MAKALAH PBL 3 MATA KULIAH KIMIA FISIKA TEGANGAN PERMUKAAN
Disusun oleh : KELOMPOK 3
Adinda Diandri Putri
(1406553013) (1406553013)
Mohamad Aufar Ghaizani
(1406552944)
Nur Annisa
(1406552931) (1406552931)
Rossalina Kurniawan
(1406552982) (1406552982)
Tubagus Rizaldy
(1406552950) (1406552950)
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
……………………………………………………………………………………… ………………………………………… ……………………………………………...2 ...2
PETA KONSEP
………………………………………………………………………………..3 ………………………………………… ……………………………………..3
BAB I LANDASAN TEORI
……………………………………………………………………….4 …………………………………………… ………………………….4
BAB II JAWABAN PERTANYAAN
……………………………………………………………..11 ……………………………………………… ……………..11
Bagian A
………………………………………………………………………………11 ………………………………………… ……………………………………11
Bagian B
………………………………………………………………………………17 ………………………………………… ……………………………………17
Bagian C
………………………………………………………………………………29 ………………………………………… ……………………………………29
BAB III PENUTUP
………………………………………………………………………………43 ………………………………………… ……………………………………43
DAFTAR PUSTAKA
………………………………………………………………………………44 ………………………………………… ……………………………………44
"
PETA KONSEP
#
BAB I LANDASAN TEORI Tegangan Permukaan •
Pengertian Tegangan Permukaan Tegangan permukaan adalah gaya atau tarikan kebawah yang menyebabkan permukaan cairan ca iran berkontraksi dan benda dalam dala m keadaan tegang. Hal ini disebabkan oleh gaya-gaya tarik yang tidak seimbang pada antar muka c airan. Gaya ini biasa segera diketahui pada kenaikan cairan biasa dalam pipa kapiler dan bentuk suatu tetesan kecil cairan. Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung cenderung untuk untuk menegang menegang sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Tegangan permukaan ini dipengaruhi oleh gaya-gaya kimia antara molekul air, seperti gaya tarik antar-molekul. Tegangan permukaan didefinisikan didefin isikan sebagai gaya tiap satuan panjang yang bekerja pada permukaa zat atau sebagai energi persatuan luas yang diperlukan untuk meningkatkan area permukaan
suatu
cairan
yang
diakibatkan
oleh
gaya
antarmolekul.
Dalam
sudut
termodinamika, tegangan permukaan juga dapat dideskripsikan sebagai suatu peristiwa dimana cairan memiliki tendensi mengurangi permukaan hingga titik rendah dari potensial energi permukaan yang diperlukan untuk untu k mencapai kesetimb angan permukaan. permukaan .
Tegangan permukaan (! ( !) adalah intensitas gaya tarik modulus persatuan panjang sepanjang suatu garis di permukaan.
!"
#
%$............... ............... (1)
! = tegangan permukaan (dyne/cm) & = gaya yang dibutuhkan untuk memecah lapisan film (N/dyne) ' = panjang benda (m/cm)
Karena cairan cenderung menurunkan luas permukaannya, dibutuhkan kerja dari luar, dimana usaha yang dibutuhkan adalah
( " &*+ ............... (2) ( " ! ,* '* + •
" !* -. ............... (3)
Faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan
$
a. Jenis cairan Pada umumnya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar, seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya pada cairan seperti bensin karena gaya tarik antara molekulnya kecil, maka tegangan permukaannya juga kecil. b. Suhu Tegangan permukaan cairan turun bila suhu s uhu naik, karena dengan bertambahnya suhu molekul- molekul cairan bergerak lebih cepat dan pengaruh interaksi antara molekul berkurang sehingga tegangan permukaannya menurun. c. Adanya zat terlarut Adanya zat terlarut pada cairan dapat menaikkan atau menurunkan tegangan permukaan. Untuk air adanya elektrolit anorganik dan non elektrolit tertentu seperti sukrosa dan gliserin menaikkan tegangan permukaan. permukaan. Sedangkan adanya adanya zat- zat seperti sabun, detergen, dan alkohol adalah efektif dalam menurunkan menurunkan tegangan permukaan (Yazid, 2005). d. Surfaktan Surfaktan (surface active agents), zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. Surfaktan mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus. Sabun merupakan salah satu contoh dari surfaktan. e. Konsentrasi zat terlarut Konsentrasi zat terlarut (solut) suatu larutan biner mempunyai pengaruh terhadap sifat-sifat larutan termasuk tegangan muka dan adsorpsi pada permukaan larutan. Telah diamati bahwa solut yang ditambahkan kedalam larutan akan menurunkan tegangan muka, karena mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih besar daripada didalam larutan.Sebaliknya solut yang penambahannya kedalam larutan menaikkan tegangan muka mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih kecil daripada didalam larutan.
•
Fenomena Penting Akibat Tegangan Permukaan o
Kapilaritas Peristiwa kapilaritas adalah naik turunnya permukaan zat cair melalui pipa kapiler. Kapilaritas terjadi karena gaya kohesi dari tegangan permukaan dan gaya adhesi antara zat cair dan tabung kaca. Peristiwa ini tanpa disadari terjadi disekeliling kita seperti peristiwa naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor adalah peristiwa %
kapilaritas. Pengisapan air dan unsur hara oleh tumbuhan melalui jaringan kapiler merupakan peristiwa kapilaritas. Hal lainnya yaitu pengisapan air oleh kertas atau kain juga merupakan peristiwa kapilaritas. o
Bentuk Tetesan adalah Bulat Tetes cairan memiliki bentuk hampir bulat. Karena tegangan permukaan, permukaan bebas dari cairan cenderung untuk mencapai mencapai luas permukaan minimum. minimum. Karena bola memiliki luas permukaan minimum untuk volume tertentu cairan, cairan mencoba mengadopsi bentuk bola. Contohnya adalah tetesan air atau tetesan merkuri.
SURFAKTAN •
Pengertian, Karakteristik, dan Fungsi Surfaktan Surfaktan (Surface (Surface active agent ) adalah bahan aktif permukan yang dapat diproduksi secara sintesis kimia maupun biokimia. Karakteristik utama surfaktan adalah pada aktifitas permukaannya. Surfaktan mampu meningkatkan kemampuan menurunkan tegangan permukaan dan antar muka suatu cairan, meningkatkan kemampuan pembentukan emulsi minyak dalam air, mengubah kecepatan agregasi partikel terdispersi yaitu dengan menghambat menghambat dan mereduksi flokulasi dan coalescence partikel yang terdispersi sehingga kestabilan partikel yang terdispersi semakin meningkat. Surfaktan juga mampu mempertahankan gelembung atau busa yang terbentuk lebih lama. Karena sifatnya dapat menurunkan tengangan permukaan, surfaktan dapat digunakan sebagai bahan pembasah, bahan pengemulsi dan bahan pelarut. Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang suka akan air (hidrofilik) dan bagian non polar yang suka akan minyak/lemak (hidrofobik). Bagian polar molekul surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau netral. Umumnya bagian non polar (hidrofobik) adalah merupakan rantai alkil yang panjang ” ekor”, sementara bagian yang polar (hidrofilik) mengandung gugus hidroksil dan nampak sebagai “kepala” surfaktan.
Gambar 1. Representasi Struktur Surfaktan
&
Gugus hidrofilik pada surfaktan bersifat polar dan mudah bersenyawa dengan air, sedangkan gugus hidrofobik bersifat non polar dan mudah bersenyawa dengan minyak. Pada suatu molekul surfaktan, salah satu gugus harus lebih dominan jumlahnya. Molekul-molekul surfaktan akan diadsorpsi lebih kuat oleh air dibandingkan dengan minyak apabila gugus polarnya yang lebih dominan. Sebaliknya, apabila gugus non polarnya lebih dominan, maka molekul-molekul surfaktan tersebut akan diadsorpsi lebih kuat oleh minyak dibandingkan dengan air. Akibatnya tegangan permukaan minyak menjadi lebih rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase kontinyu.
•
Pengertian Misel Penambahan surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan permukaan larutan. Setelah mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan konstan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan melebihi konsentrasi ini maka surfaktan mengagregasi membentuk misel. Konsentrasi terbentuknya misel ini disebut Critical Micelle C oncentration ( oncentration (CMC ). Tegangan permukaan akan menurun hingga cmc tercapai. Setelah cmc tercapai, tegangan permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh danterbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya.
•
CMC (Critical (Critical Micelle Concentration) Concentration) Penambahan surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan permukaan larutan. Setelah mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan konstan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan melebihi konsentrasi ini maka surfaktan mengagregasi membentuk misel, konsesntrasi terbentuknya misel ini disebut Critical Micelle Concentration Concentration (CMC). Tegangan permukaan akan menurun hingga CMC tercapai. Setelah CMC tercapai, tegangan permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh dan terbentuk misel yang berada daam keseimbangan dinamis dengan monimernya (Genaro, 1990).
'
Gambar 2. Struktur Misel
•
Penggunaan/Aplikasi Surfaktan Penggunaan surfaktan sangat bervariasi, seperti bahan deterjen, kosmetik, farmasi, makanan, tekstil, plastik dan lainlain. Beberapa produk pangan seperti margarin, es krim, dan lain-lain menggunakan surfaktan sebagai satu bahannya. Syarat agar surfaktan dapat digunakan untuk produk pangan yaitu bahwa surfaktan tersebut mempunyai nilai Hydrophyle Lypophyle Balance Balance (HLB) antara 2-16, tidak beracun, serta tidak menimbulkan iritasi. Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu sebagai bahan pembasah (wetting (wetting agent ), ), bahan pengemulsi (emulsifying ( emulsifying agent ) dan bahan pelarut ( solubilizing solubilizing agent ). ).
