ISOTERM ABSORBSI

Tujuan

·      Menentukan isoterm adsorpsi menurut Freundlich bagi proses adsorpsi asam asetat pada arang.

Teori Dasar

Pengertian Adsorbsi

Adsorpsi adalah gejala pengumpulan molekul-molekul suatu zat pada permukaan zat lain sebagai akibat daripada ketidakjenuhan gaya-gaya pada permukaan tersebut. Untuk proses adsorpsi dalam larutan, jumlah zat yang teradsorpsi bergantung pada beberapa faktor:

a)    Jenis adsorben.

b)   Jenis adsorbat atau zat yang teradsorpsi.

c)    Luas permukaan adsorben.

d)   Konsentrasi zat terlarut.

e)    Temperatur.

Bagi suatu sistem adsorpsi tertentu, hubungan antara banyaknya zat yang teradsorsi persatuan luas atau per satuan berat adsorben, dengan konsentrasi zat terlarut pada temperatur tertentu disebut isoterm adsorpsi. Oleh Freundlich isoterm adsorpsi ini dinyatakan sebagai:

dalam hal ini:

x = jumlah zat teradsorpsi.

m = jumah adsorben dalam gram.

C = konsentrasi zat terlarut dalam larutan setelah tercapai keseimbangan adsorpsi.

k = tetapan

n = tetapan

Persamaan (1) dapat diubah menjadi :

Persamaan ini mengungkapkan bahwa bila suatu proses adsorpsi menuruti isoterm Freundlich, maka aluran log x/m terhadap log C akan merupakan garis lurus. Dari garis dapat di evaluasi tetapan-tetapan k dan n.

Adsorpsi dibedakan menjadi tiga macam yaitu :

a)    Chemisorption, terjadi karena ikatan kimia (chemical bonding) antara molekul zat terlarut (solute) dengan molekul adsorban. Adsorpsi ini bersifat sangat eksotermis dan tidak dapat berbalik (irreversible). Adsorpsi kimia terjadi karena adanya rekasi kimia antara zat padat dengan adsorbat larut dan reaksi ini tidak berlangsung bolak-balik. Interaksi suatu senyawa organik dan permukaan adsorben dapt terjadi melauli tarikan elektrostatik atau pembentukan ikatan kimia yang spesifik misalnya ikatan kovalen. Sifat-sifat molekul organik seperti struktur, gugus fungsional dan sifat hidrofobik berpengaruh pada sifat-sifat adsorpsi. 

a)    Adsorpsi fisika (physical adsorption, terjadi karena gaya tarik molekul oleh gaya van der Waals dan biasanya adsorpsi ini berlangsung secara bolak-balik. Ketika gaya tarik-menarik molekul antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari gaya tarik-menarik zat terlarut dengan pelarut, maka zat terlarut akan cenderugn teradsorpsi pada permukaan adsorben.

b)   Ion exchange (pertukaran ion), terjadi karena gaya elektrostatis.

Penentuan Adsorbsi Isoterm

Perubahan konsentrasi adsorbat oleh proses adsorpsi sesuai dengan mekanisme adsorpsinya dapat dipelajari melalui penentuan isoterm adsorpsi yang sesuai. Isoterm Langmuir dan Isoterm BET adalah dua diantara isoterm-isoterm adsorpsi yang dipelajari:

a.      Isotherm Langmuir.

Meskipun terminology adsorpsi pertama kali diperkenalkan oleh Kayser (1853-1940), penemu teori adsorpsi adalah Irving Langmuir (1881-1957), Nobel laureate in Chemistry (1932). Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas beberapa asumsi,yaitu :

(1) Adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal (monolayer),

(2) Panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan

(3) Semua situs dan permukaannya

Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekulmolekul zat yang tidak teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut :

C merupakan konsentrasi adsorbat dalam larutan, x/m adalah konsentrasi adsorbat yang terjerap per gram adsorben, k adalah konstanta yang berhubungan dengan afinitas adsorpsi dan (x/m)mak adalah kapasitas adsorpsi maksimum dari adsorben. Kurva isoterm adsorpsi Langmuir dapat disajikan seperti pada Gambar 1 :

b.      Persamaan Isoterm Adsorpsi Freundlich

Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan monolayer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun pada adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan sebagai berikut.

