Makalah Otk 1 Kelompok 1 4 Kb.docx

DIFUSI DALAM PADATAN MENGIKUTI HUKUM FICK’S

Disusun Oleh : Kelas 4KB Kelompok 1 Aisyah Irsan

NIM 061730400313

Cahyo Sasmito

NIM 061730400314

Ayu Serlina

NIM 061730400315

Dea Ayu Oktavia

NIM 061730400316

Dimas Tirtayasa R. H.

NIM 061730400317

Fadhillah Shandy

NIM 061730400318

M. Hafidh Syihab

NIM 061730400319

Latifah Ulandari A. R.

NIM 061730400320

Lisa Laila Septa

NIM 061730400321

Masagus septian Halim

NIM 061730400322

Maya Sari Ogpa P.

NIM 061730400324

Dosen Pembimbing : Dr. Ir. H. Muhammad Yerizam, M.T.

JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2018/2019

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur ke hadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ilmiah tentang “Difusi Dalam Padatan Mengikuti Hukum Fick’s”. Penyusunan makalah ilmiah ini bertujuan memberikan informasi kepada berbagai pihak serta bagi penyusun sendiri agar dapat menambah wawasan serta pengetahuan, di mana pada dewasa ini banyak sekali jumlah kelulusan yang ingin bekerja. Maka dari itu dalam makalah ini disusun materi mengenai tata persuratan yang baik dan benar serta wawancara kerja agar dapat membantu para lulusan tersebut dalam menghadapi tahap wawancara dalam dunia kerja. Makalah ilmiah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah ini. Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki makalah ilmiah ini. Akhir kata kami berharap semoga makalah ilmiah ini dapat memberikan manfaat maupun inpirasi terhadap pembaca. Palembang, 29 Maret 2019 Ttd Penyusun

i

DAFTAR ISI

Halaman Judul ...................................................................................................................... Kata Pengantar ........................................................................................................................ i Daftar Isi ................................................................................................................................. ii BAB I PENDAHULUAN 1.1.

Latar Belakang ................................................................................................ 1

1.2.

Rumusan Masalah ........................................................................................... 1

1.3.

Tujuan ............................................................................................................. 1

BAB II PEMBAHASAN 2.1.

Pengertian Difusi ............................................................................................ 2

2.2.

Hukum Difusi.......... ........................................................................................ 3

2.3.

Penurunan Hukum Pertama Fick`s .................................................................. 3

2.4.

Hukum Kedua Fick`s ....................................................................................... 5

2.5.

Solusi Hukum Kedua Fick`s Dalam Kasus 1- D.............................................. 6

2.6.

Pasangan Difusi yang Terdiri Dari 2 Batang Logam Semi Tak Terbatas Bergabung Pada Sebuah Antarmuka ............................................................. 9

2.7.

Jalur difusi dalam padatan ............................................................................. 10

2.8.

Difusi sebagai proses berjalan acak ............................................................... 11

2.9.

Pengaruh struktur kristal pada difusi.............................................................. 12

2.10.

Cara mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk homogenisasi .................... 13

2.11. Menambah difusi............................................................................................ 14 2.12. Contoh soal .................................................................................................... 16 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan .................................................................................................. ............ 19 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................... 20

ii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. LatarBelakang Makalah dikhususkan untuk memperkenalkan konsep difusi dalam padatan. Atom dan molekul dalam bentuk padat, cair dan gas tidak pernah diam. Mereka terus bergerak. Dalam cairan atau gas, orang bisa melihat atau merasakan bahwa ini terjadi. Jika Anda meninggalkan lilin yang menyala di sudut ruangan, kita akan melihat asapnya keluar dan menyebar ke seluruh ruangan. Demikian pula jika kita meninggalkan beberapa zat aromatik (bola naphthalene), kita bisa merasakan aroma nya dari kejauhan. Ini terjadi karena molekul /partikel pada asap atau aromanya dapat bergerak. Gerakan seperti itu tanpa adanya kekuatan eksternal apa pun disebut difusi. Hal ini juga terjadi pada padatan. Kami akan melihat aspek fenomenologis dan belajar tentang hukum yang mengatur difusi dalam makalah ini. Kami juga akan melakukannya belajar tentang teknik eksperimental berdasarkan pasangan difusi yang membantu memahami mekanis medifusi.

1.2. Rumusan Masalah 1.

Apa yang dimaksud dengan difusi ?

2.

Bagaimana difusi dalam padatan berdasarkan hukum Fick’s ?

3.

Apa pengaruh struktur kristal pada difusi ?

1.3. Tujuan 1.

Mengetahui dan memahami pengertian difusi

2.

Mengetahui dan memahami hokum dalam difusi

3.