ADSORPSI •
Pengertian Adsorpsi Adsorpsi adalah gejala pengumpulan molekul-molekul suatu zat pada permukaan zat lain, sebagai akibat dari ketidakjenuhan ketidakjenuhan gaya-gaya pada permukaaan permukaaan zat tersebut. Dalam adsorpsi digunakan istilah adsorbat dan adsorban, dimana adsorbat adalah substansi yang terjerap atau substansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya, sedangkan adsorban adalah merupakan suatu media penyerap yang dala m hal ini berupa senyawa karbon. Adsorpsi terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat. Molekul-molekul pada permukaan zat padat atau zat cair, mempunyai gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada gaya-gaya lain yang mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat cair, mempunyai gaya adsorpsi. Adsorpsi berbeda dengan absorpsi. Pada absorpsi zat yang diserap masuk ke dalam absorbens sedangkan pada adsorpsi zat yang diserap hanya terdapat pada permukaannya (Sukardjo, 1990). 1990). Komponen yang terserap disebut adsorbat (adsorbate ( adsorbate), ), sedangkan daerah tempat terjadinya penyerapan disebut adsorben (adsorbent ( adsorbent / substrate / substrate). ). Berdasarkan sifatnya, adsorpsi dapat digolongkan menjadi adsorpsi fisik dan kimia. Perbedaan adsorpsi adsorpsi fisika dan kimia :
(
Adsorpsi fisika
Adsorpsi kimia
Molekul terikat pada adsorben oleh
Molekul terikat pada adsorben oleh
gaya Van der Walls
ikatan kimia
Mempunyai entalpi reaksi -4
Mempunyai entalpi reaksi -40 sampai
sampai
800kJ/mol
-40 kJ/mol
Membentuk lapisan Monolayer
Dapat membentuk lapisan multilayer Adsorpsi hanya terjadi pada suhu
Adsorpsi dapat terjadi pada suhu
dibawah titik didih adsorbat
tinggi
Jumlah adsorpsi pada permukaan
Jumlah adsorpsi pada permukaan
merupakan fungsi adsorbat
merupakan karakteristik adsorben dan adsorbat
Tidak melibatkan energi aktivasi
Melibatan energi aktivasi tertentu
tertentu Bersifat tidak spesifik
•
Bersifat sangat spesifik
Faktor-faktor yang mempengaruhi Adsorpsi, yakni: a. Waktu kontak
f. pH
b. Karakteristik adsorben
g. Temperatur
c. Luas permukaan d. Kelarutan adsorbat e. Ukuran molekul adsorbat
•
Isoterm Adsorpsi Isoterm adsorpsi adalah adsorpsi yang menggambarkan hubungan antara zat yang teradsorpsi oleh adsorben dengan tekanan atau konsentrasi pada keadaan kesetimbangan dan temperatur konstan. Persamaan yang sering digunakan untuk menggambarkan data percobaan isoterm telah dikembangkan oleh 1) Freundlich, 2) Langmuir, dan 3) Brunauer, Emmett, dan Teller (Isoterm BET).
)
•
Pengertian Adsorben Adsorben merupakan zat padat yang dapat menyerap komponen tertentu dari suatu fase fluida. Kebanyakan adsorben adalah bahan- bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding pori- pori atau pada letak-letak tertentu di dalam partikel itu. Oleh karena pori-pori biasanya sangat kecil maka luas permukaan dalam menjadi beberapa orde besaran lebih besar daripada permukaan luar dan bisa mencapai 2000 m/g. Pemisahan terjadi karena perbedaan bobot molekul atau karena perbedaan polaritas yang menyebabkan sebagian molekul melekat pada permukaan tersebut lebih erat daripada molekul lainnya.
Adsorben yang digunakan secara komersial dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu kelompok polar dan non polar. a.
Adsorben Polar Adsorben polar disebut juga hydrophilic. Jenis adsorben yang termasuk kedalam kelompok ini adalah silika gel, alumina aktif, dan zeolit.
b.
Adsorben non polar Adsorben non polar disebut juga hydrophobic. Jenis adsorben yang termasuk kedalam kelompok ini adalah polimer adsorben dan karbon aktif.
Menurut IUPAC (Internasional Union of Pure and Applied Chemical) ada beberapa klasifikasi pori yaitu : a. Mikropori : diameter < 2nm b. Mesopori : diameter 2 – 50 nm c. Makropori:diameter>50nm Adsorben yang Umum Digunakan : Zeolit
*+
BAB II JAWABAN PERTANYAAN Bagian A
1. Dalam kasus di atas terjadi fenomena permukaan pada fluida, jelaskan pengertian tentang fenomena permukaan, dan jelaskan mengapa terjadi perubahan tegangan permukaan setelah adanya nanopartikel.
Fenomena permukaan merupakan peristiwa – peristiwa yang terjadi di dekat atau pada permukaan suatu zat atau fase. Beberapa peristiwa yang merupakan fenomena permukaan adalah tegangan permukaan, tegangan interfacial, adsorpsi, penyebaran cairan di permukaan, dan katalitik. Tegangan permukaan dapat terjadi setelah adanya nanopartikel dikarenakan pada nanopartikel sering ditemukan dengan bahan aglomerasi dengan berbagai komposisi seperti sifat kimia dan elektromagnetiknya. Nanopartikel dapat tersebar seperti aerosol, suspense/koloid atau dalam keadaan menggumpal. Sebagai contoh, nanopartikel magnetik cenderung mengelompok, membentuk sebuah aglomerat, kecuali permukaan mereka dilapisi dengan bahan non-magnetik, dan dalam keadaan menggumpal, nanopartikel dapat berperilaku sebagai partikel yang lebih besar, tergantung pada ukuran aglomerat tersebut. Perilaku nanopartikel inilah yang membuat tegangan permukaan dapat terjadi setelah adanya nanopartikel. Penambahan nanopartikel pada suatu fluida basa pada konsentrasi yang tinggi menyebabkan tegangan permukaan meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi partikel. Ini disebabkan karena peningkatan gaya Van der Waals antar partikel yang terakumulasi pada interfase gas – cair yang dapat menyebabkan meningkatkan energi bebas permukaan yang juga dapat meningkatkan tegangan permukaan.
2. Istilah tegangan permukaan (surface ( surface tension) tension) sangat erat hubungannya dengan istilah intermolecular forces, forces, jelaskan definisi dan hubungan dari kedua istilah tersebut.
Intermolecular forces (gaya intermolekular) adalah gaya tarik/ tolak yang terjadi antarmolekul. Apabila molekul – molekul berada dalam suatu materi, gayanya disebut cohesive force (antara force (antara molekul cairan) sementara jika berada dalam dua materi yang berbeda, gayanya disebut adhesive force (antara cairan dan udara).
**
Gambar 3. Terjadinya Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan ( surface tension) tension ) terjadi karena permukaan zat cair mempunyai kecendrungan untuk menegang, sehingga permukaannya seolah – olah ditutupi oleh suatu lapisan yang tipis dan elastis. Hal ini dise babkan adanya gaya tarik menarik antara partikel sejenis di dalam zat cair sampai ke permukaan. Di dalam cairan, tiap tia p molekul ditarik oleh molekul lain yang sejenis didekatnya ( Interior Molecule) Molecule) dengan gaya yang sama ke segala arah (cohesive (cohesive force). force). Sedangkan pada permukaan cairan, tiap molekul ditarik oleh molekul sejenis didekatnya ( Exterior Molecule) Molecule) dengan arah gaya hanya kesamping dan kebawah (adhesive ( adhesive force). force). Akibat terdapat perbedaan gaya tarik, sehingga ada sisa gaya yang bekerja pada lapisan atas cairan. Gaya tersebut mengarah kebawah karena molekul dibawah permukaan jumlahnya lebih banyak dan jarak antara molekul lebih rapat. Adanya gaya atau tarikan kebawah menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan berada dalam keadaan tegang. Keadaan tegang inilah yang disebut dengan tegangan permukaan ( surface tension). Sehingga dapat disimpulkan bahwa tegangan permukaan ( surface tension) tension) berhubungan erat dengan gaya intermolekular, yakni gaya tarik antar molekul cairan. Semakin kuat gaya intermolekular maka semakin kuat tegangan permukaan.
3. Ada beberapa metoda yang dapat kita gunakan untuk menentukan tegangan permukaan dari suatu cairan, jelaskan metoda apa saja yang Anda ketahui, terangkan prinsipnya dan sertakan gambar.
1)
Metode Kenaikan Kapiler Tegangan permukaan diukur dengan melihat ketinggian cairan yang naik melalui suatu kapiler. Bila suatu pipa kapiler di masukkan ke dalam cair an yang membasahi dinding maka cairan akan naik ke dalam kapiler karena adanya tegangan muka. Kenaikan cairan sampai pada suhu tinggi tertentu sehingga terjadi keseimbangan antara gaya ke atas dan ke bawah. Metode kenaikan kapiler hanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan tidak bisa *"
untuk mengukur tegangan antar muka. Sudut kontak ! dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding. Sudut ini timbul akibat gaya tarik menarik antar zat yang sama (cohesive (cohesive force) force) dan gaya tarik antar molekul zat yang berbeda (adhesive (adhesive force). force). Karena dalam pipa kapiler gaya adhesi antara partikel air dan kaca lebih besar daripada gaya kohesi antara partikel-partikel air, maka air akan naik dalam pipa kapiler. Sebaliknya raksa cenderung turun dalam pipa kapiler, jika gaya kohesinya lebih besar daripada gaya adhesinya. Jika sudut kontak lebih besar dari 90 o cairan akan tertekan kebawah membentuk cekungan.
/"
$01234 567
............... (1)
h : tinggi permukaan zat cair (m)
! : tegangan permukaan (N m -1) 8 : massa jenis (kg/m3) r : jari-jari (m)
9 : sudut kontak (m/s 2)
Gambar 4. Metode Kenaikan Kapiler
2) Metode Tensiometer Cincin Du-Nuoy Metode ini bisa digunakan untuk mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antarmuka. Prinsip dari alat ini adalah gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina iridium yang diperlukan sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka dari cairan tersebut.
!"
