Nama: Sri Husaini Kudadiri NIM
: 0906103040012
OSMOSIS DAN DIALISIS A.OSMOSIS A. OSMOSIS 1. Sejarah Osmosis Proses osmosis melalui membran semipermeabel pertama kali diamati pada tahun 1748 oleh Jean Antoine Nollet . Selama 200 tahun berikutnya, osmosis hanya sebuah fenomena yang diamati di laboratorium. Tahun 1949 the University of California at Los Angeles (UCLA) Pada tahun 1949 di University of California di Los Angeles (UCLA)
menyelidiki pertama Desalinasi air laut dengan menggunakan membran semipermeabel. . Para peneliti dari kedua UCLA dan University of Florida berhasil diproduksi air tawar dari air laut pada pertengahan 1950-an, tetapi fluks terlalu rendah untuk komersial. Pada akhir tahun 2001, sekitar 15.200 tanaman desalinasi di operasi atau dalam tahap perencanaan di seluruh dunia.
2. Pengertian Osmosis Osmosis adalah proses perpindahan atau pergerakan molekul zat pelarut, dari larutan yang konsentrasi konsentrasi zat pelarutnya tinggi menuju larutan yang konsentrasi konsentrasi zat pelarutnya rendah rendah melalui selaput atau membran selektif permeabel atau selaput semipermeabel. Atau dengan kata lain dapat dikatakan osmosis adalah gejala yang terjadi karena adanya kecenderungan untuk menyamakan potensial kimia dari pelarut dalam larutan dengan potensial kimia pelarut murni bila kedua cairan dipisahkan oleh membran semipermeabel. semipermeabel.
3. Mekanisme Osmosis Osmosis menggambarkan bagaimana pelarut bergerak antara dua solusi yang dipisahkan oleh membran semipermeabel untuk mengurangi konsentrasi perbedaan antara solusi. Ketika dua larutan dengan konsentrasi yang berbeda terlarut dicampur, jumlah total zat terlarut dalam dua solusi akan terdistribusi secara merata di jumlah total pelarut dari kedua solusi. Alih-alih mencampur dua solusi bersama-sama, mereka dapat diletakkan dalam dua kompartemen di mana mereka dipisahkan dari satu sama lain dengan membran semipermeabel. Membran semipermeabel tidak membolehkan zat terlarut untuk berpindah dari satu kompartemen ke yang lain, tetapi memungkinkan pelarut untuk bergerak. Karena kesetimbangan tidak dapat dicapai oleh pergerakan zat terlarut dari kompartemen dengan
konsentrasi terlarut tinggi kepada orang dengan konsentrasi terlarut rendah, itu bukan dicapai dengan pergerakan pelarut dari daerah-daerah konsentrasi terlarut rendah ke daerah-daerah konsentrasi zat terlarut tinggi. Terjadinya aliran pelarut ke dalam larutan karena jumlah tumbukan molekul-molekul pelarut dalam larutan per-satuan waktu pada luas permukaan membran, lebih kecil daripada jumlah tumbukan dalam pelarut, dan aliran pelarut akan terjadi jika jumlah tumbukan menjadi sama. Jika di dalam suatu bejana, ditempatkan dua larutan glukosa yang terdiri atas air sebagai pelarut dan glukosa
sebagai zat terlarut dengan konsentrasi yang berbeda dan
dipisahkan oleh selaput semipermeabel,maka air dari larutan yang berkonsentarsi rendah bergerak atau berpindah menuju larutan glukosa yang konsentrasinya tinggi melalui selaput semipermeabel. Jadi, pergerakan air berlangsung dari larutan yang konsentrasi airnya tinggi menuju kelarutan yang konsentrasi airnya rendah melalui selaput selektif permeabel.
Gambar Mekanisme Osmosis
Dalam suatu sistem osmosis, terdapat tiga keadaan yaitu; Isotonik adalah larutan konsentrasi dalam larutan yang sama di kedua sisi membran sel, hipotonik adalah larutan konsentrasi larutan di luar sel lebih rendah dari konsentrasi zat terlarut dalam, dan hipertonik adalah larutan konsentrasi larutan di luar sel lebih tinggi daripada konsentrasi zat terlarut dalam.
