Praktikum Kimia Fisika Adsorbsi Isotermis

BAB I PENDAHULUAN I.1. Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui nilai konstanta dalam peristiwa adsorbsi dari larutan asam asetat oleh karbon aktif pada suhu konstan. I.2. Dasar Teori Dalam kehidupan sehari-hari kita mengenal dua istilah yang hampir sama tetapi sebenarnya mempunyai pengertian yang sedikit berbeda, yaitu istilah absorbsi dan adsorbsi. Istilah adsorbsi dan absorbsi biasanya disamakan, padahal tidak. Absorbsi merupakan proses dimana substansi tidak hanya terikat pada permukaan saja tetapi menembus permukaan dan terdistribusi ke bagian-bagian dalam dari komponen yang mengabsorbsi, solid atau liquid Sebagai contoh air terabsorbsi oleh spons, uap air terabsorpsi oleh anhidrat CaCl2. Sedangkan pengertian adsorbsi adalah peristiwa penyerapan molekul-molekul cairan atau gas pada permukaan adsorban, hingga terjadi perubahan konsentrasi pada cairan atau gas tersebut. Zat yang diserap disebut adsorbat, sedangkan zat yang menyerap disebut adsorban., contoh dari peristiwa adsorbsi adalah larutan asam asetat diadsorbsi oleh karbon. Pada peristiwa adsorbsi ini, bila konsentrasi zat pada bidang batas menjadi lebih besar daripada konsentrasi medan salah satu fase adsorbsi maka disebut adsorbsi positif, demikian juga sebaliknya.apabila konsentrasi zat pada bidang batas menjadi lebih kecil daripada konsentrasi medan salah satu fase adsorbsi maka disebut adsorbsi negatif. Peristiwa adsorbsi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor. yang mempengaruhi jumlah dari molekul yang teradsorbsi, antara lain adalah sifatsifat dari adsorban dan adsorbat itu sendiri, luas permukaan total adsorban, suhu proses dan tekanan jika pada adsorbsi tersebut terdiri dari gas. Substansi

2 yang tertarik pada permukaan disebut adsorbat, sementara substansi yang menarik disebut adsorban. Ada dua tipe adsorbsi, dimana perbedaan antara kedua tipe adsorbsi ini ditentukan oleh panas reaksi yang terlibat dalam proses adsorbsi tersebut. Kedua tipe reaksi tersebut adalah : 1.

Adsorbsi secara fisika

Adsorbsi secara fisika ini mempunyai karakteristik antara lain panas reaksi yang rendah yaitu 10000 kal/mol atau kurang. Hal ini disebabkan oleh ikatan yang terlibat dalam adsorbsi itu ikatan yang lemah, yakni gaya Van der Waals. 2. Adsorbsi secara kimia. Adsorbsi secara kimia ini melibatkan panas adsorbsi yang cukup besar yaitu antara 10000 kal/mol sampai 20000 kal/mol. Hal ini disebabkan adanya reaksi kimia yang biasanya terjadi dan menyebabkan adanya ikatan antara adsorban dan adsorbat menjadi lebih kuat. Hubungan antara jumlah substansi yang diserap oleh adsorban dan tekanan atau konsentrasi pada kesetimbangan pada suhu konstan disebut adsorbsi isothermis. Hubungan dari jumlah zat teradsorbsi persatuan luas atau satuan massa dan tekanan dinyatakan dengan persamaan Freundlich : y=k P1/n

(1) (Maron and Lando, 755)

dimana : y = berat atau volume zat yang teradsorbsi persatuan luas atau massa adsorban. P = tekanan saat kesetimbangan tercapai k, n = konstanta untuk adsorbsi solute yang tidak melibatkan gas maka persamaan Freundlich menjadi : y = k C1/n dimana C adalah konsentrasi solute saat kesetimbangan. Persamaan (2) dapat dituliskan dalam bentuk logaritma :

(2)

3 log10y = log10k + 1/n log10C

(3)

jika kemudian dibuat plot log10y melawan log10C maka akan diperoleh garis lurus yang mempunyai slope sebesar 1/n dan nilai interceptnya sebesar log10k. Disamping persamaan Freundlich terdapat persamaan yang lebih baik untuk menyatakan adsorbsi isothermis yaitu

persamaan Langmuir.