# :;7
+ <=>?@A >@AB>CD ............... (2)
*#
Gambar 5. Metode Cincin Du-Nuoy
3) Metode Bobot Tetes Alat yang digunakan adalah stalagnometer. Prinsip kerja nya ialah tegangan permukaan ditentukan oleh bobot jenis cairan yang menetes secara perlahan dari ujung pipa yang berdiri tegak
!"
E6 $;7
............... (3)
Gambar 6. Metode Bobot Tetes
4) Metode Hitung Jumlah Tetes Pada metode ini dihitung jumlah tetes yang dikandung suatu volume tertentu yang akan diukur tekanan permukaannya. Kemudian dibandingkan dengan cairan yang kira-kira tekana permukaannya sama dengan cairan yang akan diukur 0F 0G
"
HF 5F HG 5G
............... (4 )
N : jumlah tetesan ; 8 : massa jenis
Gambar 7. Metode Jumlah Tetes
*$
4. Air juga memiliki tegangan permukaan, tahukah Anda berapa tegangan permukaan air? Ketika Anda mempelajari tegangan permukaan air, Anda akan menemukan istilah “skin-like “skin-like”, ”, terangkan pengertian dari istilah tersebut, dan jelaskan mengapa mengapa peristiwa tersebut bisa bisa terjadi.
Tegangan permukaan air bervariasi berdasarkan suhu dimana air tersebut ditempatkan. o
Sebagai contoh, air pada suhu 0 C memiliki tegangan permukaan sebesar 0,076 N/m sedangkan pada suhu 20 oC memiliki tegangan permukaan sebesar 0,072 N/m. Dalam air, terdapat dua jenis molekul, yakni molekul eksterior (pada permukaan) dan interior (dibawah permukaan). Molekul interior pada setiap sisinya akan tertarik ke segala arah sehingga resultan gayanya bernilai nol. Sedangkan molekul pada permukaan (molekul eksterior) tidak memiliki gaya tarik ke arah atas karena tidak ada zat cair diatasnya. Oleh karena itu pada permukaan zat cair molekul memiliki gaya resultan ke arah bawah yang menyebabkan beberapa kekuatan ketidakseimbangan pada permukaan cairan. Hal tersebut membuat keadaan energi dari molekul pada interior jauh lebih rendah dibandingkan dengan molekul pada eksterior. Karena itu, molekul mencoba untuk mempertahankan luas permukaan minimum, sehingga memungkinkan lebih banyak molekul memiliki keadaan energi yang lebih rendah. Inilah yang menciptakan seperti ada kulit ( skin-like) skin-like) pada permukaan air.
5. Dapatkah anda menjelaskan kenapa pada konsentrasi rendah nanopartikel FeC, tegangan permukaan nanofluida lebih rendah dibandingkan dengan tegangan permukaan air, sedangkan pada konsentrasi tinggi, tegangan permukaan nanofluida adalah hampir sama dengan tegangan permukaan air?
Percobaan Bhattacharya (2004) telah meneliti tentang studi tegangan permukaan yang dipengaruhi oleh konsentrasi, suhu dan penambahan zat bahwa suhu dan konsentrasi dapat meningkatkan dan menurunkan tegangan dari suatu permukaan zat cair. Pada percobaan ini dilakukan variasi konsentrasi dalam senyawa yang digunakan sebagai acuan variable bebas (Larutan 2-propanol dengan variasi konsentrasi 0,6 M ; 0,4 M ; 0,2M dan 0,1M), sedangkan metode kenaikan kapiler digunakan sebagai variabel terikat. Didapat hasil percobaan diatas dalam tabel berikut. No 1.
Konsentrasii (2Konsentras
Percobaan I h
Percobaan II
Percobaan III
Rata-rata h
propanol)
(cm)
h (cm)
h (cm)
(cm)
0,1 M
2,5
2,5
2,5
2,5
*%
2.
0,2 M
2,2
2,4
2,3
2,3
3.
0,4 M
2,2
2,1
2,1
2,1
4.
0,6 M
2,2
2,0
1,8
2,0
Tabel 1. Variasi konsentrasi senyawa terhadap t erhadap tegangan permukaan dengan metode kenaikan kapiler
Didapat hasil dari nilai tegangan permukaan dari beberapa zat dalam data diatas dengan menggunakan regresi linear, seperti : 1. Tegangan permukaan air dalam percobaan = 72,8 dyne/cm 2. Tegangan permukaan 2-propanol 2-propanol : 0,1 M = 48,61 48,61 dyne/cm dyne/cm 3. Tegangan permukaan 2-propanol 2-propanol : 0,2 M = 53,22 53,22 dyne/cm dyne/cm 4. Tegangan permukaan 2-propanol 2-propanol : 0,4 M = 59,63 59,63 dyne/cm dyne/cm 5. Tegangan permukaan 2-propanol 2-propanol : 0,6 M = 68,61 68,61 dyne/cm dyne/cm
Sehingga dari data percobaan yang diketahui didapat bahwa kenaikan dari konsentrasi suatu zat / konsentrasi nanopartikel dalam zat cair akan menurunkan tegangan permukaan zat sehingga sehingga nilai tegangan permukaan permukaan akan hampir hampir sama dengan tegangan tegangan permukaan air. Tegangan permukaan zat cair yang diamati memiliki hasil yang berbeda-beda. Hal ini terjadi karena molekul memiliki daya tarik menarik antara molekul sejenis yang disebut dengan daya kohesi. Daya kohesi suatu zat selalu sama, sehingga pada permukaan suatu zat cair akan terjadi perbedaan tegangan karena tidak adanya keseimbangan daya kohesi. Semakin tinggi perbedaan tegangan yang terjadi pada bidang mengakibatkan kedua zat cair itu susah bercampur. Tegangan yang terjadi pada air akan bertambah bert ambah dengan penambahan garam-garam anorganik atau senyawasenyawa.
Bagian B
1. Dapatkah Anda membantu memberikan penjelasan tentang proses pembuatan surfaktan, seperti yang diharapkan mahasiswa tersebut? Berikan uraian secara sistematik.
Produksi surfaktan alcohol lemak Fatty alcohol diperoleh dengan cara hidrogenasi metil ester/asam lemak RCH2OH + SO3 ! RCH2OSO3H
*&
RCH2OSO3H + NaOH ! RCH2OSO3 Na + H2O Berikut adalah proses – prosesnya: 1.
Process Air Separataion Tujuannya untuk mencegah korosif pada reactor sebab embun dapat bereaksi bila ditambah SO3 dan dapat memekatkan warna produk
2.
Sulfur Trioxide Generation SO2 -> SO3,dengan katalis V 2O5 •
Pembakaran Sulfur Sulfur cair dimasukkan ke pembakar sulfur, sehingga sulfur menguap (650oC)
•
3.
Pengkonversian SO 2
Sulfasi Dilakukan di reaktor film multitude untuk mengontrol keakurasian rasio mol antara SO3 dengan umpan organic Prosesnya: •
Umpan dimasukkan dibagian atas dan mengalir ke bawah samping pipa
•
Ketika reaksi eksotermis, air dingin pada aliran control dijaga agar temperature 45-50oC maksimum
•
4.
Yield reaksi sebesar 97% dapat dicapai
Netralisasi •
Produk dari reaktor harus dinetralisasi segera dengan hidrolisis untuk menghindari kualitas produk yang buruk. Dilakukan dengan pencampuran multibladed untuk hasil yang homogen
•
Netralisasi akan memelihara sifat-sifat alkali sekecil apapun untuk menjaga kelancaran dan stabilitas proses
5.
Exhaust Gas Treatment Penghilangan komposisi gas dengan meregulsi lingkungan gas lemah terdiri dari zat-zat organik sisa SO3 non reaksi dan gas SO 2. Pertama kedua kotoran dipindahkan dan di electrostatic presipitator. Sisa gas SO2 dipindahkan dan reaksi dengan menambah soda kaustik yang mengalir berlawanan dengan scrubbing column. Konsentrasi gas sisa dalam gas lemah SO 2 dilepaskan kedalam atmosfir dengan Pmax 5 ppm.
*'
2. Diketahui bahwa surfaktan memiliki gugus hidrofilik dan lipofilik. Terangkan kedua hubungan tersebut dan hubungannya dengan surfaktan. Jelaskan juga pengertian tentang surfaktan beserta fungsi dan jenisnya. Ketika Anda mempelajari surfaktan, Anda akan menemukan istilah “misel”, berikan penjelasan tentang istilah tersebut. Berikan contoh tentang kinerja salah satu surfaktan, gunakan gambar sebagai ilustrasinya.
Surfaktan merupakan suatu molekul yang memiliki gugus hidrofilik dan gugus lipofilik sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari air dan minyak. Surfaktan ( surface surface active agent ) adalah bahan aktif permukan yang dapat diproduksi secara sintesis kimia maupun biokimia dimana karakteristik utama surfaktan adalah pada aktifitas permukaannya. Aktifitas surfaktan diperoleh karena sifat ganda dari molekulnya. Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang suka akan air (hidrofilik) dan bagian non polar yang suka akan minyak/lemak (lipofilik). Bagian polar molekul surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau netral. Sifat rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorpsi pada antar muka udara-air, minyak-air dan za t padat-air, membentuk lapisan tunggal dimana gugus hidrofilik berada pada pada fase air dan rantai hidrokarbon ke udara, dalam kontak dengan zat padat ataupun terendam dalam fase minyak. Umumnya bagian non polar (lipofilik) adala h merupakan rantai alkil yang panjang, sementara bagian yang polar (hidrofilik) mengandung gugus hidroksil. Surfaktan mempunyai peran penting untuk menurunkan tegangan permukaan bahan yang dikenai. Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu sebagai bahan pembasah (wetting agent), bahan pengemulsi (emulsi fying agents), dan sebagai bahan penglarut (solubilizing agents).