4. Aplikasi Osmosis
Pemurnian Air Kotor
Di seluruh dunia, rumah tangga air minum pemurnian sistem, termasuk langkah reverse osmosis, biasanya digunakan untuk meningkatkan air untuk minum dan memasak.
Air Dan Air Limbah Pemurnian
Air hujan yang dikumpulkan dari badai mengalir dimurnikan dengan prosesor reverse osmosis air dan digunakan untuk irigasi dan industri lanskap pendinginan di Los Angeles dan kota-kota lain, sebagai solusi untuk masalah kekurangan air.
Industri Makanan
Penelitian telah dilakukan pada konsentrasi jus jeruk dan jus tomat. Keuntungan termasuk biaya operasi yang rendah dan kemampuan untuk menghindari proses perlakuan panas, yang membuatnya cocok untuk panas yang sensitif terhadap zat seperti protein dan enzim yang ditemukan di sebagian besar produk makanan. Reverse osmosis secara luas digunakan dalam industri susu untuk produksi protein whey bubuk dan untuk konsentrasi susu untuk mengurangi biaya pengiriman.
Mobil Cuci
Karena kandungan mineral lebih rendah, Reverse Osmosis air yang sering digunakan dalam mencuci mobil selama kendaraan bilasan akhir untuk mencegah bercak air pada kendaraan. Reverse osmosis air mineral-menggusur reklamasi berat air (kota air). Reverse Osmosis air juga cuci mobil memungkinkan operator untuk mengurangi tuntutan pada kendaraan pengeringan udara peralatan seperti blower.
Maple Sirup Produksi
Pada tahun 1946, beberapa sirup maple, produsen mulai menggunakan reverse osmosis untuk menghilangkan air dari getah sebelum direbus lebih lanjut ke sirup.
Produksi Hidrogen
Untuk skala kecil produksi hidrogen, reverse osmosis kadang-kadang digunakan untuk mencegah pembentukan mineral pada permukaan elektroda dan untuk menghilangkan organik dari air minum.
B.DIALISIS 1. Sejarah Dialisis Dr Willem Kolff, seorang dokter Belanda, dibangun pada dialyzer kerja pertama pada 1943 selama pendudukan Nazi di Belanda . Karena kelangkaan sumber daya yang tersedia, Kolff harus berimprovisasi dan membangun mesin awal menggunakan selubung sosis , kaleng minuman , sebuah mesin cuci dan berbagai barang lainnya yang tersedia pada saat itu. Selama dua tahun berikutnya, Kolff menggunakan mesin untuk mengobati 16 pasien yang menderita gagal ginjal akut , tetapi hasilnya tidak berhasil. Kemudian, pada tahun 1945, wanita 67 tahun koma uremic sadar kembali setelah 11 jam hemodialisis dengan dialyzer, dan tinggal selama tujuh tahun sebelum meninggal dari kondisi yang tidak berhubungan. Dia adalah pasien pertama yang pernah berhasil diobati dengan dialisis. Pada 1861, ahli kimia Thomas Graham menggunakan proses dialisis, suatu proses yang digunakan untuk memisahkan partikel koloid dari ion terlarut atau molekul. Thomas Graham juga bertanggung jawab untuk mengembangkan Hukum Graham dan memisahkan partikel ke dalam dua kelas:koloid dan kristaloid. Graham :
- larutan NaCl (kristaloid) dapat menembus membran - Larutan pati (koloid) tidak dapat menembus membran
Koloid :
Proses pemisahan
- ukuran partikel, 1 – 100 mµ - Kecepatan difusi melalui membran sangat rendah - Cenderung membentuk massa gelatinous
Kristaloid:
- kecepatan difusi tinggi, - Cenderung mengkristal, - Ukuran partikel <1 mµ
2. Pengertian Dialisis Dialisis adalah salah satu teknik pemisahan cair-cair yang berdasarkan kepada proses pemisahan yang melibatkan sempadan atau membran. Pemisahan analit yang beralainan bergantung pada perbedaan kadar pergerakannya melewati membran semipermeabel yang memisahkan dua fasa cair terlibat. Dialisis adalah pergerakan molekul oleh difusi dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah melalui membran
semipermeabel. Fungsi dari membran semipermeabel adalah untuk mencegah pelarut dan larutan dan untuk melewatkan pelarut dan solute(kecil). Dialisis juga dapat diartikan sebagai
pemisahan koloid dari ion terlarut atau
molekul berukuran kecil, atau kristaloid, dalam suatu larutan. Koloid adalah setiap zat yang terbuat dari partikel-partikel yang dari ukuran kecil yang sangat: lebih besar dari atom,
tetapi
umumnya
memiliki
ukuran
10
-7
cm
berkisar
sampai
3
10 cm.