Langmuir berpendapat bahwa gas diadsorbsi pada permukaan solid dan membentuk tidak lebih dari satu lapis ketebalannya. Pada adsorbsi isothermis ini, persamaan-persamaan yang digunakan dalam perhitungan diturunkan dari teori Langmuir, dengan asumsi-asumsi : 1. Seluruh permukaan adsorban memiliki aktivitas adsorbsi yang sama atau seragam. 2.

Tidak terjadi interaksi antara molekul-molekul adsorbat.

3.

Mekanisme adsorbsi yang terjadi seluruhnya sama.

4.

Hanya terbentuk satu lapisan adsorbat yang sempurna di permukaan adsorban. Teori Langmuir menggambarkan proses adsorbsi terdiri dari dua

proses berlawanan, yaitu kondesasi molekul-molekul fase teradsobsi menuju permukaan dan evaporasi/penguapan molekul-molekul dari permukaan kembali ke dalam larutan. Jika θ

adalah fraksi total luas permukaan yang tertutup oleh

molekul yang teradsorbsi, maka ruang kosong yang masih tersedia untuk adsorbsi adalah (1-θ ). Menurut teori kinetik, kecepatan rata-rata molekul yang menyerang satuan luas permukaan solid yang tidak tertutupi adsorbat. Rate kondensasi = k1 (1-θ ) C (4) dimana : k1 adalah konstanta perbandingan. Pada sisi lain, bila k2 adalah rate dimana suatu molekul menguap dari permukaan saat permukaan tersebut tertutup penuh, maka rate penguapannya adalah :

4 Rate penguapan = k2 θ

(5)

Pada saat kesetimbangan maka rate kondensasi harus sama dengan rate penguapan sehingga : k1 (1-θ ) C = k2 θ θ =

k1 C k 2 +k1 C

θ =

kC 1 + kC

(6)

dimana k = k1/k2 Dan karena θ = N/Nm, maka dari persamaan (6) selanjutnya dapat diturunkan sebagai berikut : N = kC / (1 + kC) Nm N Nm = kC 1 + kC

Jika kedua ruas dibalik akan diperoleh : kC 1 + kC = N Nm C 1 + kC = N k Nm

dan akhirnya didapatkan bentuk persamaan : C N

=

C Nm

+

1 k Nm

…….

(7) dimana : N

= jumlah adsorbat yang teradsorbsi per gram adsorban pada konsentrasi pada saat kesetimbangan.

C

=

konsentrasi saat tercapai kesetimbangan

Nm = jumlah mol adsorbat yang diperlukan untuk satu lapisan tunggal. Luas permukaan adsorban dapat dihitung dengan menggunakan persamaan A = Nm . N . δ . 10-20 Dimana :

(m2/gram)

…….(8)

5 A = luas permukaan adsorbsi per gram (m2/gram) No = Bilangan Avogadro δ = Luasaan yang ditempati satu molekul teradsorbsi. (Maron and Lando, 755)

6

BAB II METODOLOGI PERCOBAAN II.1. Variabel Percobaan Variabel yang digunakan dalam percobaan ini adalah konsentrasi larutan CH3COOH 0,02 N; 0,04N; 0,045 N; 0,085 N; dan 0,1N. II.2. Prosedur Percobaan 1. Membersihkan dan mengeringkan Erlenmeyer 250 ml yang dilengkapi dengan penutup plastik. 2. Memasukkan masing-masing 1 gram karbon aktif ke dalam 4 erlenmeyer dari 5 tabung Erlenmeyer yang diperlukan. 3. Membuat CH3COOH dengan konsentrasi 0,02;0,045;0,085;0,1 M dengan volume masing-masing 100 ml. 4. Erlenmeyer yang tidak berisi arbon aktif diisi 100 ml 0,04 M CH3COOH, contoh ini sebagai control. 5. Menutup 5 erlenmeyer dengan aluminium foil, mengocoknya selama 30 menit, mendiamkannya selama 1 jam agar terjadi kesetimbangan. 6. Menyaring larutan memakai kertas saring halus, dan membuang 10 ml pertama filtrate untuk menghindarkan kesalahan akibat adsorbs oleh kertas saring. 7. Menitrasi 25 ml filtrate dengan 0,1 N NaOH, dengan member indicator pp 8. Mencatat volume NaOH yang dibutuhkan II.3. Alat 1. Erlenmeyer 2. Pipet Ukur 3. Pengaduk Kaca 4. Shaker

7 5. Buret + statif 6. Karet Penghisap 7. Beaker Glass 8. Labu takar 9. Corong 10. Gelas arloji 11. Thermometer II.4. Bahan 1.

