s)
Tingkat Kesalahan Literatur (%)
50
0,4409
0,138
68,7
60
0,3296
1,438
336,3
Berdasarkan tabel hasil perhitungan di atas terlihat ketidakkonsistenan antara hasil
perhitungan
percobaan
dengan
literatur.
Hasil
perhitungan
percobaan
menunjukkan bahwa peningkatan suhu akan meningkatkan koefisien difusivitas. Sementara itu, hasil perhitungan literatur menunjukkan bahwa peningkatan suhu justru menurunkan koefisien difusivitas. Menurut pengertiannya koefisien difusivitas adalah kemampuan suatu bahan yang memungkinkan gas mengalir di bawah gradient konsentrasi. Koefisien difusivitas pada sistem biner merupakan fungsi dari suhu, tekanan dan komposisi (Bird, 1960). Pada percobaan difusi gas ini hanya terdapat variasi pada suhu sistem sehingga hanya suhu yang mempengaruhi nilai koefisien difusivitas. Secara teoritis, suhu akan meningkatkan laju difusi karena akan menambah driving force proses difusi dengan meningkatnya laju penguapan aseton. Dengan demikian kemampuan suatu bahan untuk mengalirkan gas semakin meningkat atau meningkatkan koefisien difusivitas. Namun, diameter pipa kapiler yang sangat kecil membuat luas penampang aseton untuk menguap sangat kecil. Selain itu, pipa kapiler tidak diberikan aliran udara mungkin dapat menyebabkan penumpukkan konsentrasi gas aseton pada pipa kapiler sehingga menurunkan gradient konsentrasi yang akhirnya menurunkan juga laju difusi. Hal inilah yang menyebabkan peningkatan suhu aseton tidak terlalu berpengaruh terhadap koefisien difusivitas. Pada percobaan yang menggunakan suhu 60 oC,kesalahan literatur yang amat besar ini disebabkan nilai literatur koefisien difusi sangat kecil. Koefisien difusi literatur yang dihitung dengan persamaan Fuller Schletter-Giddings. Hal yang menarik adalah nilai koefisien difusi yang didapat pada percobaan ternyata memang menunjukkan bahwa difusi semakin tinggi jika suhu dinaikkan. Akan tetapi nilai koefisien difusi literatur ternyata menunjukkan bahwa koefisien difusi akan berkurang seiring dengan
DIFUSI
Page 46
naiknya suhu. Kemungkinan besar terdapat kesalahan pada persamaan yang kami gunakan. Pada kenyataannya seharusnya laju difusi akan semakin besar karena titik didih dari aseton adalah 56 0C jadi dengan suhu berada di atas titik didih ini tentunya akan semakin banyak aseton yang berubah menjadi fasa uap. Secara nilai teoritis, nilai difusivitas akan semakin kecil karena terjadinya perubahan tekanan uap total pada suhu 60 oC. Nilai tekanan uap total pada suhu 60 oC lebih besar daripada suhu 50oC karena pada suhu 60 oC, aseton mulai menguap. Sementara itu, secara percobaan nilai DAB semakin besar seiring meningkatnya suhu. Hal ini dikarenakan adanya penguapan aseton pada suhu 60 oC selain dari proses difusi yang terjadi. Inilah yang menyebabkan penyimpangan hasil percobaan yang diperoleh. 4.2.2
Analisis Difusi Cair - Cair
Pada percobaan difusi cair dengan cair kita akan melihat pengaruh konsentrasi terhadap perubahan laju difusi. Data yang diambil pada percobaan ini adalah konduktivitas dari deionized water pada selang waktu tertentu. Dari data yang diambil dapat dilihat terjadi kenaikan nilai konduktivitas yang diukur pada deionized water seiring berjalannya waktu hal ini terjadi karena semakin banyak KCl yang adalah garam yang terbentuk dari asam dan basa kuat sangat mudah terionisasi menjadi ion logam (K +) dan halogen (Cl -) terdifusi ke dalam deionized water yang tidak mempunyai ionion tersebut melalui kapiler tube. Hal tersebut dapat terjadi karena difusi terjadi dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi yang rendah yang dapat dilihat pada deionized water memiliki konsentrasi yang rendah akan KCl sedangkan dalam sel difusi memiliki konsentrasi KCl yang tinggi. Dari data tersebut kita akan menghitung koefisien difusi cairan (D AB) dengan menggunakan persamaan sebagai berikut
……………………………..(4.8) Sebelum itu kita harus mencari variable yang belum diketahui nilainya yaitu dk/dt, dimana dk/dt merupakan perubahan konduktivitas terhadap waktu dimana hal tersebut merupakan gradien dari grafik konduktivitas vs waktu. dk/dt dapat dengan
DIFUSI
Page 47
memplotkan konduktivitas vs waktu dan mencari persamaan garisnya sehingga dapat dihitung slope yang merupakan dk/dt. Persamaan yang didapat adalah sebagai berikut :
(KCl 1M) (KCl 2M)
Sehingga didapatkan slope
(KCl 1M) (KCl 2M)
Setelah kita mendapatkan dk/dt kita dapat menghitung D AB denggan rumus diatas.