Memahami penurunan hukum pertama Fick

4.

Memahami Hukum kedua Fick

5.

Memahami Jalur difusi dalam padatan

6.

Mengetahui pengaruh struktur kristal pada difusi

1

BAB II PEMBAHASAN 2.1. Pengertian Difusi Difusi adalah peristiwa mengalirnya/ berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas secara merata atau mencapai keadaan kesetimbangan di mana perpindahan molekul tetap terjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi. Contoh yang sederhana adalah pemberian gula pada cairan teh tawar. Lambat laun cairan menjadi manis. Contoh lain adalah uap air dari cerek yang berdifusi dalam udara. Difusi yang paling sering terjadi adalah difusi molekuler. Difusi ini terjadi jika terbentuk perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekul yang diam dari solid atau fluida. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi, yaitu: 

Ukuran partikel. Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu akan bergerak, sehingga kecepatan difusi semakin tinggi.



Ketebalan membran. Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi.



Luas suatu area. Semakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya.



Jarak. Semakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya.



Suhu. Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih cepat. Maka, semakin cepat pula kecepatan difusinya.

contoh peristiwa difusi

2

2.2. Hukum Difusi Difusi adalah proses di mana suatu spesies bergerak ke arah tertentu. Tingkat pergerakannya diukur berdasarkan jumlah spesies/ satuan luas/ satuan waktu. Ini disebut sebagai fluks (J). Konsentrasi (c) didefinisikan sebagai jumlah zat dalam satuan volume total (atau matriks). Difusi spesies (atau material) diatur oleh hokum pertama Fick. Yang menyatakan bahwa laju aliran material adalah sebanding dengan gradien konsentrasinya dan terjadi di bawah gradien. Hukum pertama ficks dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:

Tanda negatif pada persamaan menandakan bahwa difusi terjadi dalam arah yang berlawanan dengan kenaikan konsentrasi (arah x positif).

Gambar. 1 D dikenal sebagai difusivitas. Seringkali J dinyatakan sebagai angka/ (cm2 dtk) dan konsentrasi diukur sebagai angka / cm3, oleh karenaitudimensi D adalah cm2 / detik. Unit SI yang sesuaiadalah m2 / detik. Gambar 1 menggambarkan bagaimana konsentrasi bervariasi dengan jarak. Perhatikan bahwa konsentrasi spesies di setiap titik tidak tidak berubah seiring waktu. Inilah sebabnya mengapa profil konsentrasi suatu spesies dalam medium adalah linier. Ini berarti bahwa gradien konsentrasi dan fluks J tetap konstan.

2.3. Penurunan Hukum Pertama Fick Atom atau molekul dalam medium tidak diam. Mereka terus bergerak secara acak dalam

semua

kemungkinan

arah.

Menggunakan

pernyataan

dimungkinkan

untuk

mendapatkan hokum difusi pertama. Biarkan konsentrasi a spesies tertentu dalam suatu

3

media menjadi c(x). Pada jarak x sepanjang sumbu x. Konsentrasinya pada x+Δx adalah c(x+Δx) dan konsentrasinya pada x‐Δx adalah c (x‐Δx). Mari kita perhatikan kasus 2 dimensi di mana atom dapat bergerak keempat arah. Oleh karena itu kemungkinan spesies bergerak sepanjang arah x adalah ¼. Jumlah spesies yang bergerak Δx sepanjang x dalam waktu Δt: Dari kirike kanan

Dari kanan ke kiri

Gambar. 2

Konsentrasi spesies di tiga lokasi yang normal terhadap sumbu x dalam medium diberikan sketsa. hasil di sebelah kanan memberikan tingkat di mana spesies terus bergerak dari kiri ke kanan dan sebaliknya. Dari hasil yang diberikan dalam Gambar.1 hasil untuk fluks bersih (J) dapat diperoleh. Perhatikan asal mula konsentrasi telah ditulis dalam bentuk deret Taylor. Urutan massa yang lebih tinggi diabaikan.

Ini menunjukkan bahwa fluks berbanding lurus dengan gradien konsentrasi dan difusivitas diperoleh persamaan :

4

Ini mendefinisikan mobilitas spesies dalam medium. Itu ditentukan oleh jarak terdekat (lompatan langkah) itu bisa bergerak dan waktu yang diperlukan untuk ini terjadi.

2.4. Hukum Kedua Fick Apa yang akan terjadi jika profil konsentrasi pada waktu tertentu t tidak linier seperti pada Gambar.1. Berikut adalah situasi di mana gradien konsentrasi terus berubah dengan jarak. Menurut hokum pertama, fluks berbanding lurus dengan gradien konsentrasi lokal. Oleh karena itu fluks J pada waktu tertentu t akan berbeda di lokasi yang berbeda.