Karbon aktif (serbuk dan granule) 4 gram.

2.

Kertas saring.

3.

Larutan Asam asetat, CH3COOH 1 N.

4.

Larutan NaOH baku 3,52 N.

5.

Indikator PP.

8

II.5. Gambar Alat

Pipet Ukur

Buret + Statif Karet Pengisap

Kaca Pengaduk

Beaker Glass

Labu Takar Termometer

Gelas arloji Corong Kaca

Shaker

9

II.6

Hasil Percobaan  Tabel II.6-1 Asam asetat ditambah serbuk karbon aktif. Konsentrasi

Volume NaOH yang diperlukan untuk titrasi (ml) Run I Run II Rata-rata

CH3COOH (N) 0,02 8,8 8,2 0,045 10,4 10,1 0,085 33,6 33,2 0,1 45,8 45,1 Keterangan : Konsentrasi NaOH = 0,1 N

8,5 10,25 33,4 45,45

 Tabel II.6-2 Asam asetat ditambah granule karbon aktif. Konsentrasi

Volume NaOH yang diperlukan untuk titrasi (ml) Run I Run II Rata-rata

CH3COOH (N) 0,02 9 8,8 0,045 16 16,2 0,085 32,5 32,3 0,1 48,5 48,7 Keterangan : Konsentrasi NaOH = 0,1 N

8,9 16,1 32,4 48,6

Untuk larutan kontrol digunakan larutan asam asetat 0,04 N dan diperoleh volume NaOH 0,1 N yang diperlukan untuk titrasi adalah 17,7 ml.

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN

10 III.1

Hasil Perhitungan 

Tabel III.1-1 Hasil perhitungan dari data percobaan untuk karbon

aktif halus. Larutan

Konsentrasi

Mol

CH3COOH

CH3COOH Akhir (C)

CH3COOH N (no – n)

(molar) 0,007 0,0146 0,0464 0,0568

(mol) 0,000039 5,3E-05 0,000069 8,6E-05

(N) 0,15 0,12 0,09 0,06 

C/N

HALUS

(ml-1) 182,75 275,63 667,46 657,74

LOG Y -4,41 -4,27 -4,16 -4,06

LOG C -2,15 -1.83 -1.33 -1.25

Tabel III.1-2 Hasil perhitungan dari data percobaan untuk karbon

aktif granula. Larutan

Konsentrasi

Mol

CH3COOH

CH3COOH Akhir (C)

CH3COOH N (no – n)

(N)

C/N

KASAR

(ml-1)

(molar) (mol) LOG Y 0,02 0,011 0,000018 626,76 -4.75 0,045 0,027 0,000027 984,71 -4,56 0,085 0,054 0,000047 1161,29 -4,33 0,1 0,069 0,0000535 1297,73 -4,27 Keterangan : Y (gram) = mol teradsorb x BM CH3COOH (BM CH3COOH = 60 gr/mol) 

Konsentrasi CH3COOH akhir = 17,7*0,1/45 = 0,039 N

mol CH3COOH = konsentrasi x volume labu takar = 0,039 x 100/1000 liter = 0,0039 mol ∆ n = mol awal – mol akhir = 0,004 – 0,0039 = 0,0001 mol. faktor koreksi = 0,0001 / 0,004 x 100 % = 2,5 %. III.2 Pembahasan