Klasifikasi surfaktan berdasarkan muatannya dibagi menjadi empat golongan yaitu : 1.
yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu anion. Surfaktan anionik yaitu Surfaktan ini membentuk kelompok surfaktan yang paling besar dari jumlahnya. Sifat hidroliknya berasal dari bagian kepala ionik yang biasanya merupakan gugus sulfat atau sulfonat. Pada kasus ini, gugus hidrofob diikat ke bagian hidrofil dengan ikatan C-O-S yang labil, yang mudah dihidrolisis. Beberapa contoh dari surfaktan anionik adalah linier alkilbenzen sulfonat (LAS), alkohol sulfat (AS), alpha olefin sulfonat (AOS) dan parafin atau secondary alkane sulfonat (SAS). Surfaktan jenis ini banyak digunakan pada industri laundri dan juga dimanfaatkan dalam proses perbaikan atau perawatan tanah yang tercemar minyak. Surfaktan ini dapat *(
bereaksi dalam air cucian dengan ion air sadah bermuatan positif seperti s eperti kalsium kalsi um dan magnesium. Natrium dodekil sulfonat
+
: C12H23CH2SO3-Na
Natrium dodekil benzensulfonat : C12H25ArSO3-Na
+
Gambar 8. Contoh Surfaktan Anionik
2.
Surfaktan kationik yaitu yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu kation.
Kegunaanya pada industri pelembut pakaian dan deterjen, surfaktan kationik akan membuat bahan menjadi lebih lembut. Biasanya juga ditemui sebagai agent pembersih pada pembersih rumah dan toilet. Contohnya garam alkil trimethil ammonium, garam dialkil-dimethil ammonium dan garam alkil dimethil benzil ammonium. -
C12H25Cl + N(CH3)3 " [C12H25 N-(CH3)3] + Cl
Gambar 9. Contoh Surfaktan Kationik
*)
3.
Surfaktan nonionik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya tidak bermuatan.
Surfaktan sejenis ini tidak berdisosiasi dalam air, tetapi bergantung pada struktur (bukan keadaan ion-nya) untuk mengubah hidrofilitas yang membuat zat tersebut larut dalam air. Surfaktan nonionik biasanya digunakan bersama-sama dengan surfaktan aniomik. Jenis ini hampir semuanya merupakan senyawa turunan poliglikol, alkiloamida atau ester-ester dari polihidroksi alkohol. a lkohol. Contohnya ester gliserin asam lemak, ester sorbitan asam lemak, ester sukrosa asam lemak, polietilena alkil amina, glukamina, alkil poliglukosida, mono alkanol amina, dialkanol amina dan alkil amina oksida. Pentaeritritit palmitat
: CH3(CH2)14COO-CH2-C(CH2OH)3
Polioksietilendodekileter : C12H25-O-(CH2-CH2O)2H
Gambar 10. Contoh Surfaktan Nonionik
4.
Surfaktan amfoter yaitu surfaktan yang bagian alkilnya mempunyai muatan
positif dan negative, bergantung bergantung pada kondisi kondisi pH pH lingkungan. lingkungan. Contohnya surfaktan yang mengandung asam amino, betain, fosfobetain. Surfaktan pada umumnya disintesis dari turunan minyak bumi, seperti linier alkilbensen sulfonat (LAS), alkil sulfonat (AS), alkil etoksilat (AE) dan alkil etoksilat sulfat (AES).
Gambar 11. Contoh Surfaktan Amfoter
Salah satu sifat khas surfaktan adalah pembentukan misel yaitu fenomena penting yang mempengaruhi sifat permukaan seperti detergensi, solubilisasi dan tegangan permukaan. Misel adalah kumpulan ion – ion surfaktan atau molekul surfaktan yang berkumpul menjadi satu bentuk, dengan gugus hidrofil di luar dan teri kat pada air sedangkan gugus hidrofob berada di dalam untuk membentuk globulan –
"+
globulan minyak, dengan struktur bulat dengan diameter sekitar 5 nm yang terbentuk dari monomer-monomer surfaktan. Bagian dalam misel tersusun dari rantai hidrokarbol surfaktan sedangkan bagian luar misel tersusun dari kepala ioniknya. Misel terbentuk karena 2 faktor yang saling berkompetisi, yaitu pemindahan rantai hidrokarbon menjauhi air ke interior seperti minyak mendorong miselisasi. Ini utamanya akibat efek entropi disebut juga efek hidrofobik (sebagai contoh: terbentuk misel dari molekul surfaktan mendorong penurunan entropi surfaktan namun air mengalami kenaikan entropi jauh lebih besar), dan tolak menolak antar gugus kepala polar saat mereka saling mendekat menghalangi proses agregasi (sebagai contoh: gugus kepala harus mengalami dehidrasi jika ingin mendekat satu sama lain, hal ini memicu tolakan hidrasi). Surfaktan, tak hanya beragregasi membentuk misel spheris tapi juga silinder, bilayer dan misel terbalik.
Gambar 12. Tipe Misel Spherical, Bilayer, dan Silinder
Pada aplikasinya sebagai bahan pembersih untuk material kain, tanah dan sejenisnya, surfaktan dapat bekerja melalui tiga cara yang berbeda, yakni roll up, emulsifikasi dan solubilisasi. a. Roll up Pada mekanisme ini, surfaktan bekerja dengan menurunkan tegangan antarmuka antara minyak dengan kain atau material lain yang terjadi dalam larutan berair. b. Emulsifikasi Pada mekanisme ini surfaktanmenurunkan tegangan antarmuka minyak-larutan dan menyebabkan proses emulsifikasi terjadi. c. Solubilisasi
"*
Melalui interaksi dengan misel dari surfaktan dalam air (pelarut), senyawa secara simultan terlarut dan membentuk larutan yang stabil dan jernih. Mekanismenya roll up dan emulsifikasi terdapat pada Gambar berikut.
Gambar 13. Mekanisme Kerja Surfaktan (a) Roll Up dan (b) Emulsi
3. Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, jelaskan dan uraikan dengan singkat? Untuk penggunaan dalam bidang pangan, ada syarat – syarat tertentu yang harus dipenuhi oleh surfaktan, uraikan secara singkat.
Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu sebagai bahan pembasah (wetting agent ), ), bahan pengemulsi (emulsifying ( emulsifying agent ) dan bahan pelarut ( solubilizing agent ). ). Penggunaan surfaktan ini bertujuan untuk meningkatkan kestabilan emulsi dengan cara menurunkan tegangan antarmuka antara fasa minyak dan fasa cair. Surfaktan dipergunakan baik berbentuk emulsi minyak dalam air maupun berbentuk emulsi air dalam minyak. Emulsi didefinisikan sebagai suatu sistem yang terdiri dari dua fasa cairan yang tidak saling melarut, dimana salah satu cairan terdispersi dalam bentuk globula-globula cairan lainnya. Cairan yang terpecah menjadi globula – globula dinamakan fase terdispersi, sedangkan cairan yang mengelilingi globula – globula dinamakan fase kontinu atau meduim dispersi. Berdasarkan jenisnya emulsi dibedakan menjadi dua, yaitu : 1. Emulsi minyak dalam air (O/W)
""
Adalah emulsi dimana bahan pengemulsinya mudah larut dalam air sehingga air dikatakan sebagai fase eksternal. 2. Emulsi air dalam minyak (W/O) Adalah emulsi dimana bahan pengemulsinya mudah larut dalam minyak. Syarat agar surfaktan dapat digunakan untuk produk pangan yaitu surfaktan tersebut mempunyai nilai Hydrophyle Lypophyle Balance Balance (HLB) antara 2-16, tidak beracun, serta tidak menimbulkan iritasi. Penggunaan surfaktan terbagi a tas tiga golongan, yaitu sebagai bahan pembasah (wetting (wetting agent ), ), bahan pengemulsi (emulsifying (emulsifying agent ) dan bahan pelarut ( solubilizing ). solubilizing agent ).
4. Setelah Critical Micelle Concentration (CMC) Concentration (CMC) tercapai, tegangan permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh dan terbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya. Bagaimana menentukan CMC, gambarkan salah satu grafik yang dapat menunjukkan penentuan CMC!
Definisi CMC (Critical (Critical Micelle Concentration) Concentration) Penambahan surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan permukaan larutan. Setelah mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan konstan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan melebihii konsentrasi ini maka surfaktan mengagregasi membentuk misel, konsesntrasi terbentuknya misel ini disebut Critical Micelle Concentration Concentration (CMC). Tegangan permukaan akan menurun hingga CMC tercapai. Setelah CMC tercapai, tegangan permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh dan terbentuk misel yang berada daam keseimbangan dinamis dengan monimernya (Genaro, 1990). Salah satu sifat surfaktan adalah adala h mengalami agregasi spontan dalam air dan membentuk struktur seperti misel, silinder, bilayer, dan lain-lain. Struktur ini sering juga dinamakan koloid asosiasi. Ketika sodium dodecylsulfate (SDS) ditambahkan ke air, pada konsentrasi rendah, anion molekul dodecylsulfate terlaurt sebagai individual ion. Karena adanya rantai karbon, SDS cenderung mengadsorpsi pada interface udara-air interface udara-air dengan rantai hidrokarbon mengarah ke fase uap. Tegangan permukaan turun dengan meningkatnya konsentrasi SDS.
"#
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi nilai CMC, untuk deret homolog surfaktan rantai hidrokarbon, nilai CMC bertambah 2 kali dengan berkurangnya satu atom C dalam rantai. Gugus aromatik dalam rantai hidrokarbon akan memperbesar nilai CMC dan juga memperbesar kelarutan. Adanya garam menurunkan nilai CMC surfaktan ion. Penurunan CMC hanya bergantung pada konsentrasi ion lawan, yaitu makin besar konsentrasinya makin turun CMC -nya. Karena pada CMC terjadi penggumpalan dari molekul surfaktan, maka cara penentuan cmc dapat menggunakan cara-cara penentuan besaran fisik yang menunjukkan perubahan dari keadaan ideal menjadi tak ideal. Di bawah cmc larutan menjadi bersifat ideal. Sedangkan diatasnya cmc larutan bersifat tak ideal. Besaran fisik yang dapat digunakan ialah tekanan osmosa, titik beku larutan, hantaran jenis atau hantaran ekivalen, kelarutan solubilisasi, indeks bias, hamburan cahaya, tegangan permukaan, dan tegangan antarmuka.