Gambar.3

Dari gambar ditunjukkan bahwa konsentrasi elemen dalam solid sebagai fungsi jarak x pada waktu tertentu t. Fluks sama sekali titik berbanding lurus dengan gradien konsentrasi. Fluks pada x - ∆x adalah J1 dan pada x + ∆x adalah J2. J1 > J2. Hal ini menunjukkan semakin banyak atom yang bergerak ke ruang antara keduanya garis putus-putus daripada itu meninggalkan ruang ini. Oleh Karena itu konsentrasi atom di zona ini akan meningkat. Biarkan J menunjukkan fluks pada titik x. Fluks pada duatitik di x - ∆x dan x + ∆x diberikan oleh masing - masing Perbedaan antara keduanya memberikan jumlah spesies yang terakumulasi di ruang ini dalam waktu singkat. Karena volume ruang antara bidang yang ditunjukkan dalam Gambar.3 adalah 2∆x laju perubahan konsentrasi selama waktu itu t, diberikan persamaan :

Pada substitusi persamaan 1 dan membuat interval waktu sanga tkecil persamaan untuk perubahan konsentrasi dapat ditulis sebagai

5

Persamaan ini menunjukkan bahwa laju perubahan konsentrasi pada titik tertentu dengan waktu sebanding dengan laju perubahan gradien konsentrasi dan difusivitas dengan jarak. Persamaan ini dikenal dengan hukum kedua ficks. Pada Hukum difusi, jika difusivitas bebas dari konsentrasi, hukum ini dapat dijelaskan sebagai berikut:

Persamaan 6 menggambarkan laju perubahan konsentrasi karena difusi sepanjang sumbu x saja. Namun dalam suatu proses yang padat dapat terjadi di sepanjang arah apapun. Karena itu kita memerlukan bentuk yang lebih umum untuk menggambarkan difusi spesies dalam 3-D. Jika kembali ke hokum pertama Fick’s, Anda menemukan bahwa persamaan tersebut menyediakan relasi antara dua vektor. Baik fluks J dan gradien konsentrasi adalah vektor. Anda mungkin ingat stress itu juga menghubungkan dua vektor; kekuatan dan area. Kita tahu bahwa stres (σ) adalah tensor dari peringkat 2. Hubungan antara gaya (Fi ) dan area (Aj) dalam konsep tensor diberikan oleh

dimana penggunaan akhiran berulang menunjukkan penjumlahan. Oleh karena itu difusivitas juga merupakan tensor peringkat 2. Mengikuti fluks analogi di atas untuk difusi sepanjang arah yang diberikan dapat ditulis sebagai :

Catat bahwa konsentrasi adalah skalar. Sifatnya adalah sesuatu yang mirip dengan suhu atau potensi. Anda perlu dua sufiks untuk menunjukkan difusivitas. Tergantung pada bahannya mungkin memiliki nilai yang berbeda di sepanjang arah yang berbeda.

2.5. Solusi Hukum Kedua Fick’s dalam Kasus 1-D: Mari kita lihat contoh sederhana pencampuran padatan karena pergerakan spesies tertentu melalui kisi. Contoh difusi karbon dalam besi. Karbon bisa larut dalam zat besi. Konsentrasinya bias meningkat melalui difusi solid state. Simpan sepotong besi panjang di dalam tungku pada suhu tertentu. Di Gambar.4 ini diwakili

6

oleh bar warna merah yang menunjukkan bahwa ia dipanaskan secara seluruh dengan suhu T. Secara sederhana kami akan memperhitungkan kasus 1-D saja. Oleh karena itu semua sisi kecuali bagian depan yang terletak di x = 0 tercakup. Ini memastikan bahwa karbon hanya dapat berdifusi di sepanjang sumbu x. Konsentrasi karbon pada x = 0 dipertahankan pada cs untuk t > 0. Ini dapat dicapai dengan mempertahankan atmosfer gas yang sesuai memiliki potensi karbon yang sesuai untuk mempertahankan konsentrasi karbon pada tingkat yang diinginkan. Kondisi batas dan pernyataan masalah diilustrasikan dalam Gambar 4.

Gambar4: Persegi panjang menunjukkan sepotong besi pada suhu T di tungku.

Grafik menunjukkan bahwa kandungan karbon pada x = 0 adalah cs sedangkan pada x > 0 adalah 0. Hal ini menunjukkan kondisi awal.Kandungan karbon pada bagian depan yang terpapar dipertahankan pada kondisi ini level setiap saat.

Persamaan 6 harus dipecahkan untuk mendapatkan c (x, t).