Log (x/m) = log k + 1/n log c.................................................................(2)

sedangkan kurva isoterm adsorpsinya disajikan pada Gambar 2.

Faktor- faktor yang Mempengaruhi Efektifitas Adsorbsi

a)      Jenis adsorban, apakah berupa arang batok, batubara (antrasit), sekam, dll;

b)      Temperatur lingkungan (udara, air, cairan): proses adsorpsi makin baik jika temperaturnya makin rendah;

c)      Jenis adsorbat, bergantung pada bangun molekul zat, kelarutan zat (makin mudah larut, makin sulit diadsorpsi), taraf ionisasi (zat organik yang tidak terionisasi lebih mudah diadsorpsi).

Berdasarkan jenis adsorbatnya, tingkat adsorpsi digolongkan menjadi tiga, yaitu:

a)      Adsorbsi Lemah (weak), terjadi pada zat anorganik kecuali golongan halogen (salah satunya adalah klor).

b)      Adsorpsi menengah (medium), terjadi pada zat organik alifatik dan

c)      Adsorpsi kuat (strong) terjadi pada senyawa aromatik (zat organik yang berbau (aroma) dengan struktur benzena, C₆H₆).

Proses Adsorbsi

a)      Proses adsorpsi mempunyai empat tahapan antara lain:

b)      Transfer molekul-molekul adsorbat menuju lapisan film yang mengelilingi adsorben. 

c)      Difusi adsorbat  melalui lapisan film (film diffusion process). 

d)     Difusi adsorbat melalui kapiler atau pori-pori dalam adsorben (proses adsorpsi sebenarnya). 

e)      Adsorpsi adsorbat pada dinding kapiler atau permukaan adsorben (proses adsorpsi sebenarnya).

f)       Adsorpsi dibatasi terutama oleh proses film diffusion dan pore diffusion, hal ini tergantung oleh besarnya pergolakan dalam system. Jika pergolakan antar partikel karbon dan fluida relative kecil, maka lapisan film disekeliling partikel akan tebal sehingga adsorpsi berlangsung lambat. Apabila dilakukan pengadukan yang cukup maka kecepatan difusi film akan meningkat. 

Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Adsobsi

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kemampuan adsorpsi suatu adsorben diantaranya adalah sebagai berikut:

1.      Luas permukaan adsorben

Semakin luas permukaan adsorben, semakin banyak asorbat yang diserap, sehingga proses adsorpsi dapat semakin efektif. Semaki kecil ukuran diameter partikel maka semakin luas permukaan adsorben. 

2.      Ukuran partikel

Makin kecil ukuran partikel yang digunakan maka semakin besar kecepatan adsorpsinya. Ukuran diameter dalam bentuk butir adalah lebih dari 0.1 mm, sedangkan ukuran diameter dalam bentuk serbuk adalah 200 mesh. 

3.      Waktu kontak

Semakin lama waktu kontak dapat memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik. KOnsentrasi zat-zat organic akan turun apabila kontaknya cukup dan waktu kontak biasanya sekitar 10-15 menit.

4.      Distribusi ukuran pori

Distribusi pori akan mempengaruhi distribusi ukuran molekul adsorbat yang masuk kedalam partikel adsorben. Kebanyakan zat pengasorpsi atau adsorben merupakan bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau letak-letak tertentu didalam partikel tersebut.