Grafik 1. Hubungan Konsentrasi dengan Tegangan Permukaan Grafik diatas menunjukan bahwa tegangan permukaan cenderung untuk turun seiring bertambahnya konsentrasi surfaktan yang diberikan hingga CMC. Saat CMC tercapai tegangan permukaan dari suatu larutan akan konstan dan tidak terpengaruh banyaknya konsentrasi surfaktan yang diberikan, hal ini menunjukkan bahwa menjadi jenuh dan terbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya. Di bawah CMC hanya terbentuk unimer dan diatas CMC, misel berkestimbangan dengan unimer.
Cara menentukan CMC Nilai konsentrasi kritis misel (CMC) dapat diketahui dengan dengan membuat grafik hubungan hubungan antara konsentrasi (C) dengan daya hantar listrik (DHL) suatu larutan pada setiap temperaturnya.
"$
"
Contoh Grafik Penentuan Nilai CMC
Grafik 2. Hubungan Konsentrasi dengan Daya Hantar Listrik pada Gelatin
Grafik di atas merupakan mer upakan grafik hubungan antara C vs DHL pada gelatin untuk suhu 30,C. Berdasarkan grafik tersebut diketahui bahwa perubahan nilai DHL paling tinggi terjadi tinggi terjadi saat konsentrasi 2,38 g/L. Sehingga, dapat dikatakan nilai CMC pada suhu 30,C yaitu sebesar 2,38 g/L.
"
Contoh Grafik Penentuan Energi Miselisasi Untuk menentukan energi miselisasi (# ( #H), dibuat terlebih dahulu grafik hubungan antara konsentrasi (C) dengan daya hantar listrik list rik (DHL) seperti grafik diatas dengan temperatur yang bervariasi, misalnya untuk suhu pada 30 °C, 32°C, 34°C, 36°C, dan 38°C. Sehingga, setelah dibuat seluruh grafik tersebut, dibuat kembali grafik hubungan antara (1/T) dengan (ln CCM), dimana nilai CCM telah didapatkan seluruhnya dari grafik antara konsentrasi dan daya hantar listrik sebelumnya.
"%
Grafik 3. Hubungan CMC pada Setiap Temperatur
Grafik di atas merupakan grafik hubungan antara 1/T vs ln CCM pada penentuan nilai konsentrasi kritis misel gelatin dalam pelarut air. Berdasarkan grafik tersebut diperoleh persamaan garis y = 239,2x + 0,081 dan R 2 = 0,746. Persamaan garis tersebut menyatakan
. Gradien garis dinyatakan
, sehingga
diperoleh nilai #H yakni 1988,709 J atau 1,989 kJ.
5. Dalam produk kosmetik, biasanya terdapat lebih dari satu jenis surfaktan. Dapatkah anda menjelaskan alasan penggunaan surfaktan ini, dan apakah surfaktan yang dipilih harus dari golongan yang sama atau tidak? Jelaskan dan berikan contoh, tambahkan referensi yang anda gunakan untuk mendukung penjelasan anda.
Secara umum kosmetik dan personal tersebut memberikan manfaat sebagai Pembersih (rambut & kulit), Perlindungan Perlindungan kulit, penahan air, Penghilang bau. Sebagai pengguna pengguna konsumen, tentunya menilai produk dari segi warna, bau, tekstur, keamanan, dan aplikasi produk itu sendiri. Salah satu dari penentuan faktor-faktor produk itu berkualitas adalah dari penggunaan surfaktan. Syarat-syarat suatu kosmetik dalam aplikasinya : a.
Memberikan kulit yang sehat
b.
Menjaga kelembaban
c.
Bebas dari kotoran dan tidak toksik
d.
Tidak memberikan efek iritasi
e.
Tidak menimbulkan alergi
Surfaktan merupakan senyawa yang dapat menurukan tegangan permukaan suatu system, dimana adalah subtansi yang dalam keadaan rendah mempunyai sifat dapat terabsorbsi pada sebagian atau seluruh antar muka sistem. Surfaktan mempunyai mempunyai gugus hidrofil dan lipofil yang seimbang sehingga mampu menjadi jembatan penghubung antara polar dan nonpolar yang dapat menyebabkan terjadinya interaksi antara ke 2 fase tersebut dengan baik.
Pada kosmetik dan personal care, care, surfaktan yang digunakan memiliki syarat-syarat.
"&
Syarat – syarat untuk surfaktan yang digunakan dalam kosmetik antara lain : a. Surfaktan harus stabil efektivitasnya selama dalam penyimpanan maupun selama penggunaannya. Pengaruh pH pH dan kadar asam tidak boleh menghambat efektivitas dari surfaktan itu sendiri. b. Kadar surfaktan yang digunakan tidak boleh mengiritasi, melukai, atau sensitif pada kulit; misalnya untuk kosmetik yang memiliki kontak dengan mata, seperti sampo, atau yang diabsorpsi oral, seperti lipstik dan pasta gigi. c. Surfaktan tidak boleh mempunyai efek samping yang tidak diinginkan, misalnya dalam aerosol tidak boleh merusak logam atau dalam desinfektan tidak boleh menghambat efektivitas dari surfaktan itu. d. Surfaktan tidak boleh mempengaruhi bau dan warna dari kosmetik.
Untuk meminimalkan risiko medis, pembuat kosmetik cenderung menggunakan surfaktan polimer. Selain itu surfaktan anionik, kationik, nonionik, dan amfoterik juga dapat digunakan. Beberapa penelitian menggunakan surfaktan alami karena lebih aman untuk diaplikasikan.
Dan fungsi dari surfaktan yang berperan dalam kosmetik itu sendiri yaitu : 1.
Surfactants, Cleansing Agents
2.
Surfactants, Emulsifying Agents
3.
Surfactants, Foam Boosters
4.
Surfactants, Hydrotropes
5.
Surfactants, Solubilizing Agents
6.
Surfactants, Suspending Agents
Jenis-jenis surfaktan yang digunakan dalam kosmetik beserta fungsinya antara lain : a. Surfaktan Anionik Surfaktan ini berguna untuk aplikasi yang memerlukan pembersihan (perlengkapan mandi dan busa). •
Surfaktan Asam Karboksilat Stearat digunakan untuk produk seperti deodoran dan anti- perspirant anti- perspirant . Garam (Natrium stearat) digunakan untuk membuat sabun yang sangat baik.
•
Sulfat
"'
Natrium lauril sulfat (SLS), Amonium sulfat s ulfat lauril (ALS) atau teretoksilasi, ter etoksilasi, dan Natrium sulfat laureth (SLES) digunakan dalam penggunaan pembuatan sabun. sa bun. Surfaktan tersebut merupakan pembuat foam yang sangat baik, agen pembersih, dan harganya relatif murah. •
Asam sulfonat Umumnya lebih ringan dibandingkan sulfat. Mereka termasuk Taurates (berasal dari taurin), Isethionates (berasal dari asam isethionic), sulfonat olefin, dan Sulfosuccinates. Surfaktan ini jarang digunakan harganya yang relatif mahal untuk diproduksi.
b. Surfaktan Kationik Surfaktan kationik yang paling banyak digunakan dalam kosmetik yaitu Quats. Quats seperti klorida Cetrimonium dan Klorida Stearalkonium memberikan dasar untuk kondisioner rambut. Masalah dari surfaktan kationik biasanya tidak kompatibel dengan surfaktan anionik . Sehingga sulit untuk menghasilkan produk yang bersih atau murni jika digunakan secara bersamaan. Surfaktan kationik juga bisa menyebabkan iritasi iri tasi sehingga hal tersebut juga harus dipertimbangkan diperti mbangkan ketika akan menggunakan kosmetik dengan kationik. c. Surfaktan Amfoter Contohnya antara lain seperti pada Lauriminodipropionate Natrium dan Lauroamphodiacetate Dinatrium. Amfoterik digunakan dalam kosmetik sebagai surfaktan sekunder . Amfoterik dapat membantu meningkatkan busa dan bahkan iritasi, di gunakan untuk shampo bayi dan produk pembersih lain yang memerlukan kelembutan. Kekurangan adalah bahwa mereka tidak memiliki sifat pembersihan yang baik dan tidak berfungsi dengan baik sebagai emulsifier. d. Surfaktan Non ionik Surfaktan yang tidak bermuatan. Paling sering digunakan sebagai emulsifier, bahan pendingin, dan agen pelarut . Non ionik yang digunakan untuk kosmetik termasuk alkohol, alkanolamides, ester, dan oksida amina. Surfaktan non ionik yang umum digunakan yaitu surfaktan teretoksilasi tetapi surfaktan ini dapat bersifat karsinogenik. Alkohol seperti setil alkohol atau stearil digunakan dalam krim dan lotion untuk memberikan kelembutan pada kulit. Alkohol juga membantu menstabilkan emulsi dan dapat mengurangi iritasi. Oksida amina seperti oksida Cocamidopropylamine digunakan untuk meningkatkan busa dalam produk
"(
pembersih. Ester polisorbat juga merupakan bahan pelarut yang sangat baik untuk minyak wangi.
Bagian C
1. Ada beberapa istilah yang hampir mirip, yaitu adsorpsi, adsorben dan adsorbat, dapatkah Anda menjelaskan perbedaannya? Berikan penjelasan juga tentang jenis adsorpsi, adsorpsi, sertakan dengan contoh. contoh. •
Adsorpsi adalah pemisahan bahan dari suatu campuran gas atau cair dimana bahan yang akan dipisahkan ditarik oleh permukaan permukaan zat padat.