Ada metode standard untuk menyelesaikan persamaan 6 untuk kondisi batas yang ditentukan. Jika difusivitas adalah fungsi komposisi persamaan tersebut diselesaikan secara numerik. Untuk kasus yang dijelaskan dalam gambar 4 jika D adalah diasumsikan independen dari konsentrasi solusi diberikan oleh persamaan berikut.

Di mana erf () menunjukkan fungsi kesalahan. Itu diberikan oleh:

Ada table standard untuk mengevaluasi fungsi-fungsi tersebut. Kebanyakan spread sheet elektronik memiliki ini sebagai built-in dalam fungsi. Gambar.5 memberikan plot fungsi kesalahan khas yang diperoleh dengan menggunakan Excel. Perhatikan bahwa inisial konsentrasi karbon dalam persamaan 7 telah dimasukkan sebagai c0. Dalam kasus 7

khusus ini nol. Oleh karena itu pada substitusi langsung dari kondisi awal dalam persamaan 7 adalah mungkin untuk menunjukkan bahwa pada t = 0 c = cs pada x = 0 sebagai t mendekati tak terhingga c akan mendekati cs pada semua nilai x. Oleh karena itu dimungkinkan untuk menghasilkan profil konsentrasi kapan saja t sebagai fungsi jarak untuk a nilai yang diberikan D. Gambar.7 menyajikan satu set profil tersebut untuk nilai waktu yang berbeda. Dalam hal ini D memiliki diambil sebagai 10 - 4 cm 2 / s untuk spesies yang sewenang - wenang dan waktu dalam gambar 7 adalah dalam jam. Perhatikan bahwa lebih pendek kali profil menjadi kaku pada nilai x yang lebih rendah dan menjadi asimptotik pada nilai x yang lebih tinggi. Seperti waktu mendekati tak terhingga konsentrasi cenderung menjadi seragam di seluruh bagian. Ada yang dekat kesamaan antara fungsi kesalahan dan distribusi normal standar. Inilah sebabnya mengapa dimungkinkan mensimulasikan difusi sebagai proses berjalan acak.

Gambar 6 Menggunakan persamaan 7 konsentrasi spesies telah diplot sebagai fungsi jarak nilai waktu yang berbeda. 8

2.6. Pasangan Difusi Yang Terdiri Dari Dua Batang Logam Semi Tak Terbatas Bergabung Pada Sebuah Antarmuka

Difusi adalah proses pencampuran. Hal ini terkait dengan pergerakan atom dalam kisi. Perbedaan konsentrasi spesies tertentu dalam matriks adalah kekuatan pendorong. Mari kita perhatikan dua paduan yang terbuat dari dua logam (katakanlah Cu & Ni) yang memiliki komposisi berbeda digabungkan pada antarmuka seperti ditunjukkan dalam Gambar.7 di mana c menunjukkan konsentrasi Ni di kedua sisi antarmuka sebagai fungsi jarak. Paduan di sebelah kiri memiliki konsentrasi Ni lebih rendah daripada di sebelah kanan (c1 < c2). Paduan di sebelah kiri lebih tinggi konsentrasi Cu dari itu di sebelah kanan. Mobilitas (difusivitas) atom adalah fungsi yang kuat dari suhu. Jika pasangan dijaga pada suhu kamar, pergerakan atom akan terlalu lambat mendeteksi perubahan komposisi. Jika Anda memanaskannya pada suhu tinggi Anda akan menemukan bahwa atom Cu akan berdifusi dari kiri ke kanan sedangkan atom Ni akan berdifusi dari kanan ke kiri.

Solusi persamaan 6 dalam kondisi ini diberikan persamaan berikut:

Gambar.7

9

Sketsa yang menunjukkan bagaimana konsentrasi spesies yang diberikan dalam pasangan difusi yang terdiri dari dua paduan berbeda berubah seiring waktu. Sketsa di halaman kiri atas menentukan kondisi awal; yang di atas benar memberikan profil konsentrasi pada waktu tertentu t dan yang di kiri bawah member konsentrasi profil pada saat yang sama dengan tak hingga. Jika mengikuti dari persamaan 9 bahwa ketika mendekati infinity erf () menjadi nol. Karena itu c menjadi (c 1 + c 2 ) / 2 pada semua nilai x. Dengan kata lain itu menjadi paduan homogen.