Kristaloid adalah zat yang memiliki beberapa atau semua properti dari kristal atau zat yang membentuk solusi yang benar dan berdifusi melalui membran oleh dialisis. Dialisis adalah proses yang seperti osmosis. 2.1.Ciri-ciri Dialisis
a. Solute menembus membran, ada migrasi spontan partikel solute dari larutan ke dalam pelarut murni, b. Gaya yang menentukan difusi pada dasarnya sama dengan yang menentukan tekanan osmosis, c. Selektivitas membran dialisis tidak hanya tergantung pada ukuran pori-pori. 2.2.Faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat dialisis
a. dialisis volume buffer, b. komposisi buffer, c. jumlah, d. perubahan buffer, e. waktu, f. suhu dan, g. ukuran partikel vs ukuran pori-pori.
3. Dasar Fisiologi Dialisis a. Difusi adalah pergerakan zat-zat terlarut dari larutan berkonsentrasi tinggi ke
larutan berkonsentrasi rendah melalui membran semipermeabel. Mekanisme difusi dipengaruhi oleh perbedaan konsentrasi dalam kedua larutan tersebut, berat molekul zat terlarut dan resistensi membran semipermeabel.
b. Ultrafiltrasi adalah proses perpindahan air dan zat-zat terlarut yang permeabel
melalui membran semipermeabel, karena adanya perbedaan antara tekanan hidrostatik dan tekanan osmotik.
Ultrafiltrasi hidrostatik. Pergerakan air terjadi dari kompartemen bertekanan hidrostatik tinggi ke kompartemen yang bertekanan hidrosatik rendah. Ultrafiltrasi hidrostatik tergantung pada tekanan transmembran ( transmembran pressure /TMP) dan koefisien ultrafiltrasi (KUF).
Ultrafiltasi osmotik. Perpindahan air terjadi dari kompartemen yang bertekanan osmotik rendah ke kompartemen yag bertekanan osmotik tinggi, sampai tercapai keadaan tekanan osmotik di dalam kedua kompartemen tersebut seimbang.
c. Konveksi adalah gerakan molekul-molekul lainnya akibat perbedaan tekanan
hidrostatik, yang terlarut dalam air, melalui membran semipermeabel. Akibat adanya tekanan hidrostatik, molekul-molekul kecil dan besar cenderung berpindah hingga tercapai keadaan keseimbangan, sesuai dengan ukuran yang dapat dilalui oleh membran semipermeabel. Molekul besar tidak dapat berpindah.
4. Proses Dialisis
Skema Proses Dialisis: membran feed
Purified feed
Dialisat (water)
Pelarut dari larutan berkonsentrasi rendah akan berdifusi ke larutan yang berkonsentrasi tinggi dengan cara osmosis,
Solute (yang kecil) berdifusi dari larutan yang berkonsentrasi tinggi berdifusi ke laritan yang berkonsentrasi rendah secara dialisis,
Osmosis dan dialisis terjadi sampai konsentrasi solute dan pelarut menjadi sama,
Solute yang berdifusi disebut difusat,
Larutan tempat asal solute yang berpindah disebut dairan yang didialisis atau disebut juga dengan dialisat,
Jika larutan yang berkonsentrasi rendah secara berkala diganti dengan pelarut murni, maka difusat akan terekstraksi secara sempurna dari dialisat.
4.1.