Salah satu adsorban yang biasa diterapkan dalam pengolahan air minum (juga air limbah) adalah karbon aktif atau arang aktif. Arang ini digunakan untuk menghilangkan bau, warna, dan rasa air termasuk ion-ion logam berat. Karena merupakan fenomena permukaan maka semakin luas permukaan kontaknya makin tinggilah efisiensi pengolahannya. Syarat ini dapat dipenuhi oleh arang yang sudah diaktifkan sehingga menjadi porus dan kaya saluran kapiler. Yang belum aktif, ruang kapilernya masih ditutupi oleh pengotor berupa zat organik dan anorganik.

Alat dan Bahan

Alat

Bahan

Erlenmeyer                 250 mL         7 buah Erlenmeyer bertutup   250 mL         6 buah Pipet volum                   10 mL         2 buah Pipet volum                   25 mL         2 buah Pipet ukur                      25 mL        1 buah Buret + klem buret        50 mL        1 buah Botol Semprot             500 mL        1 buah Batang Pengaduk                             1 buah Spatula                                             1 buah Pipet tetes                                         1 buah Botol Semprot             100°C           1 buah

Asam Asetat                 0,500 – 0,0156 M Larutan HCl                 0,500 – 0,0156 M Larutan standar NaOH              0,1 M Karbon Aktif Indikator Fenofthalein

Cara Kerja

1.      Arang diaktifkan dengan memanaskannya dalam cawan porselen. Arang dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer bertutup masing – masing 1 gram arang yang ditimbang dengan ketelitian 1 gram.

2.      Larutan asam disediakan dengan konsentrasi 0,500 M; 0,250 M; 0,125 M; 0,0625 M; 0,0313 M; dan 0,0156 M masing – masing 100 mL. Larutan yang telah disiapkan dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang sebelumnya telah diisi arang. Labu ditutup selama 30 menit, setelah 30 menit dikocok selama satu menit secara teratur selama 10 menit.

3.      Temperatur selama percobaan dicatat dan dijaga agar tidak terjadi perubahan temperatur yang terlalu besar. Untuk menjaga suhu, digunakan penangas air.

4.      Masing – masing larutan disaring dengan menggunakan kertas saring kering.

5.      Titrasi larutan dilakukan sebagai berikut :

Dari kedua larutan dengan konsentrasi paling tinggi diambil 10 mL, larutan berikutnya diambil 25 mL, dan dari ketiga larutan dengan konsentrasi paling rendah diambil masing – masing 50 mL, kemudian dititrasi dengan larutan standar NaOH 0,1 M dengan menggunakan indikator fenofthalein.

Data Pengamatan

-         Diagram alir percobaan

	± 1 gram arang aktif ditimbang

 

                          

			Campuran disaring dengan kertas saring, kemudian dipipet dengan volume yang berbeda.		Campuran sampel dengan arang dibiarkan selama 15 menit dan dikocok setip 3 menit.

 

	Hasil pemipetan dimauskkan ke dalam labu erlenmeyer 250 mL dan ditambahkan 2-3 tetes fenofthalein.			Dititrasi dengan NaOH ± 0,1 N hingga terjadi perubahan warna.					Perubahan warna dari tidak berwarna menjadi merah muda

 

 

-          Grafik

Berdasarkan grafik, diperoleh harga k dan n :

      CH₃COOH

                                                                 6,152

      HCl

                                                                 3,741

-         Tabel Pengukuran Volume Titran

[CH3COOH]awal	Massa Sampel	V CH3COOH	V NaOH (titran)
0,55986 M	1 gram	10  mL	50,5    mL
0,2536   M	1 gram	10  mL	21,7    mL
0,1246   M	1 gram	25  mL	25,76  mL
0,0586   M	1 gram	50  mL	20,60  mL

[HCl] awal	Massa sampel	V HCl	N NaOH (titran)
0,5031   M	1 gram	10   mL	44,52   mL
0,2497   M	1 gram	10   mL	21,08   mL
0,1263   M	1 gram	25   mL	27,41   mL
0,0591   M	1 gram	50   mL	26,23   mL