2.7. Jalur Difusi Dalam Padatan Difusi spesies dalam padatan juga tergantung pada jalur yang mengikutinya. Dalam solid kita dapat memikirkan tiga jalur yang berbeda. Logam terbuat dari beberapa kristal yang memenuhi batas butir. Jika suatu spesies harus bergerak melalui ini bias bergerak melalui butir, batas butir atau permukaan atas. Ini adalah diilustrasikan dalam slide 3. Difusivitas melalui butiran dilambangkan dengan Dgb. Ini sering dikenal sebagai curah koefisien difusi. Difusivitas melalui batas butir dilambangkan dengan Dgb. Ruang antara atom karena susunan yang tidak teratur lebih pada batas butir daripada di dalam butir. Ini mengapa mobilitas atom melalui batas butir diharapkan lebih tinggi dari itu melalui gandum. Logika yang sama dapat diperluas ke permukaan atas yang terbuka. Ada cukup ruang untuk mengakomodasi atom ekstra di permukaan bebas jika diperlukan. Oleh karena itu mobilitas atom di sepanjang permukaan bebas (Ds) jauh lebih tinggi. Hubungan antara ketiga bias digambarkan sebagai Ds > Dgb > Dg.

Slide 3

10

Memperlihatkan tiga jalur berbeda dalam solid through dimana atom dari spesies tertentu dapat berdifusi. Itu difusivitas spesies melalui jalur ini adalah dilambangkan sebagai Ds (difusi permukaan), Dgb (gandum batas difusi) dan Dg (difusi melalui gandum). Ini adalah fungsi suhu yang kuat. Ketergantungan suhu sangat mirip untuk ekspresi yang diberikan dalam persamaan 10. Namun besarnya Q dan D 0 cenderung berbeda. Slide 3 juga menggambarkan ketergantungan suhu difusi melalui tiga jalur yang berbeda. Energi aktivasi difusi permukaan cenderung menjadi yang terendah dan untuk gandum adalah yang tertinggi. Secara matematis ini dilambangkan sebagai Qg > Qgb> Qs .

2.8. Difusi Sebagai Proses Berjalan Acak Proses difusi diatur oleh pergerakan atom. Dalam padatan di mana atom sangat dekat dikemas gerakan seperti itu akan sulit karena tidak adanya situs yang kosong. Pada suhu tertentu beberapa situs kisi kosong. Jika ada beberapa situs di sekitar atom, bagaimana atom memutuskan ke mana harus pergi pindah? Pilihan yang jelas bias berupa pemilihan acak. Slide 4 menggambarkan perbedaan antara berjalan normal dan acak.

Slide 4

Jika suatu spesies bergerak melalui kisi di velocity v, jarak antara inisial dan posisi akhir setelah waktu t sama dengan vt, asalkan terus bergerak ke arah yang sama. Catatan bahwa garis merah panjang dengan kepala panah menunjukkan jarak yang dicakup dalam kasus ini. Namun jika arah terus berubah secara acak jarak antara posisi awal dan akhir jauh kurang. Ini ditunjukkan dengan bantuan warna merah yang lebih pendek garis dengan kepala panah.

11

Langkah (ri). Lokasi akhir setelah (Rn) langkah gerakan diberikan oleh:

Produk titik dari vector dengan dirinya sendiri memberikan kuadrat besarnya. Ini diberikan oleh persamaan :

Setiap istilah dari seri kedua dalam persamaan 12 menunjukkan titik produk dari dua vektor. Jika sudut antara keduanya θ ij , dan setia pukuran langkah sama dengan λ persamaan 12 pada penyederhanaan menjadi:

Karena arah gerakannya acak, besarnya cos θ bias keduanya dan negatif. Jumlah nilai total karena itu cenderung nol. Dengan demikian jarak rata-rata antara lokasi awal dan akhir dalam hal ini adalah √ terhadap λn dalam kasus berjalan normal. Mewakili rata-rata akar kuadrat jarak. Dalam persamaan 3, ∆x/∆t menunjukkan kecepatan rata-rata (v) dari spesies yang menyebar dan ∆x adalah ukuran langkah rata-rata yang setara dengan λ. Total jarak yang dicakup oleh spesies adalah nλ. Oleh karena itu waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak ini adalah nλ/v. Jadi dengan sedikit penyederhanaan aljabar Anda mendapatkan yang berikut ini hubungan:

Ini menunjukkan bahwa rata-rata jarak berjalan acak sama dengan √2Dt.