Zat yang dapat dipisahkan secara dialisis Koloid dari ion-ion sederhana, Suatu koloid biasanya bercampur dengan ion-ion pengganggu, karena pertikel koloid memiliki sifat mengadsorbsi. Pemisahan ion penggangu dapat dilakukan dengan memasukkan koloid ke dalam kertas/membran semipermiabel (selofan), baru kemudian akan dialiri air yang mengalir. Karena diameter ion pengganggu jauh lebih kecil daripada koloid, ion pengganggu akan merembes melewati poripori kertas selofan, sedangkan partikel koloid akan tertinggal.
Koloid dari koloid,
Ion dari ion,
Molekul dari ion,
Molekul dari molekul.
4.2.
Efektifitas dialisis tergantung pada
Kecepatan difusi, yang bergantung juga pada ukuran partikel molekul (berat), suhu,konsentrasi perbedaan, difusi jarak, permukaan luas, permeabilitas, dan gradien konsentrasi, serta sifat difusat.
Jenis-jenis membran, yaitu 1. Membran-membran bermuatan negatif yaitu kolodion, perkamen, selulosa. 2. Muatan membran tergantung kondisi yaitu gelatin dan protein.
Sifat-sifat atau karakterisasi membran, 1. Membran dikarakterisasikan dengan indeks alkohol, yaitu bilangan yang menyatakan persentasi alkohol dalam larutan pengembang yang digunakan dalam pembuatan membran, 2. Indeks alkohol juga digunakan untuk mengkarakterisasi solute-solute yaitu, indeks alkohol dari membran yang paling porus, yang tak permeabel pada solute tersebut.
5. Teori Mekanisme yang digunakan dalam pemisahan analisis adalah kombinasi antara dua mekanisme, yaitu pembauran yang dikontrol oleh kinetik dan penapisan mekanik. Hukum Fick : kecepatan difusi suatu zat melalui suatu larutan ada hubungannya dengan gradien konsentrasi yang melintasi jalan difusi.
Ket : S
: banyaknya zat yang berdifusi melalui suatu bidang difusi
x
: ketebalan bidang difusi,
q
: luas bidang difusi,
t
: waktu,
dc/dx : gradien konsentrasi, D
: koefisien difusi spesifik (banyaknya zat yang berdifusi melintasi satuan luas per satuan waktu pada gradien konsentrasi satu),
Tanda negative menyatakan bahwa zat yang berdifusi dalam arah menurunnya konsentrasi.
Untuk suatu larutan yang dipisahkan dari pelarut murni (larutan yang lebih encer), oleh suatu membran semipermeabel, hokum Fick menyatakan bahwa : a) Solute akan berdifusi dari larutan pekat ke larutan yang lebih encer, b) Pelarut yang bergerak dari daerah konsentrasi (pelarut) yang lebih tinggi ke yang lebih rendah, c) Jika membran bersifat permeabel terhadap solute dan pelarut maka dialisis dan osmosis terjadi serempak, d) Jika membran bersifat permeabel hanya terhadap pelarut maka hanya terjadi osmosis dan kondisi kesetimbangannya berbeda, e) Jika cairan-cairan pada kedua sisi membran diaduk maka proses difusi hanya terjadi di dalam membran. f) Kecepatan penyamaan konsentrasi dari kedua larutan sebanding dengan koefisien difusi, g) Daya penggerak untuk penyamaan konsentrasi adalah perbedaan konsentrasi, h) Untuk suatu membran tipis dengan ketebalan yang serba sama,
( ) Ket: A
: luas permukaan
C1 dan C2
: konsentrasi zat terlarut pada kedua sisi membran
K1
: konstanta
Bila di integrasikan terhadap t , diperoleh :
( ) Ketentuan untuk k :
Dianggap tetap untuk suatu kombinasi membran-solute,
Berubah terhadap konsentrasi pelarut,
Konstan untuk kebanyakan non-elektrolit, tapi berubah-ubah untuk elektrolit,
Naik dengan naiknya suhu, yaitu
( ) B : koefisien suhu( fungsi kecepatan difusi)