LOG C -1.95 -1.57 -1.27 -1,16

11 Pada percobaan ini kita akan mengamati peristiwa adsorbs solute yaitu larutan asam asetat oleh karbon aktif yang berupa padatan. Adsorbs ini diamati pada suhu kamar yang relative konstan sehingga peristiwanya disebut adsorbs isothermis. Bila larutan asam asetat ini dikocok bersama karbon aktif, maka sebagian dari konsentrasi asam asetatnya akan diadsorbsi oleh permukaan karbon aktif sehingga konsentrasi asam asetat dalam larutan akan berkurang. Hal ini terlihat dari hasil percobaan di mana jumlah volume NaOH (titran) yang dibutuhkan untuk menitrasi larutan asam asetat yang telah diberi karbon aktif lebih sedikit dibandingkan dengan volume titran yang dibutuhkan untuk menitrasi larutan asam asetat mula-mula. Pada percobaan ini digunakan dua jenis karbon aktif yaitu berbentuk serbuk dan granule. Dengan berat yang sama, luas permukaan zat dalam bentuk serbuk lebih besar daripada bentuk kepingan atau bongkahan. Pada perlakuan yang sama seharusnya mol asam asetat yang teradsorb pada permukaan karbon serbuk akan lebih besar daripada permukaan karbon granule. Konsentrasi asam asetat setelah penambahan karbon serbuk harus lebih kecil bila dibandingkan dengan setelah penambahan karbon granule. Adsorbsi Isothermis pada Karbon Aktif Berbentuk Serbuk Dari hasil percobaan dari table III.1.1 dibuat plot kurva antara C/N sebagai sumbu y melawan C sebagai sumbu x.

 Grafik III.2-1:

12

Dari grafik III.2-1 di atas didapat harga slope sebesar 9828,7 dan harga intercept sebesar 147,53. Dari persamaan :

C C 1 = + , dimana : N Nm K .Nm

C

: Konsentrasi CH3COOH akhir (setelah ditambah karbon aktif).

N

: Jumlah mol CH3COOH yang teradsorbsi per gram karbon aktif.

Nm : Jumlah mol yang diperlukan untuk membuat lapisan tunggal pada karbon. K

: Konstanta. Maka dengan slopenya (1/Nm) = 9828,7 dan interceptnya (1/K.Nm)

=147,53. Maka dari grafik di atas didapat harga Nm adalah 0,0001 mol, sedangkan harga K adalah 66,62. Dari hasil perhitungan di atas juga dibuat grafik N vs C dan grafik log Y vs log C. Grafiknya adalah sebagai berikut :  Grafik III.1-2 :

Dari grafik di atas, percobaan ini sesuai dengan Type I  Grafik III.1-3 :

13

Dari grafik 3.1.3 di atas didapat harga slope sebesar 0,3455 dan intercept sebesar –3,6601. Dari persamaan Freundlich yaitu : y = k C1/n. Apabila dibuat plot grafik, maka persamaan menjadi : log y = log k + 1/n log C, dengan log y sebagai sumbu y dan log C sebagai sumbu x. Dimana y adalah mol teradsorbsi persatuan massa adsorban, C adalah konsentrasi kesetimbangan (akhir adsorbsi), sedangkan k dan n adalah konstanta. Dari grafik 3.1.3 di atas didapat harga n dan k masing-masing adalah -0,485 dan 2,2. Untuk menghitung luasan total adsorbs menggunakan rumus: A = Nm .xNox δx10 −20

m2 / gram

A = 0,0001 .x (6,023 x10 23 ) x 21 x10 −20 m2/gram

A = 12,6 m2/gram dimana No : Bilangan Avogadro δ

: Luasan yang ditempati oleh molekul teradsorbsi ( oΛ2 ), untuk asam asetat dianggap = 21 oΛ2.

Adsorbsi Isothermis pada Karbon Aktif Berbentuk Granule Dari hasil percobaan di atas dibuat plot kurva antara C/N sebagai sumbu y melawan C sebagai sumbu x.

 Grafik III.1-4:

14

Dari grafik III.1-4 di atas didapat harga slope sebesar 10622 dan harga intercept sebesar 589,05. Dari persamaan :

C C 1 = + , dimana : N Nm K .Nm

C

: Konsentrasi CH3COOH akhir (setelah ditambah karbon aktif).

N

: Jumlah mol CH3COOH yang teradsorbsi per gram karbon aktif.