2.9. Pengaruh Struktur Kristal Pada Difusi: Ketika kita melalui kursus kita akan melihat bagaimana komposisi padatan dapat diubah dengan membiarkan atom-atom tertentu untuk bergerak ke dalamnya dengan difusi. Seringkali menjadi perlu untuk meningkatkan kandungan karbon di permukaan baja yang sebagian besar terbuat dari besi. Besi ada dalam dua bentuk kristal yang berbeda. Di ruangan temperaturnya adalah BCC sedangkan di atas 910° C menjadi FCC. Kelarutan karbon dalam keadaan FCC adalah lebih tinggi dari BCC. Jika kita ingin baja melarutkan karbon dalam jumlah besar, kita harus membawanya melebihi 910° C. Namun karbon juga dapat berdifusi

12

dalam kondisi BCC-nya. Tingkat pengambilan karbon akan tergantung pada difusivitasnya. Bentuk besi BCC dikenal sebagai ferit dan sering direpresentasikan sebagai α. FCC bentuk besi dikenal sebagai austenit. Itu direpresentasikan sebagai γ. Difusivitas karbon dalam dua bentuk ini dari besi adalah sebagai berikut:

Jika Anda memperkirakan ini pada kisaran suhu (600° C - 1000° C) dan plot data terhadap kebalikan dari suhu di K Anda mendapatkan plot seperti yang ditunjukkan pada 9.

Gambar.9 : Difusivitas karbon dalam dua bentuk besi ferit dan austenite sebagai fungsi suhu

Austenite adalah struktur yang padat dibandingkan dengan ferit. Oleh karena itu difusi karbon dalam austenite lebih rendah dari pada ferit. Kelarutan karbon dalam austenit jauh lebih dari itu ferit Oleh karena itu untuk memiliki distribusi karbon dalam baja yang seragam maka harus dipanaskan keadaan austenitik. Difusivitas karbon dalam austenite menjadi sangat rendah pada saatdiperlukan homogenisasi baja tuang bias sangat panjang.

2.10. Cara Mengurangi Waktu yang Dibutuhkan Untuk Homogenisasi: Solidifikasi logam dan paduan selalu menghasilkan pemisahan. Ini karena satusatunya cara spesies masuk solid adalah dengan difusi yang merupakan proses yang lambat. Ini berarti struktur homogen. Untuk membuat homogenya padat itu sering diadakan pada suhu tinggi selama berjam-jam. Itu jarak difusi efektif kira-kira sama dengan √. Perhitungan

13

sederhana akan menunjukkan bahwa waktu yang dibutuhkan untuk homogenisasi bahkan jika jarak keberadaan heterogenitas berada pada urutan beberapa mm bias sangat panjang. Penempaan panas adalah proses yang menggabungkan difusi dengan kerja mekanis. Efek gabungan dari difusi dan stres yang diterapkan yang memiliki efek pengadukan pada padatan dapat membantu memotong menurunkan waktu yang dibutuhkan untuk homogenisasi secara signifikan. Solidifikasi logam dan paduan selalu menghasilkan dalam segregasi. Ini karena satu-satunya cara suatu spesies dalam padatan dapat bergerak adalah dengan difusi yang lambat proses. Ini berarti struktur homogen. Untuk membuat homogeny padat itu sering diadakan pada suhu tinggi selama berjam-jam. Jarak difusi efektif kira-kira sama ke √Dt. Perhitungan sederhana akan menunjukkan bahwa waktu yang dibutuhkan untuk homogenisasi sekali pun jaraknya di mana heterogenitas ada dalam urutan beberapa mm bias sangat panjang. Penempaan panas adalah suatu proses yang menggabungkan difusi dengan kerja mekanis. Efek gabungan dari difusi dan stres yang diterapkan memiliki efek pengadukan pada padatan dapat membantu mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk homogenisasi secara signifikan. Aplikasi yang menuntut paduan homogeny lebih suka menggunakan komponen yang telah diproduksi oleh penempaan panas.

2.11. Menambah Difusi Difusi dalam padatan seperti dijelaskan di atas telah divisualisasikan sebagai proses pencampuran. Konsentrasi gradien telah diasumsikan sebagai kekuatan pendorongnya. Aliran massa terjadi pada konsentrasi gradien. Ini mungkin berlaku untuk solusi padat yang memiliki minimum tunggal dalam plot komposisi energy bebasnya ditunjukkan dalam Gambar.11. Namun ada beberapa system paduan di mana difusi dapat terjadi terhadap gradien konsentrasi. Sistem seperti ini memiliki plot komposisi energy bebas yang memiliki beberapa minimal ditunjukkan pada gambar 12. Ini dikenal sebagai difusi menanjak. Ini karena kekuatan pendorong sejati untuk difusi adalah potensi alkimia atau energy bebas molar sebagian dan bukan konsentrasi. Energi bebas molar ( G ) dari larutan padat biner yang terdiri dari dua logam A & B diberikan oleh:

NA dan NB menunjukkan fraksi atom A & B, GA0 & GB0 menunjukkan energy bebas A & B murni, R adalah universal konstanta gas, T adalah suhu dalam Kelvin, μA & μB menunjukkan potensi kimia A & B dan aA & aB menunjukkan aktivitas (konsentrasi efektif) A & B. Dua aktivitas diberikan oleh : 14