•
Adsorbat adalah senyawa terlarut yang dapat diserap (berupa campuran gas atau cairan)
•
Adsorben adalah padatan dimana di permukaannya terjadi pengumpulan senyawa yang diserap (berupa padatan)
Contoh : proses adsorpsi molekul organic oleh karbon aktif. Pada proses adsorpsi ini, molekul organic bertindak sebagai adsorbat sedangkan karbon aktif bertindak sebagai adsorben.
Jenis adsorpsi berdasarkan proses terjadinya ada dua, yaitu adsorpsi kimia dan adsorpsi fisika. 1. Adsorpsi fisika ( Physisorption) Physisorption) Adsorpsi fisika terjadi ketika ketika Interaksi antara adsorben dan adsorbat adalah gaya Van der Walls, dimana ketika gaya tarik molekul antara larutan dan permukaan media lebih besar daripada gaya tarik substansi terlarut dan larutan, maka substansi terlarut akan a kan diadsorpsi oleh permukaan media. Adsorpsi fisika ini memiliki gaya tarik Van der Walls yang kekuatannya relatif kecil. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif rendah sekitar 20 kJ/mol. Contoh : Adsorpsi oleh karbon aktif. Karbon aktif merupakan senyawa karbon yang
diaktifkan
dengan
cara
membuat
pori
pada
struktur
karbon
tersebut. Aktivasi karbon aktif pada temperatur yang tinggi akan menghasilkan struktur berpori dan luas permukaan adsorpsi yang besar. Semakin besar luas permukaan, maka semakin banyak substansi terlarut yang melekat pada permukaan media adsorpsi. 2. Adsorpsi kimia (Chemisorption (Chemisorption)) ")
Adsorpsi kimia terjadi ketika terbentuknya ikatan kimia (bukan ikatan van Dar Walls) antara senyawa terlarut dalam larutan dengan molekul dalam media. Chemisorpsi
terjadi
diawali
dengan
adsorpsi
fisik,
yaitu
partikel
adsorbat tertarik ke permukaan adsorben melalui gaya Van der Walls ataubisa melalui ikatan hidrogen. Dalam adsorpsi kimia, partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat. Contoh : Ion exchange
2. Proses atau mekanisme adsorpsi secara umum dapat berlangsung melalui tiga tahap, jelaskan apa saja? Tuliskan referensi yang Anda rujuk dan kalau ada model atau video untuk proses ini, anda bisa tambahkan sebagai penjelasan.
Tahap berlangsungnya adsorpsi: 1. Transfer molekul zat – zat terlarut yang teradsorpsi menuju lapisan l apisan film yang mengelilingi adsorben 2. Difusi zat terlarut yang teradsorpsi melalui lapisan film ( film film diffusion process) process) 3. Difusi zat terlarut yang teradsorpsi melalui kapiler/pori dalam adsorben ( pore pore diffusion process) process) Setelah tahap diatas, terjadi proses adsorpsi a dsorpsi sebenarnya, yaitu adsorpsi zat terlarut yang teradsorpsi pada dinding pori atau permukaan adsorben.
3. Dalam adsorpsi isotherm, terdapat 5 tipe yang biasanya digambarkan dalam grafik, yang memperlihatkan apakah adsorpsi adsorpsi yang tejadi tejadi pada suhu konstan konstan tersebut monolayer atau multilayer. Jelaskan pengertian dari adsorpsi isotherm dan jelaskan 5 tipe yang dimaksud. Dalam model adsorpsi isoterm kita diperkenalkan dengan model adsorpsi isotherm Langmuir, Freundlich, dan BET. Jelaskan perbedaannya antara ketiga model tersebut. Berikan masing-masing satu contoh persamaannya. Dapatkan kita menentukan efisiensi kapasitas adsorpsi dari model yang diberikan? Jelaskan. (Sertakan dengan referensi yang anda gunakan)
Adsorpsi Isoterm adalah adsorpsi yang menggambarkan hubungan antara zat yang teradsorpsi oleh adsorben dengan tekanan atau konsentrasi pada suhu konstan. Terdapat 5 tipe adsorpsi isoterm yang biasa digunakan dalam grafik, yaitu: #+
Gambar 14. Tipe Adsorpsi Isoterm
1. Adsorpsi Isoterm Tipe I •
Membentuk lapisan monolayer
•
Adsorpsi kimiawi dan adsorpsi fisika
•
Dilihat dari grafik, mula - mula konsentrasi atau tekanan bertambah berbanding lurus dengan zat yang teradsorpsi, kemudian konstan.
•
Hubungan matematik yang menjelaskan adsorpsi isotherm tipe I adalah isotherm Langmuir.
•
Pada penjelasan dengan persamaan BET, ketika
I IJ
K L dan M N L , maka hal
tersebut akan mnyebabkan formasi monolayer •
Contohnya adalah adsorpsi Nitrogen atau hydrogen dengan arang pada temperatur dekat -1800oC.
2. Adsorpsi Isoterm Tipe II •
Membentuk lapisan multilayer
•
Adsorpsi Fisika
•
Dilihat dari grafik, bagian datar di tengah menunjukkan lapisan monolayer yang kemudian terbentuk lapisan lagi yang menyebabkan lapisan multilayer.
•
Hubungan matematik yang menjelaskan adsorpsi isotherm tipe II adalah isotherm BET (Brunaur, Emmet, dan Teller)
•
o
Contohnya adalah nitrogen yang diadsorpsi oleh silica gel pada -1950 C
#*
3. Adsorpsi Isoterm Tipe III •
Membentuk lapisan multilayer
•
Adsorpsi Fisika
•
Hubungan matematik yang menjelaskan adsorpsi isotherm tipe II adalah isotherm BET (Brunaur, Emmet, dan Teller)
•
Pada persamaan BET, jika nilai M K L maka Adsorpsi Isoterm type III terjadi.
•
Contohnya adalah bromine yang di adsorpsi oleh silica gel / iodie pada 790 o
C
4. Adsorpsi Isoterm Tipe IV •
Membentuk lapisan multilayer
•
Adsorpsi Fisika
•
Dilihat dari grafik, hampir mirip dengan tipe II tetapi perbedaannya tipe IV adalah lanjutan tipe II, lanjutannya menuju bagian datar/konstan.
•
Hubungan matematik yang menjelaskan adsorpsi isotherm tipe IV adalah isotherm BET (Brunaur, Emmet, dan Teller)
•
Kondensasi gas pada pori atau kapiler
•
Contohnya adalah benzene yang diadsorpsi oleh Fe 2O3 pada 500 oC dan adsorpsi benzene oleh silica oleh silica gel pada pada 500 oC.
5. Adsorpsi Isoterm Tipe V •
Membentuk lapisan multilayer
•
Adsorpsi Fisika
•
Dilihat dari grafik, hampir mirip dengan tipe III tetapi perbedaannya tipe V adalah lanjutan tipe III, lanjutannya menuju bagian datar/konstan.
•
Hubungan matematik yang menjelaskan adsorpsi isotherm tipe IV adalah isotherm BET (Brunaur, Emmet, dan Teller)
•
Kondensasi gas pada pori atau kapiler
•
Contohnya adalah uap air diadsorpsi oleh arang pada 1000 oC
Perbedaan Isoterm Langmuir, Freundlich dan BET:
•
Isoterm Langmuir
Isoterm ini berdasar asumsi bahwa:
#"
a. Adsorben
mempunyai
permukaan
yang
homogen
dan
hanya
dapat
mengadsorpsi satu molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbennya. Tidak ada interaksi antara molekul-molekul yang terserap. b. Semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme yang sama. c. Hanya terbentuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum. Langmuir mengasumsikan bahwa zat padat mempunyai permukaan yang seragam di setiap bagian. Kemudian, Langmuir mengasumsikan bahwa molekul yang diadsorpsi tidak berinteraksi dengan molekul lain, karena molekul yang diadsorpsi akan dilokalisasi pada bagian tertentu suatu zat. Pendekatan Langmuir didasarkan oleh kinetika adsorpsi molekul (k A) yang dipengaruhi oleh tekanan parsial adsorbate, adsorbate, jumlah lokalisasi adsorpsi yang belum ditempati (N – n) dimana N merupakan jumlah j umlah lokalisasi pada permukaan permukaan dan merupakan lokalisasi yang sudah ditempati dan dan laju dari desorpsi (k D). Saat kesetimbangan, laju adsorpsi dan desorpsi dari molekul akan sama
>O P Q R S " >T S …………… (1) Sehingga konstanta kesetimbangan untuk proses adsorpsi dan desorpsi akan dirumuskan sebagai berikur
UBV UB V"
WO WT
"
X YZH[X\
…………… (2)
Misalkan $ merupakan fraksi lokalisasi adsorpsi yang telah ditempati pada waktu tertenru, maka $ dapat dirumuskan sebagai berikut
]"
^ _
]"
`ab Y cd`ab Y
Asumsi Langmuir memiliki banyak keterbatasan, seperti asumsi bahwa gas yang diadsorpsi harus berperilaku sebagai gas ideal, sehingga asumsi ini hanya berlaku pada tekanan rendah. Kemudian, kebanyakan permukaan tidak memiliki permukaan yang seragam. Kemudian molekul yang diadsorpsi pasti akan mengalami interaksi dengan molekul yang sejenis. Kemudian, terdapat banyak bukti yang menunjukkan bahwa molekul yang diadsorpsi dapat bergerak di permukaan.
•
Isoterm Freundlich
Isoterm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi penyerapan yang berbeda-
##
beda. Persamaan ini merupakan persamaan yang paling banyak digunakan saat ini. Persamaan Freundlich adalah sebagai berikut :
e " >f
F g ……………
(3)
e " +hi …………… (4) Adsoprsi yang tidak melibatkan gas memiliki persamaan sebagai berikut : j E
" >M chX …………… (5) c
klm klm e " klm klm > n klmM …………… (6) X
dimana, y
= berat atau volume zat yang teradsobrsi per satuan luas atau massa adsorban.
x
= banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi (mg)
m
= massa dari adsorben (mg) atau tekanan untuk gas
P
= tekanan saat kesetimbangan tercapai
C
= konsentrasi dari adsorbat yang tersisa dalam kesetimbangan
k, n
= konstanta adsorben
Persamaan ini mengemukakan lokalisasi adsorpsi pada permukaan akan memiliki heat of adsorption yang berbeda, atau lebih tepatnya berubah secara eksponensial bergantung pada cakupan permukaan. permukaan.