Nm : Jumlah mol yang diperlukan untuk membuat lapisan tunggal pada karbon. K

: Konstanta. Maka dengan slopenya (1/Nm) = 10622 dan interceptnya (1/K.Nm) =

589,05. Maka dari grafik di atas didapat harga Nm adalah 0,00009 mol, sedangkan harga K adalah 18,03. Dari hasil perhitungan di atas juga dibuat grafik N vs C dan grafik log Y vs log C. Grafiknya adalah sebagai berikut :  Grafik III.1-5 :

Dari grafik di atas, percobaan ini sesuai dengan Type I  Grafik III.1-6 :

15

Dari grafik 3.1.6 di atas didapat harga slope sebesar 0,615 dan intercept sebesar -3,5649. Dari persamaan Freundlich yaitu : y = k C1/n. Apabila dibuat plot grafik, maka persamaan menjadi : log y = log k + 1/n log C, dengan log y sebagai sumbu y dan log C sebagai sumbu x. Dimana y adalah mol teradsorbsi persatuan massa adsorban, C adalah konsentrasi kesetimbangan (akhir adsorbsi), sedangkan k dan n adalah konstanta. Dari grafik 3.1.6 di atas didapat harga n dan k masing-masing adalah 1,63 dan 0,01. Untuk menghitung luasan total adsorbsi menggunakan rumus: A = Nm .xNox δx10 −20

m2 / gram

A = 0,00009 .x (6,023 x10 23 ) x 21 x10 −20 m2/gram

A = 11,9

m2/gram

dimana No : Bilangan Avogadro δ

: Luasan yang ditempati oleh molekul teradsorbsi ( oΛ2 ), untuk asam asetat dianggap = 21 oΛ2.

Dari hasil perhitungan didapat bahwa setelah ditambah karbon aktif, konsentrasi CH3COOH menjadi lebih sedikit. Hal ini disebabkan sebanyak N mol CH3COOH diadsorbsi oleh karbon aktif. Adsorbsi ini terjadi secara isotermis, karena itu dalam percobaan ini erlenmeyer ditutup dengan aluminium foil. Untuk perbandingan dipakai larutan blanko dimana larutan tersebut tidak ditambah karbon aktif. Setelah 1,5 jam larutan yang ditambah karbon aktif dan larutan blanko dititrasi. Ternyata perubahan konsentrasi larutan yang ditambah karbon aktif lebih besar dibanding dengan konsentrasi larutan blanko yang kecil dan hampir sama dengan konsentrasi awal. Perubahan kecil ini disebabkan oleh sifat

16 volatile dari CH3COOH, sehingga konsentrasi CH3COOH menjadi lebih sedikit. Sedangkan perubahan konsentrasi pada larutan kontrol sendiri adalah sebesar 2,5%. Berdasarkan grafik, dapat diketahui bahwa persamaan Langmuir cocok untuk adsorbsi isotermis pada larutan CH3COOH. Hal ini disebabkan adanya kemungkinan campuran larutan CH3COOH dengan karbon aktif hanya membentuk satu lapisan saja. Untuk grafik lainnya memiliki kecenderungan sesuai dengan literatur. (Gambar 12.1-1 : Geankoplis, C.J , page 698).

17

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN IV.1

Kesimpulan Dari hasil percobaan di atas dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Jumlah mol CH3COOH yang diperlukan untuk membentuk lapisan tunggal pada •

karbon aktif serbuk adalah 0,0001 mol.

•

karbon aktif granule adalah 0,00009 mol

2. Jumlah luasan total adsorbsi CH3COOH pada: •

karbon aktif serbuk adalah 12,6 m2/gram

•

karbon aktif granule adalah 11,4 m2/gram.

3. Harga k dari persamaan Langmuir •

untuk karbon aktif serbuk adalah 66.62,

•

untuk karbon aktif granule adalah 18.03.

4. Harga n dan k dari persamaan Freundlich •

untuk karbon aktif serbuk adalah -0,485 dan 2,2,

•

untuk karbon aktif granule adalah 1,62 dan 0,01.