Gambar.10 menunjukkan diagram komposisi energy bebas khas dari paduan biner pada suhu tertentu. Itu mencegat tangen pada titik G1 dengan sumbu vertikal di A menunjukkan μA1 menunjukkan molar parsial energy bebas A dalam paduan 1. Ia juga dikenal sebagai potensi kimianya. Penyadapan dari garis singgung yang sama dengan sumbu B menunjukkan potensi kimia B dalam paduan 1 yang dilambangkan sebagai μB1. Perhatikan besarnya potensi kimia A dalam 2 (μA1) dan B dalam 2 (μB1). Gambar 10 termasuk sketsa pasangan difusi terbuat dari dua paduan 1 & 2 yang memiliki komposisi berbeda. Paduan 1 kaya akan A sedangkan paduan 2 kaya akan B. Dalam kasus ini, μA1 > μA2 karena itu A berdifusi dari 1 menjadi 2. Demikian juga NA1 > NA2 .Ini merupakan kasus di mana difusi berlangsung di bawah gradien konsentrasi. Gambar.11 menunjukkan diagram komposisi energy bebas khas dari paduan biner pada suhu tertentu. Itu memiliki dua minimum. Intersept tangen pada titik G 1 dengan sumbu vertikal di A menunjukkan

μA1 Menandakan energy bebas molar parsial dari A dalam paduan 1.

Intersept dengan gari ssinggung yang sama dengan sumbu B menunjukkan potensi kimia B dalam paduan 1 dilambangkan sebagai μB1. Perhatikan besarnya potensi kimiawi A dalam 2 (μA1) dan B dalam 2 (μB1). Gambar 11 termasuk sketsa pasangan difusi yang terbuat dari dua paduan 1 & 2 memiliki komposisi yang berbeda. Paduan 1 kaya akan A sedangkan paduan 2 kaya akan B. Dalam hal ini, μA2 > μA1 karena itu A berdifusi dari paduan 2 ke 1 walaupun NA1 > NA2 . Ini merupakan kasus di mana difusi terjadi terhadap gradien konsentrasi.

15

Gambar 11 : Sketsa di atas mewakili pasangan difusi yang terdiri dari dua paduan 1 & 2.

Paduan 1 kaya akan A dan paduan 2 kaya akan B. Sketsa di bagian bawah member energi gratis plot komposisi G. G1 adalah energy bebas 1 dan G2 adalah energy bebas dari 2. Menunjukkan energy bebas gabungan 1 & 2. Gm adalah gratis energy komposisi yang paling stabil. Itu kepala panah vertikal yang berakhir pada titik ini adalah a ukuran kekuatan pendorong untuk difusi. Perhatikan titik-titik persimpangan garis singgung di G1 & G2 dengan sumbu vertikal di A. Selama μA2 > μA1, A berdifusi dari 2 ke 1. Difusi arah ditunjukkan dengan bantuan panah. μB1> μB2: Karenanya B berdifusi seperti terlihat pada alloy 1 to 2. Ini adalah kasus difusi meningkat.

2.12.Contoh Soal 1.

Untuk meningkatkan ketahanan korosinya, krom didifusi menjadi baja pada suhu 980° C. Jika selama difusi konsentrasi permukaan (Cs) kromium tetap konstan pada 100%, berapa lama waktu yang dibutuhkan (dalam beberapa hari) untuk mencapai konsentrasi Cr 1,8% pada kedalaman 0,002 cm di bawah permukaan baja? (Do= 0,54 cm2/detik; EA= 286 kJ/mol)

Jawab: Menggunakanhukumkedua Fick’s: 𝐶 𝑥 𝑥 = 1 − erf , 𝑑𝑖𝑚𝑎𝑛𝑎 𝑘𝑖𝑡𝑎 𝑑𝑎𝑝𝑎𝑡 𝑒𝑟𝑓 = 1 − 0,018 = 0,982 𝐶𝑆 2√𝐷𝑡 2√𝐷𝑡

16

Berdasarkan Table 5.1 Tabulation of error function valuesby H. Carslaw and J. Jaeger, in Appendix 2 of “Conduction of Heat in Solids”, Oxford University Press, Fair Lawn, NJ, 1959 diatas, didapatkan nilai z pada erf 0,982 yaitu sebesar 1,67. Sehingga: 0,002 2√𝐷𝑡

0,001

=

√𝐷𝑡

𝐷 = 𝐷𝑜 𝑒  𝑡=

2.