Perhitungan

CH₃COOH

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

CH₃COOH 0,5 M

Mol CH₃COOH (0,5 M)     = mol NaOH

= 0,1029 X 50,5

= 5,19645 mol

               = 0,519645 M

C adsorbsi    = C awal – C akhir

                     = 0,55986 – 0,519645

                     = 0,040215 M

Jumlah zat terabsorbsi         = C adsorbsi X V asam X Mr asam

                                             = 0,040215 X 0,1 X 60

                                             = 0,24129 gram

               = - 0,617

Log C = log 0,040215

           = -1,398

CH₃COOH 0,25 M

Mol CH₃COOH (0,25 M)   = mol NaOH

= 0,1029 X 21,7 mL

= 2,23293 mol

               = 0,223293 M

C adsorbsi    = C awal – C akhir

                     = 0,2536 – 0,223293

                     = 0,030307 M

Jumlah zat terabsorbsi         = C adsorbsi X V asam X Mr asam

                                             = 0,030307 X 0,1 X 60

                                             = 0,182 gram

               = - 0,740

Log C = log 0,030307

           = -1,523

CH₃COOH 0,125 M

Mol CH₃COOH (0,125 M)             = mol NaOH

= 0,1029 X 25,76 mL

= 2,650704 mol

               = 0,106028 M

C adsorbsi    = C awal – C akhir

                     = 0,1246 – 0,106028

                     = 0,0186 M

Jumlah zat terabsorbsi         = C adsorbsi X V asam X Mr asam

                                             = 0,0186 X 0,1 X 60

                                             = 0,112 gram

               = - 0,951

Log C = log 0,0186 M

           = -1,730

CH₃COOH 0,0625 M

Mol CH₃COOH (0,0625 M) = mol NaOH

= 0,1029 X 20,6 mL

= 2,11974 mol

               = 0,0424 M

C adsorbsi    = C awal – C akhir

                     = 0,0586 – 0,0424

                     = 0,0162 M

Jumlah zat terabsorbsi         = C adsorbsi X V asam X Mr asam

                                             = 0,0162 X 0,1 X 60

                                             = 0,097 gram

               = - 1,013

Log C = log 0,162 M

           = -1,790

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

HCl 0,5 M

               Mol HCl (0,5 M)  = mol NaOH

= 0,1029 X 44,52 mL

= 4,581 mol

               = 0,458 M

C adsorbsi    = C awal – C akhir

                     = 0,5031 – 0,458

                     = 0,0451 M

Jumlah zat terabsorbsi = C adsorbsi X V asam X Mr asam

                                     = 0,0451 X 0,1 X 36,45

                                     = 0,164 gram

               = - 0,785

Log C = log 0,0451 M

           = -1,347

HCl 0,25 M

Mol HCl (0,25 M) = mol NaOH

= 0,1029 X 21,08 mL

= 2,17 mol

               = 0,217 M

C adsorbsi    = C awal – C akhir

                     = 0,2497 – 0,217

                     = 0,0327 M

Jumlah zat terabsorbsi = C adsorbsi X V asam X Mr asam

                                     = 0,0327 X 0,1 X 36,45

                                     = 0,119 gram

               = - 0,924

Log C = log 0,0327 M

           = -1,485

HCl 0,125 M

Mol HCl (0,25 M) = mol NaOH

= 0,1029 X 27,41 mL

= 2,820 mol

               = 0,113 M

C adsorbsi    = C awal – C akhir

                     = 0,1263 – 0,113

                     = 0,0113 M