5. Perubahan konsentrasi pada larutan 0,0001 blanko adalah sebesar 2,5%. 6. Untuk sistem larutan CH3COOH dengan karbon aktif, lebih sesuai menggunakan persamaan Langmuir daripada persamaan Freundlich. 7. Daya serap adsorbs karbon aktif yang berbentuk serbuk lebih tinggi dibandingkan karbon aktif yang berbentuk granul IV.2

Saran Agar mendapat hasil yang baik, maka perlu diperhatikan hal-hal seperti di

bawah ini : 1. Pada waktu pembuatan (pengenceran) larutan CH3COOH harus diperhatikan sifat kevolatilannya, sehingga Erlenmeyer harus ditutup dengan aluminium foil.

18 2. Sebaiknya selama proses adsorbsi (pencampuran, pengocokan, dan pendiaman) dilaksanakan di dalam suatu ruangan tertentu yang suhunya benar-benar isothermis.

19

DAFTAR PUSTAKA Glasstone, Samuel, “Textbook of Physical Chemistry”, 2nd ed. , D. Van Nostrand Company Inc, New York, 1946, Hal. 1202. Maron, S. H. J.B. Lando, “Fundamental of Physical Chemistry”, Mac.Millan Publishing Co Inc, New York, 1974, Hal. 753 – 756. Shoemaker, D.P, Carl W. Garland, “Experiments in Physical Chemistry”, 2nd ed., McGraw Hill Inc, New York, 1967, Hal. 258 – 262.

20

DAFTAR NOTASI Notasi

Keterangan

Satuan

Berat molekul

Gram/ mol

Cp

Kapasitas panas

Kal/mol K

H

Enthalpi

Kal

M

Massa kalorimeter

Gram

N

Normalitas

Mole/lt

P

Tekanan

Atm

Q

Panas reaksi

Kal

T

Suhu

U

Energi dalam

Kal

V

Volume

Ml

W

Kerja

Kal

G

Gravitasi

m/s2

M

Massa Al

Gram

C

Variabel dari (MCp kal + mCp p)

Kal

∆H T0 T1 T2 T3

Perubahan Entalpi

Kal

Suhu Awal Larutan Suhu Konstan Larutan Suhu Awal Logam Al Suhu Konstan Larutan+Al

T

Waktu

ρ

28

APPENDIKS

o

C atau K

o

C atau K C atau K o C atau K o C atau K o

Detik

21  Membuat larutan 0,15 N NaOH dari larutan 2,56 N NaOH Misal membuat 250 ml 0,15 N NaOH Maka dengan rumus :

V1 N1 = V2 N2 250 x 0,15 = V2 x 2,56 V2 = 14,4 ml

Jadi 14,4 ml 2,56 N NaOH diencerkan dengan aquades sampai volume 250 ml dalam labu takar.  Membuat larutan 0,15 N CH3COOH dari larutan 2,56 N CH3COOH Misal membuat 250 ml 0,15 N CH3COOH Maka dengan rumus :

V1 N1 = V2 N2 250 x 0,15 = V2 x 2,56 V2 = 14,4 ml

Volume air yang dibutuhkan = 250 ml – 14,4 ml = 235,6 ml Jadi 14,4 ml 2.56 N CH3COOH diencerkan dengan aquades sampai volume 250 ml dalam labu takar dan volume air yang ditambahkan adalah 235,6 ml.  Menghitung Konsentrasi Larutan CH3COOH Misal volume 2,56 N NaOH yang diperlukan untuk titrasi : 0,35 ml Volume CH3COOH yang dititrasi : 10 ml Maka dengan rumus : N1 = V2/V1 x N2 = (0,35/10) x 2,56 = 0,0896 N dimana molnya adalah : 0,0896 N x 100/1000 liter = 0,00896 mol. Hasil selengkapnya pada tabel III.2-1.  Menghitung % perubahan konsentrasi dari larutan kontrol (0,15 N) volume NaOH yang diperlukan untuk titrasi = 0,35 ml Konsentrasi CH3COOH awal = 0,15 N mol CH3COOH = konsentrasi x volume labu takar = 0,15 x 100/1000 liter = 0,015 mol. Konsentrasi CH3COOH akhir = 17,7*2,56/10

22 = 0,039 N mol CH3COOH = konsentrasi x volume labu takar = 0,039 x 100/1000 liter = 0,0039 mol ∆ n = mol awal – mol akhir = 0,004 – 0,0039 = 0,0001 mol. faktor koreksi = 0,0001 / 0,004 x 100 % = 2,5 %.