= 1,67

−286 × 105 ) 8,314 ×1253

(

= 6,45 × 10−13 𝑐𝑚2 /𝑠

0,0012 1,672

×6,45 ×10−13

= 5,56 × 105 𝑠𝑒𝑐 = 6,4 ℎ𝑎𝑟𝑖

Sebuah larutan berwarna ditempatkan dalam lapisan tipis di tengah sel silinder yang panjang. Jika difusi dibiarkan terus selama 1 jam dua puluh menit, hitunglah konsentrasi larutan warna dalam mol dm-3 pada jarak 1 cm dari posisi asli dari lapisan tipis dengan asumsi bahwa difusi koefisien pewarna adalah 0.79x 10-9 m2/s dan konsentrasi awal zat warna per satuan luas adalah 10 mol m-2.

Jawab: Dik:  Z = 1 x 10−2 m  t = 4800 s  D = 0.79x 10-9 m2/s Dit: Konsentrasi larutan warna dalam dm-3? Penyelesaian: 17

𝐶 (𝑍, 𝑡) = C (Z,t)

η𝑜 √2𝜋𝐷𝑡 =

𝑍2

𝑒 − (4𝐷𝑡) 10

√2 𝑥 3,142 𝑥 0,79 𝑥 10−9 𝑥 4800

𝑒

1.10−4 ) 4𝑥 0,79.10−9 𝑥 4800

−(

= 2,807 mol/m3 = 2,807 x 10-3 mol/dm3 = 0,002807 mol/dm3

3.

Sebuah baja mengandung 0,2 % karbon, lalu dipanaskan hingga 950 K selama 15 jam. Tentukan berapa kedalaman lapisan yang tidak ada karbida. Asumsikan bahwa baja terdiri dari ferit dan karbida. Kelarutan karbon dalam ferit pada suhu ini adalah 0,015 % dan % C pada permukaan dapatdiabaikan. (Diberi DO = 2 × 10-6 m2/s, Q = 84,4 kJ/mol/K) Jawab: Dik:  Ci = karbon awal dalam baja = 0,2%  Cα = karbon terlarut dalam ferit = 0,015%  T = 950 K  T = 15 jam  DO = 2 × 10-6 m2/s  Q = 84,4 kJ/mol/K Dit: Kedalaman lapisan yang tidak ada karbida? Penyelesaian: 𝐷 = 𝐷𝑂 . exp(−

𝑄 ) 𝑅. 𝑇 84400

𝐷 = 2 × 10−6 . exp(− 8,31 ×950) = 4,55 × 10-11 m2/s Sehingga, 2. 𝐷𝑡. 𝐶∝ 𝑥= √ (𝐶𝑖 − 𝐶𝑜 ) 2 × 4,55 × 10−11 × 0,015 × 15 × 3600 𝑥= √ (0,2 − 0,015) 𝑥 = 0,00063 𝑚 = 0,63 𝑚𝑚 BAB III 18

PENUTUP 3.1. Kesimpulan Dalam makalah ini kita telah belajar tentang proses pencampuran keadaan padat yang disebut difusi. Ini diatur oleh Hukum difusi Fick. Hukum pertama menggambarkan proses keadaan yang mantap ketika konsentrasi diberikan spesies pada suatu titik tidak berubah seiring waktu. Dalam hal ini gradien konsentrasi tetap konstan di semua titik. Jika gradien konsentrasi adalah fungsi jarak maka konsentrasi pada suatu titik akan terus berubah seiring waktu. Ini diberikan oleh hokum kedua Fick. Ini diungkapkan dalam bentuk persamaan diferensial. Sifat solusi dari persamaan seperti itu dalam 1D telah dibahas tanpa melanjutkan ke derivasi. Berbagai upaya telah dilakukan untuk memberikan wawasan tentang mekanismenya. Itu bias disimulasikan sebagai proses berjalan acak. Jarak berjalan acak ratarata memiliki korelasi langsung dengan difusi jarak. Kami juga melihat efek suhu pada difusivitas. Menggunakan ilustrasi sudah menunjukkan bahwa difusi tergantung pada suhu serta struktur kristal. Meskipun hukum Fick sering ditulis dalam hal gradien konsentrasi ada kasus di mana difusi dapat terjadi terhadap gradien konsentrasi. Ini dikenal sebagai difusi menanjak. Ini menunjukkan bahwa itu lebih tepat untuk mendefinisikan ini dalam hal potensi kimia.

DAFTAR PUSTAKA

19

Anonim. 2015. LECTURE15, (online). (https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct= j&url=https://nptel.ac.in/courses/113105023/Lecture15.pdf&ved=2ahUKEwi0laTunLD hAhWHYo8KHZAuAgMQFjAFegQIBBAB&usg=AOvVaw3y0qVnzFibay1aIEWRK vCu, diunduh pada 29 Maret 2019)

20