Selanjutnya kita perlu membandingkan hasil percobaan kita dengan perhitungan koefisien literatur menggunakan persamaan Wilke – Chang sehingga dapat dicari % kesalahan literatur dari percobaan ini. Persamaan Wilke – Chang adalah sebagai berikut.
……………………………..(4.9)
(Sumber: Buku Transport Phenomena: A Unified Approach, Volume 2 oleh Robert S. Brodkey,Harry C. Hershey)
Sedangkan perhitungan %kesalahan literatur adalah sebagai berikut:
| |
Hasil yang diperoleh dari percobaan difusi cair-cair ini antara lain.
DIFUSI
Page 48
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan pada Difusi Cair-Cair KCl 1 M dan KCl 2 M KCl 1 M
KCl 2 M
DAB percobaan = 0,0116 cm /detik
DAB percobaan = 0,0173 cm /detik
DAB literatur = 0,952 cm 2/detik
DAB literatur = 0,628 cm 2/detik
Kesalahan literature = 98,78 %
Kesalahan literatur = 98,18 %
Dapat dilihat pada hasil tersebut kesalahan literature yang didapat sangatlah tinggi hal tersebut dimungkinkan terjadi karena penggunaan air yang kurang baik serta kesalahan teknis yang akan dijelaskan pada analisis kesalahan. Jika dibandingkan antara penggunaan KCl 1M dan KCl 2M,
dapat dilihat pada literature bahwa kenaikan
konsentrasi KCl dalam deionized water akan menghasilkan nilai koefisien difusivitas yang semakin menurun. Hal tersebut sesuai dengan persamaan koefisien difusi dimana konsentrasi KCl (CA) berbanding terbalik dengan koefisien difusi (D AB). Konsentrasi larutan yang semakin besar akan menurunkan koefisien difusi karena konsentrasi larutan yang lebih besar menyebabkan semakin banyak zat yang harus didifusikan ke dalam deionized water dengan jarak antarmolekul yang semakin rapat. Tetapi kenyataan yang terjadi adalah difusivitas meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi KCl yang dapat dilihat pada hasil percobaan dimana terjadi peningkatan konduktivitas seiring dengan peningkatan konsentrasi. Perbedaan hasil antara DAB dengan konduktivitas tersebut dikarnakan pada perhitungan effek slope lebih besar dibandingkan effek Ca. Hal tersebut dapat terjadi karena seiring dengan penaikan konsentrasi maka semakin besar KCl yang terdifusi ke dalam deionized water, dimana KCl merupakan larutan yang mudah terionisasi menjadi ion-ion yang mampu menghantarkan listrik sehingga mengakibatkan konduktivitas pada deionized water bertambah besar
DIFUSI
Page 49
4.3 Analisis Alat dan Bahan
Pada praktikum kali ini, terdapat dua percobaan, yaitu difusi gas dan difusi caircair. Dalam percobaan difusi gas-cair, alat-alat yang digunakan adalah termometer, water bath, heater , scale, mikroskop, temperature control , dan juga diffusion tube. Sementara dalam percobaan difusi cair-cair, alat-alat yang digunakan adalah konduktometer, magnetic stirrer , kapiler tube, dan tangki. 4.3.1 Percobaan Difusi Gas - Cair Alat
1. Termometer : Dalam percobaan ini digunakan untuk mengukur suhu dalam tangki, apakah suhu di dalam tangki sudah sama dengan suhu yang ditentukan di temperature controller.
Gambar 4.2 Termometer
2. Waterbath merupakan tangki penampung air yang dicampur dengan aseton dalam percobaan difusi gas ini
Gambar 4.2 Waterbath pada Peralatan Difusi Gas - Cair
DIFUSI
Page 50
3. Heater merupakan pemanas yang digunakan untuk memanaskan cairan pada tangki, temperatur yang divariasikan adalah temperatur 50 0C dan 60 0C.
Gambar 4.3 Heater pada Peralatan Difusi Gas-Cair
4. Scale merupakan alat pengukur yang diposisikan di sebelah tangki, dan digunakan untuk mengukur beberapa perubahan ketinggian air yang disebabkan oleh difusi .