•
Isoterm BET
Isoterm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang homogen. Perbedaan isoterm ini dengan Langmuir adalah BET berasumsi bahwa moleku – molekul
adsorbat bisa membentuk membentuk lebih dari satu lapisan adsorbat di
permukaannya. Pada isoterm ini, mekanisme adsoprsi untuk setiap proses adsorpsi berbeda-beda. Mekanisme yang diajukan dalam isoterm ini adalah I o
I J [I
"
c op 1
n
1[c
I
op 1
IJ
…………… (7)
dimana,
q = Volume f = Tekanan
fr = Tekanan uap jenuh adsorbat pada suhu tertentu s = B
tF [tu hvw
#$
Isoterm Langmuir biasanya lebih baik apabila diterapkan untuk adsorpsi kimia, sedangkan isoterm BET akan lebih baik daripada isotherm Langmuir bila diterapkan untuk adsorpsi fisik.
4. Teknologi adsorpsi adalah dikenal paling ekonomis. Bagaimana menurut anda? Berikan contoh kasus untuk proses adsorpsi terutama kasus untuk penghilangan merkuri dalam hidrokarbon cair? Tuliskan referensi yang anda gunakan!
Adsorpsi merupakan teknik pemurnian yang dikenal ekonomis karena dari segi penggunaan, ketersediaan, dan biayanya dinilai unggul. Adsorpsi menganut prinsip yang sederhana tanpa membutuhkan kondisi spesifik yang ekstrim. Adsorbent, yaitu zat pengadsorpsi merupakan zat yang umumnya dapat diregenerasi sehingga dapat digunakan kembali dan mengurangi biaya perusahaan. Salah satu penerapan adsorpsi yang kerap digunakan adalah proses penghilangan merkuri pada hidrokarbon cair.
Teknologi adsorpsi yang paling ekonomis adalah adsorpsi dengan karbon aktif karena karbon aktif biasanya dibuat dari bahan baku yang mudah didapatkan dan dengan harga yang murah. Seseuai dengan referensi yang didapatkan EPA, “Capsule “ Capsule Report: ”, National Risk Management Research Laboratory Office Aqueous Mercury Treatment ”, of Research and Development, US EPA Cincinnati, OH 45268.1997, untuk proses adsorpsi penghilangan merkuri dalam dalam hidrokarbon cair dapat dapat dilakukan dengan dengan 2 cara yaitu adsorpsi dengan karbon aktif bubuk dan adsorpsi dengan karbon aktif granular.
Penghilangan merkuri dengan proses adsorpsi dengan karbon aktif umumnya digunakan untuk penghilangan merkuri dengan konsentrasi yang rendah. Untuk proses adsorpsi dengan karbon aktif dapat dilakukan dengan filter karbon aktif granular. Karbon aktif merupakan zat karbon yang berwarna hitam dan mempunyai porositas yang tinggi. Diameter partikel molekul karbon aktif antara 10-10 5 [A] dan luas 2
permukaan spesifiknya antara 500 – 1500 m per gram, mempunyai daya adsorpsi yang besar terhadap zat-zat misalnya detergent, senyawa phenol, warna organic, gas H2S, methane dan zat-zat lainnya dalam bentuk gas maupun cairan.
#%
Sifat dan Jenis Karbon Aktif Daya adsorpsi karbon aktif tergantung dari ukuran partikel atau luas permukaan s pesifiknya dan juga cara c ara pengaktifannya. Dilihat dari bentuk ukuran partikelnya dapat digabungkan dalam dua jenis yaitu •
Karbon aktif bubuk (Powder Activated Carbon) Karbon aktif bubuk mempunyai ukuran partikel yang sangat halus sekitar 50 – 75 u (micron). Karena ukuran partikelnya yang sangat kecil, maka biasanya dicampur dengan kandungan air sekitar 30-50%
•
Karbon aktif butiran (Granular Activated Carbon). Yaitu karbon aktif dalam bentuk butiran atau kepingan (flake) dengan ukuran partikel 0,16 – 1,5 mm. Cara pengerjaan maupun cara pengangkutannya lebih mudah.
Proses Adsorpsi Merkuri dengan Karbon Aktif Bubuk Pada umunya, karbon aktif diinjeksikan kedalam air baku dalam tangki khusus ( Contact Chamber) yang dilengkapi dengan pengaduk atau dapat disesuaikan dengan peralatan yang ada. Melalui kontak dan pencampuran, zat polutan yang ada dalam air baku akan teradsorp oleh karbon aktif. Selain itu, karbon aktif yang tel ah menyerap zat-zat polutan tersebut bersama-sama dengan kotoran lainnya dipisahkan dengan cara koagulasi sehingga keluar zat berupa lumpur yang berwarna hitam. Untuk mengefektifkan proses koagulasinya biasanya dapat dilakukan dengan cara memberikan koagulan Poly Alumunium Chloride serta pengontrolan proses yang ketat.
Proses Adsorpsi Merkuri dengan Karbon Aktif Granular Adsorpsi dengan karbon aktif butiran (granular) adalah proses yang paling banyak digunakan untuk menghilangkan merkuri di dalam air. Prosesnya adalah dengan cara mengalirkan air yang mengandung merkuri ke dalam suatu filter yang diisi dengan karbon aktif. Proses filtrasinya dapat dilakukan dengan cara gravitasi maupun dengan tekanan, tetapi yang sering digunakan adalah dengan filtrasi tekanan. Dilihat dari system pengalirannya dapat dibagi dua yaitu aliran dari atas ke bawah (down flow) dan aliran dari bawah ke atas (up flow). Sedangkan prosesnya dapat dilakukan seri maupun parallel.
#&
5. Karbon aktif, zeolit, clay, kitosan dan sebagainya telah dimanfaatkan sebagai adsorben untuk mengadsorp logam seperti merkuri. Dapatkah anda menjelaskan konsep adsorpsi dari beberapa jenis adsorbent tersebut? Apa yang membedakan sehingga efisiensi kapasitas adsorben itu berbeda? Faktor apa sajakah yang berpengaruh berpengaruh pada adosrpsi logam l ogam berat? Jelaskan secara umum!
Zeolit, clay, kitosan adalah nama – nama dari adsorben yang umum digunakan di Indonesia, adsorben tersebut dapat ditemukan di alam dengan melewati beberapa proses, namun juga dapat dibuat di laboratorium. laboratorium. Adsorpsi Oleh Membran Zeolit Dalam keadaan normal maka ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air bebas yang membentuk bulatan di sekitas kation. Bila kristal tersebut dipanaskan selama beberapa jam, biasanya pada temperatur 250-900 oC, maka kristal zeolit yang bersangkutan berfungsi menyerap gas atau cairan. Daya serap (absorbansi) zeolit tergantung dari jumlah ruang hampa dan luas permukaan. Biasanya mineral zeolit mempunyai luas permukaan beberapa ratus meter persegi untuk setiap seti ap gram berat. Beberapa jenis mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30% dari beratnya dalam keadaan kering. Pengeringan zeolit biasanya dilakukan dalam ruang hampa dengan menggunakan gas atau udara kering nitrogen atau methana dengan maksud mengurangi tekanan uap ari terhadap zeolit itu sendiri, Keuntungan lain dari penggunaan mineral zeolit sebagai bahan penyaring adalah pemilahan molekul zat yang terserap, disamping penyerapan berdasarkan ukuran garis tengah molekul ruang hampa. Apabila ada dua molekul atau lebih yang dapat melintas, tetapi karena adanya pengaruh kutub atau hubungan antara molekul zeolit itu sendiri dengan molekul zat yang diserap, maka hanya sebuah saja yang diloloskan, sedang yang lain ditahan atau ditolak. Molekul yang berkutub lebih atau tidak jenuh akan lebih diterima daripada yang tidak berkutub atau yang jenuh. Air dalam etanol dapat teradsorpsi karena gaya tarik dari permukaan membran zeolit lebih besar dari pada gaya tarik yang menahan air tersebut untuk tetap larut dalam etanol. Dengan memanfaatkan sifat fisik dan kimia zeolit tersebut yaitu sifat sifa t hidrofilik dan ukuran pori < 0.44 nm sehingga air dalam etanol dapat diserap secara sempurna dan pada akhirnya kemurniannya meningkat. Adsorpsi terjadi pada permukaan pori membran. Partikel zeolit memiliki tiga tipe pori, yaitu macropore dan micropore (masingmasing dengan ukuran >50nm dan <2nm). Di antara keduanya terdapat mesopore. #'
Macropore merupakan jalan masuk ke dalam partikel menuju micropore. Macropore tidak berkontribusi terhadap besarnya luas permukaan membran zeolit. Sebaliknya, micropore adalah penyebab besarnya luas permukaan membran zeolit. Micropore tersebut sebagian besar terbentuk selama proses aktifasi. Pada micropore inilah sebagian besar peristiwa adsorpsi terjadi. Proses adsorpsi terjadi melalui tiga tahap, yaitu: 1. Macro transport: pergerakan material organik melalui sistem macropore membran zeolit. 2. Micro transport: pergerakan material organik melalui sistem mesopore dan micropore dari membran zeolit. 3. Sorption: melekatnya material organik pada permukaan membran zeolit, yaitu di permukaan macropore, mesopore dan micropore. Hal yang membedakan antara zeolite, clay, dan kitosan, selain zat penyusunnya, tetapi juga bentuk serta luas permukaan dari adsorben tersebut. Kita mengetahui bahwa semakin luas permukaan adsorben, semakin banyak adsorbat yang dapat terserap, sehingga adsorben tersebut lebih lama jenuh. Keefektifan adsorben dilihat dari waktu penyerapan adosorbat dan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk meregenerasi adsorban tersebut. Semakin lama adsorben jenuh, dan makin cepat atau mudah regenerasinya, maka ia semakin baik. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kemampuan adsorpsi suatu adsorben diantaranya adalah sebagai berikut : a) Luas Permukaan Adsorben Semakin luas permukaan adsorben, semakin banyak asorbat yang diserap, sehingga proses adsorpsi dapat semakin efektif. Semakin kecil ukuran diameter partikel maka semakin luas permukaaan adsorben, dan sebaliknya. b) Ukuran Partikel Semakin kecil ukuran partikel yang digunakan maka semakin besar kecepatan adsorpsinya. Ukuran partikel dalam bentuk butir adalah lebih dari 0,1 mm, sedangkan ukuran diameter dalam bentuk serbuk adalah 200 mesh. c) Waktu Kontak Semakin lama waktu kontak dapat memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik. Konsentrasi zat-zat organik akan turun apabila kontaknya cukup dan waktu kontak biasanya sekitar 10-15 menit. d) Distribusi Ukuran Pori #(
Distribusi pori akan mempengaruhi distribusi ukuran molekul adsorbat yang masuk dalam partikel adsorben. Kebanyakan zat pengadsorpsi atau adsorben merupakan bahan yang sangat sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding dinding-dinding pori atau letak-letak tertentu di dalam partikel tersebut.