6. Peralatan Berbagai jenis peralatan dialisis (dialiser) dapat dijumpai di pasaran atau dibuat di laboratorium. Dialiser terdiri dari modul pemisahan, yaitu dialiser dan membran. Sebagian Sistem memasukkan Sistem dialisis kepada Sistem analisis aliran terus (FIA) yang mengandung unit-unit yang umum, seperti: pompa,penyedot, dan lain-lain. Terdapat juga dialiser yang dibuat khusus untuk tujuan yang spesifik, misalnya dialisis yang digabungkan dalam sistem pensampelan bioteknologi. Kebanyakan dialiser konvensional adalah dari jenis sandwich yang dibuat dari perpex atau bahan-bahan lain yang kuat dan tahan. Dialiser ini terbentuk dari dua bagian yang seperti “cermin” pada sebelah permukaan, dimana setiap satu bagian mempunyai lekukan berbentuk semi-bulatan atau kadangkala segitiga atau segiempat. Antar dua bagian dialiser itu diletakkan membran semi-telap yan memperbolehkan proses dialisis terjadi dan kedua-dua bagian itu digandeng dengan rapi. Aliran larutan penderma dialirkan melalui bagian yang satu lagi. Aliran larutan penerima dapat menuju arah yang sama atau melawan arus relatif terhadap aliran larutan pemberi. Larutan penderma
dialiser Ke buangan Penyuntik sampel
detektor
Larutan penerima membran
Salah satu dialiser khusus yang menarik adalah dialiser lawan arus Craig. Sistem dialiser ini menggabungkan dialisis membran tipis dengan model operasi arus berlawanan. Ia dibentuk dari tabung kaca diameter dalaman yang diperkirakan 17 mm, yang direntangi dengan membran atau sarung yang tidak berlipatan. Larutan penderma (fasa yang mengandung sampel), dipompa ke dalam dialiser dimana ia melewati satu saluran dan bersentuhan dengan bagian dalam membran. Larutan penerima dialirkan ke detektor melalui satu saluran dan bersentuhan dengan sebelah luar membran. Larutan penderma dan larutan penerima tersebut dapat dialirkan dengan arah berlawanan arus atau salah satu fasa terdiam (pseudo lawan arus), fasa penderma dan fasa penerima dapat dikumpulkan jika perlu dan tabung sebelah luar dapat diputar untuk memperbaiki percampuran.
Peralatan Craig ini mempunyai kelebihan karena mempunyai permukaan membran yang luas dan lapisan retentat yang tipis. Membran yang digunakan dikekang ketat sehingga menjadi tipis dan dapat memberikan kadar pembauran yang cepat. Membran untuk kegunaan ini seharusnya kuat. Sewaktu operasi dialisis dijalankan, fasa penderma dipompa pada kadar -1
0.5-0.8 ml dibawah tarikan gravitasi. Walaupun metode ini sesuai untuk dialisis sederhana, namun metode ini masih belum mencukupi untuk kegunaan pemisahan multi komponen. Jika dibandingkan dengan kromatografi penyisihan molekul lebih baik untuk pemisahan molekul berdasarkan ukuran atau massa molekul.
Peralatan dapat berupa kantung selulosa nitrat, celophan, kolodion,perkamen, jaringan binatang, diisi dengan larutan yang akan didialisis dan digantung dalam larutan murni,
Larutan penerima diganti secara periodic dengan larutan murni untuk memelihara gradien konsentrasi tetap tinggi,
Setelah sempurna, dialisat dan difusat dikumpulkan.
7. Aplikasi dialisis 1. Di laboratorium, misalnya pada pemisahan koloid dari ion-ion pengganggu, dialisis pada penyakit gagal ginjal (pencucian darah), dan lain-lain, 2. Dalam industri, misalnya pemisahan garam dari zat memiliki berat molekul tinggi,dan lain-lain, 3. Pemrosesan sampel, 4. Recovery dan pemurnian bahan kimia, bidang makanan, biologi, farmasi, dan lainlain, misalnya: recovery NaOH dari limbah industri, recovery asam-asam mineral dari limbah proses metalurgi, 5. Pemisahan azeotrop, 6. Pemisahan zat anorganik.