Gambar 4.4 Scale pada Peralatan Difusi Gas-Cair
5. Mikroskop digunakan untuk mengukur dimana lapisan air berada dan juga kemudian diukur berapa perubahan ketinggiannya menggunakan scale, mikroskop ini.
Gambar 4.5 Mikroskoppada Peralatan Difusi Gas-Cair
DIFUSI
Page 51
6. Temperature Control digunakan untuk menjaga suhu dari heater agar tetap stabil. 7. Tabung kapiler
merupakan tabung berbentuk huruf U yang digunakan untuk
mendukung terjadinya difusi gas dalam tangki.
Bahan
1. Aseton Aseton merupakan suatu larutan yang digunakan pada percobaan ini. Aseton memiliki tekanan uap yang rendah sehingga mudah untuk menguap ke udara. Aseton memiliki titik didih 56 oC (http://www.chemnet.com/cas/my/67-64-1/acetone.html). 2. Deionized Water Deionized water atau aquades, merupakan air murni yang telah dihilangkan ionion bebas pengotornya. Digunakan sebagai media penghantar panas dari heater ke larutan aseton. 4.3.2 Percobaan Difusi Cair - Cair
1. Konduktometer : Mengukur konduktansi larutan KCL yang dicampurkan dengan air lalu diaduk menggunakan magnetic stirrer .
Gambar 4.6 Konduktometerpada Peralatan Difusi Cair-Cair
2. Magnetic Stirrer merupakan alat yang digunakan untuk memutar batangan magnet yang ditaruh ke dalam wadah, magnetic stirrer juga dapat diatur kecepatan putaran dari batangan magnetnya.
DIFUSI
Page 52
Gambar 4.7 Magnetic Stirrer pada Peralatan Difusi Cair-Cair
3. Kapiler Tube merupakan tabung berbentuk huruf U yang digunakan untuk mendukung terjadinya difusi cair-cair dalam tangki, karena kapiler tube yang digunakan, sepenuhnya harus terendam larutan KCL yang dicampurkan dengan air. Bahan
1. Larutan KCl 1 M dan 2 M KCl sebagai larutan garam, bersifat mudah terionkan dalam deionized water sehingga tergolong sebagai jenis larutan elektrolit kuat yang terionisasi sempurna di dalam air. Dalam percobaan koefisien difusi cair, digunakan 2 jenis konsentrasi larutan KCl untuk mengamati pengaruh konsentrasi terhadap laju difusi yang terjadi. Pengaruh ini digambarkan melalui perbandingan perubahan konduktivitas terhadap waktu. 2. Deionized Water Deionized water atau aquades, merupakan air murni yang telah dihilangkan ionion bebas pengotornya. Digunakan sebagai pelarut dalam pembuatan larutan KCl dan media dimana ion-ion KCl akan berdifusi ke dalamnya.
DIFUSI
Page 53
4.4
Analisis Kesalahan
4.4.1 Difusi Gas – Cair
Kesalahan-kesalahan yang terjadi pada praktikum kali ini mungkin dikarenakan: 1.
Adanya kesalahan paralaks dari pembacaan alat ukur
2.
Adanya pengotor didalam pipa kapiler yang dapat menghambat proses difusi (pipa kapiler tidak berada dalam kondisi baik)
3.
Pengukuran interval waktu yang kurang tepat (tidak tepat 3 menit). Hal ini dapat menyebabkan perbedaan ketinggian yang terjadi lebih tinggi ataupun lebih rendah dari ketinggian yang seharusnya terukur pada interval waktu 3 menit.
4.
Suhu waterbath terkadang tidak konstan (naik-turun). Hal ini menyebabkan suhu sistem yang diamati tidak tetap 500, sehingga mempengaruhi proses difusi yang terjadi.
4.4.2 Difusi Cair - Cair
Kesalahan-kesalahan yang terjadi pada praktikum kali ini mungkin dikarenakan:
1.
Adanya pengotor didalam sel difusi maupun di wadah deionized water sehingga mempengaruhi nilai konduktivitas.
2.
Adanya gelembung udara di dalam sel difusi, yang dapat memperlambat laju difusi larutan KCl.
3.
Permukaan membran semipermeabel yang terendam.
4.
Pengadukan dengan menggunakan stirrer kurang sempurna karena stirrer berada di dasar tabung sehingga konsentrasi tidak merata di semua bagian dan mempengaruhi nilai konduktivitasnya. Selain itu, sering terjadi ketidakstabilan pengadukan oleh stirrer, dimana kecepatan putaran stirrer sering berubah-ubah dengan sendirinya.
5.
Ketinggian membran antara kedua konsentrasi KCl yang berbeda, sehingga % kesalahan literatur nilai konduktansinya yang berbeda juga.
DIFUSI
Page 54