Jumlah zat terabsorbsi = C adsorbsi X V asam X Mr asam

                                     = 0,0113 X 0,1 X 36,45

                                     = 0,041 gram

               = - 1,387

Log C = log 0,113 M

           = -1,1947

HCl 0,0625 M

          Mol HCl (0,0625 M) = mol NaOH

= 0,1029 X 26,23 mL

= 2,699 mol

               = 0,054 M

C adsorbsi    = C awal – C akhir

                     = 0,1263 – 0,054

                     = 0,0591 M

Jumlah zat terabsorbsi = C adsorbsi X V asam X Mr asam

                                     = 0,0591 X 0,1 X 36,45

                                     = 0,018 gram

               = - 1,744

Log C = log 0,0051 M

           = -2,292

CH₃COOH

No	m (gram)	M awal	N asam akhir	X (gram)	x/m	Log x/m	Log C
1	1	0,55986	0,519645 N	0,24129	0,24129 gram	-0,617	-1,398
2	1	0,2536	0,223293 N	0,182	0,182 gram	-0,740	-1,523
3	1	0,1246	0,106028 N	0,112	0,112 gram	-0,951	-1,730
4	1	0,0586	0,0424    N	0,097	0,097 gram	-,1,013	-1,790

HCl

No	m (gram)	M awal (M)	N asam akhir (N)	X (gram)	x/m (gram)	Log x/m	Log C
1	1	0,5031	0,458	0,164	0,164	-0,785	-1,347
2	1	0,21497	0,2712	0,119	0,119	-0,924	-1,485
3	1	0,1263	0,113	0,041	0,041	-1,387	-1,947
4	1	0,0591	0,034	0,018	0,018	-1,744	-2,292

Pembahasan

Arang yang digunakan pada percobaan ini merupakan arang atau karbon aktif yang berfungsi sebagai adsorben yang akan mengadsorpsi HCl. Banyaknya zat yang teradsorpsi bergantung pada luas daerah permukaan arang, temperatur dan besarnya konsentrasi HCl yang digunakan pada percobaan ini, yaitu : 0,500 M ; 0,0250 M ; 0,125 M dan 0,0625 begitupun dengan konsentrasi asam asetat. Konsentrasi akhir dari masing-masing larutan yang lebih kecil dari konsentrasi awal, agar berjalan stabil sesuai yang diharapkan.

Volume titran (NaOH) pada percobaan ini sangat besar yaitu sekitar 20-50 mL. Besarnya volume titran yang digunakan diakibatkan dari pengaruh konsentrasi NaOH yang kecil, sesuai dengan prosedur.

Pengadsorpsian zat oleh zat lain pada dasarnya disebabkan oleh ketidak jenuhan gaya-gaya antar molekul pada permukaan arang. Ketelitian temperatur sangat berpengaruh pula terhadap naik turunnya temperatur adsorpsi.

Fungsi pengadukkan (pengocokan) arang pada percobaan ini, bertujuan :

1.      Meningkatkan frekuensi antara absorben (arang) dan absorbat (CH₃COOH dan HCl) sehingga jumlah arang yang menempel pada larutan dapat maksimal

2.      Mempercepat proses kesetimbangan adsorpsi sehingga jumlah zat teradsorpsi dapat ditentukan.

3.      Mempercepat proses penghomogenan adsorbat (CH₃COOH dan HCl).

Kesimpulan

           ·          Nilai tetapan harga k pada CH₃COOH dan HCl masing-masing adalah 1

           ·          Nilai tetapan harga n pada CH₃COOH dan HCl adalah 6,152 dan 3,741

           ·          Semakin besar konsentrasi asam, maka semakin besar daya adsorbsinya.

Daftar Pustaka

1.      Atkins, P.W. 1997.Kimia Fisika Jilid II. Jakarta : Erlangga

2.      http ://www. Chem-is-try.org/materi_kimia/adsorsi

3.      http://www.wikipedia.org./adsorpsi/kimia.html

4.      W.J.1970.  Laboratory Manual of Physical Chemistry. Hal 200-202

5.      Steinbach, king. Eksperiments in Physical Chemistry. Hal. 213-216

Posted in: Semester 3