Di samping itu, terdapat beberapa faktor lain yang mempengaruhi adsorpsi, yaitu : a. Agitation (Pengadukan) Tingkat adsorpsi dikontrol baik oleh difusi film maupun difusi pori, tergantung pada tingkat pengadukan pada sistem. b. Karakteristik Adsorban (Misal : Karbon Aktif) Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan karakteristik penting karbon aktif sesuai dengan fungsinya sebagai adsorban. Ukuran partikel karbon mempengaruhi tingkat adsorpsi; tingkat adsorpsi naik dengan adanya penurunan ukuran partikel. Oleh karena itu adsorpsi menggunakan karbon PAC (Powdered Acivated Carbon) lebih cepat dibandingkan dengan menggunakan karbon GAC (Granular Acivated Carbon). c. Kelarutan Adsorbat Senyawa terlarut memiliki gaya tarik-menarik yang kuat terhadap pelarutnya sehingga lebih sulit diadsorpsi dibandingkan senyawa tidak larut. d. Ukuran Molekul Adsorbat Hal ini dapat dijelaskan dengan kenyataan bahwa gaya tarik antara karbon dan molekul akan semakin besar ketika ukuran molekul se makin mendekati ukuran pori karbon. Tingkat adsorpsi tertinggi terjadi jika pori karbon cukup besar untuk dilewati oleh molekul. e. pH Asam organik lebih mudah teradsorpsi pada pH rendah, sedangkan adsorpsi basa organik efektif pada pH tinggi. f. Temperatur Tingkat adsorpsi naik diikuti dengan kenaikan temperatur dan turun diikuti dengan penurunan temperatur.
#)
6. Untuk dapat mengetahui regenerasi penggunaan adsorben setelah digunakan, perlu dilakukan proses desorpsi, jelaskan dan bagaimana caranya?
Gambar 15. Proses Adsorpsi – Desorpsi
Adsorpsi dan desorpsi adalah suatu proses yang reversibel. Desorpsi merupakan proses pelepasan adsorbat dari adsorben, dimana proses ini membutuhkan energi panas, sehingga disebut proses endotermik. Jumlah adsorbat yang terkandung di dalam adsorban dapat digambarkan oleh garis isoters pada diagram tekanan vs temperature (ln P vs -1/T) seperti pada gambar berikut.
Grafik 4. Hubungan ln P terhadap -1/T
$+
Proses desorpsi disebut juga pendingin adsorpsi, proses ini membutuhkan energi panas. Namun, ada 4 tahap dalam proses desorpsi dan tahapan tersebut terdiri dari proses endotermik dan eksotermik. Keempat tahapan ini digambarkan dala m gambar berikut :
Grafik 5. Diagram Clapeyron Ideal
Keempat proses tersebut adalah sebagai berikut: 1. Proses Pemanasan (pemberian tekanan) Selama periode ini, tidak ada aliran metanol yang masuk maupun keluar dari adsorber. Adsorber menerima panas sehingga temperatur adsorber meningkat dan diikuti oleh peningkatan tekanan dari tekanan evaporasi menjadi tekanan kondensasi. Proses ini sama seperti proses kompresi pada sistem pendingin mekanik. 2. Proses pemanasan-desorpsi-kondensasi Selama periode ini, adsorber terus dialiri panas sehingga adsorber terus mengalami peningkatan dan temperatur yang menyebabkan menyebabkan timbulnya uap desorpsi. Sementara Sementara itu, katup aliran ke kondensor dibuka sehingga adsorbat dalam bentuk gas mengalir ke kondensor untuk mengalami proses kondensasi menjadi cair. Kalor laten pengembunan adsorbat diserap oleh media pendingin pada kondenser. Siklus ini sama dengan siklus kondensasi pada sistem pendingin mekanik. 3. Proses pendinginan (penurunan tekanan) Selama periode ini, tidak ada aliran metanol yang masuk maupun keluar dari adsorber. Adsorber melepaskan panas dengan cara didinginkan sehingga suhu di adsorber turun dan diikuti oleh penurunan tekanan dari tekanan kondensasi ke
$*
tekanan evaporasi. proses ini sama seperti proses ekpansi pada sistem pendingin mekanik. 4. Proses pendinginan-adsorpsi-evaporasi Selama periode ini, adsorber terus melepaskan panas sehingga adsorber terus mengalami penurunan temperatur dan tekanan yang menyebabkan timbulnya uap adsorpsi. Sementara itu, katup aliran dari evaporator ke adsorber dibuka sehingga adsorbat dalam bentuk uap mengalir dari evaporator ke adsorber. Adsorbat dalam bentuk uap dihasilkan dari proses penyerapan kalor oleh adsorbat dari lingkungan sebesar kalor laten penguapan adsorbat tersebut. Proses ini berlangsung pada tekanan saturasi yang rendah sehingga penyerapan kalor berlangsung pada temperatur saturasi yang rendah pula.
$"
BAB III PENUTUP
Kesimpulan •
Tegangan permukaan ( surface tension) tension) terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang dan dipengaruhi oleh gaya – gaya kimia antara molekul air, seperti intermolecular forces. Tegangan permukaan zat cair juga dipengaruhi oleh cohesive force dan force dan adhesive force.
•
Air pada suhu 0 °C memiliki tegangan permukaan sebesar 0,076 N/m sedangkan pada suhu 20 °C memiliki tegangan permukaan sebesar 0,072 N/m, sehingga nilai tegangan permukaan air berbeda-beda tergantung pada suhunya. suhunya.
•
Surfaktan ( surface surface active agent ) adalah bahan aktif permukan yang dapat diproduksi secara sintesis kimia maupun biokimia dimana karakteristik utama surfaktan adalah pada aktifitas permukaannya. permukaannya. Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang suka akan air (hidrofilik) dan bagian non polar yang suka akan minyak/lemak (hidrofobik).
•
Penggunaan surfaktan sangat bervariasi, seperti bahan deterjen, kosmetik, farmasi, makanan, tekstil, plastik dan lain-lain.
•
Adsorpsi adalah peristiwa penyerapan suatu zat pada permukaan zat lain. Adsorbat adalah senyawa terlarut yang dapat terserap. Sedangkan adsorben adalah padatan dimana di permukaannya terjadi pengumpulan senyawa yang diserap.
•
Adsorpsi isotherm dibagi menjadi 3 yaitu Langmuir, Freundlich, dan BET.
•
Beberapa faktor yang mempengaruhi kemampuan adsorpsi suatu adsorben, seperti 1.
Luas permukaan adsorben
2. Ukuran partikel 3. Waktu kontak 4. Distribusi ukuran pori 5. Agitation (pengadukan) 6. Karakteristik adsorban 7. Kelarutan adsorbat 8. Ukuran molekul adsorbat 9. pH 10. Temperatur
$#
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2012. Adsorption 2012. Adsorption.. www.newworldencyclopedia.org www.newworldencyclopedia.org.. Diakses pada 3 November 2015. Anonim. 2014. Adsorption 2014. Adsorption Isotherm I sotherm.. www.chemistrylearning.com . Diakses pada 3 November 2015. Atkins, P.W. 1994. Kimia 1994. Kimia Fisika Edisi Fisika Edisi ke-4. ke-4 . Jakarta: Erlangga. Dogra, S.K. 1990. Kimia 1990. Kimia Fisika dan d an Soal-soal Soal-soa l . UI-Press. Jakarta. EPA. “Capsule “Capsule Report : Aqueous Mercury Treatment ”. ”. National Risk Management Research Laboratory Office of Research and Development. US EPA Cincinnati. OH 45268.1997. Ball, David W. 2003. Physical 2003. Physical Chemist ry. ry. USA: Brooks/ Cole Thomson. Bird, Tony. 1993. Kimia 1993. Kimia Fisika Untuk U ntuk Universitas . Jakarta: Erlangga. Lando, Jerome B. and Maron, Samuel H. 1990. Fundamental Fundamenta l of Physical Chemistry. Chemistry . London: Collier Macmillan Publisher. Patterson, J.W., Wastewater Treatment Technology, 2 nd ed. Ann Arbor Science. 1985. Ruthven DM, editor. Encyclopedia of Separation Technology , Volume 1 (A kirk-Othmer Encyclopedia). New York: J Wiley. Setyaningsih H. 1995. Pengolahan 1995. Pengolahan limbah batik dengan proses kimia dan adsorpsi karbon aktif [tesis]. [tesis] . Jakarta: Program Pascasarjana, Universitas Indonesia. Sukardjo. 1990. Kimia 1990. Kimia Fisika. Fisika . Yogyakarta: Rineka Cipta. Tim dosen USU. Chapter II . Sumatera Utara.
$$
