Download - Tegangan Permukaan
Surface PhenomenaPBL-3• Andersen • Aditha Oktariany• Arif Hendrawan• Apryani Lestari• Irfan Aditya
Teori Dasar : Tegangan Permukaan Tegangan permukaan adalah gaya atau tarikan
kebawah yang menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan benda dalam keadaan tegang ,sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis.
Hal ini disebabkan oleh gaya-gaya tarik yang tidak seimbang pada antar muka cairan.
Dimana : F = Gaya (Newton) ; L = Panjang (m)
Teori Dasar Faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan :1. Jenis cairan2. Suhu3. Adanya Zat Terlarut4. Surfaktan5. Konsentrasi zat Terlarut
Jawaban Pertanyaan No 1. Bagian A
Dalam kasus pada Pemicu 3 Bagian A, terjadi fenomena permukaan pada fluida, jelaskan pengertian tentang fenomena permukaan, dan jelaskan mengapa terjadi perubahan tegangan permukaan setelah adanya nanopartikel.
Jawaban Pertanyaan No 1. Bagian A Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat
cair cenderung untuk 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 (γ) adalahl intensitas gaya tarik modulus persatuan panjang sepanjang suatu garis di permukaan.
Jawaban Pertanyaan No 1. Bagian A 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
Dalam keadaan menggumpal, nanopartikel dapat berperilaku sebagai partikel yang lebih besar, tergantung pada ukuran aglomerat tersebut
Jawaban Pertanyaan No 2. Bagian A
Istilah tegangan permukaan (surface tension) sangat erat hubungannya dengan istilah intermolecular forces, jelaskan definisi dan hubungan dari kedua istilah tersebut.
Jawaban Pertanyaan No 2. Bagian A Tegangan permukaan (surface tension) berhubungan
erat dengan gaya intermolekular, yakni gaya tarik antar molekul cairan. Semakin kuat gaya intermolekular maka semakin kuat tegangan permukaan
Hal ini dikarenakan tegangan permukaan dipengaruhi gaya kohesi dan adhesi. Pada permukaan cairan, molekul eksterior (molekul pada permukaan) ditarik ke dalam oleh molekul interior (dibawah permukaan) dan tidak tertarik intens oleh molekul dari medium luar.
Jawaban Pertanyaan No 3. Bagian A
Ada beberapa metode yang dapat kita gunakan untuk menentukan tegangan permukaan dari suatu cairan, jelaskan metode apa saja yang anda ketahui, terangkan prinsipnya dan sertakan gambar.
Jawaban Pertanyaan No 3. Bagian A1. Metode kenaikan kapiler Tegangan permukaan diukur dengan melihat
ketinggian cairan yng naik melalui suatu kapiler. Jika sudut kontak lebih besar dari 90o cairan akan tertekan kebawah membentuk cekungan
Gambar . Metode Kenaikan Kapiler
Jawaban Pertanyaan No 3. Bagian A2. Metode cincin Du-Nuoy Metode ini bisa digunakan untuk mengukur tegangan
permukaan ataupun tegangan antar muka. 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.
Jawaban Pertanyaan No 3. Bagian A
Gambar . Metode Cincin Du-Nuoy
Jawaban Pertanyaan No 3. Bagian A3. 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
Gambar . Metode Bobot Tetes
Jawaban Pertanyaan No 3. Bagian A4. 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
Gambar . Metode Jumlah Tetes
Jawaban Pertanyaan No 4. Bagian A
Air juga memiliki tegangan permukaan, tahukah anda berapa tegangan permukaan air? Ketika anda mempelajari tegangan permukaan air, Anda akan menemukan istilah “skin-like”. Terangkan pengertian dari istilah tersebut, dan jelaskan mengapa peristiwa tersebut bisa terjadi.
Jawaban Pertanyaan No 4. Bagian A Tegangan permukaan air bervariasi berdasarkan suhu
dimana air tersebut ditempatkan. Sebagai contoh, air pada suhu 0oC memiliki tegangan permukaan sebesar 0,076 N/m sedangkan pada suhu 20oC memiliki tegangan permukaan sebesar 0,072 N/m.
Dalam air, terdapat dua jenis molekul, yakni 1. Molekul Eksterior (pada permukaan), dan2. Molekul Interior (dibawah permukaan).
Jawaban Pertanyaan No 4. Bagian A 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) pada permukaan air.
Jawaban Pertanyaan No 5. Bagian A
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?
Jawaban Pertanyaan No 5. Bagian A
Untuk menjawab pertanyaan ini, Kelompok kami menggunakan data hasil percobaan Bhattacharya (2004) yang 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.
Jawaban Pertanyaan No 5. Bagian ANo Konsentrasi (2-
propanol)Percobaan I h (cm)
Percobaan II h (cm)
Percobaan III h (cm)
Rata-rata h (cm)
1. 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
Jawaban Pertanyaan No 5. Bagian A 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/cm2. Tegangan permukaan 2-propanol : 0,1 M = 48,61 dyne/cm3. Tegangan permukaan 2-propanol : 0,2 M = 53,22 dyne/cm4. Tegangan permukaan 2-propanol : 0,4 M = 59,63 dyne/cm5. Tegangan permukaan 2-propanol : 0,6 M = 68,61 dyne/cm
Jawaban Pertanyaan No 5. Bagian A
Dari data percobaan yang diketahui didapat bahwa pada konsentrasi rendah, tegangan permukaan dari akan jauh dari tegangan permukaan air teoritis sedangkan pada konsentrasi tinggi, tegangan permukaan akan mendekati tegangan permukaan air teoritis.
Teori Dasar : Surfaktan Surfaktan (Surface active agent) adalah bahan aktif permukan yang
dapat diproduksi secara sintesis kimia maupun biokimia. Karakteristik utama surfaktan adalah pada aktifitas permukaannya.
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.
Surfaktan mampu meningkatkan kemampuan menurunkan tegangan permukaan dan antar muka suatu cairan, meningkatkan kemampuan pembentukan emulsi minyak dalam air. Surfaktan juga mampu mempertahankan gelembung atau busa yang terbentuk lebih lama.
Jenis Surfaktan
Ada tiga yang termasuk dalam
golongan ini, yaitu senyawa polar
berantai panjang, senyawa fluorokarbon, dan senyawa silikon.
Surfaktan ini memiliki kepala yang bermuatan negatif. Surfaktan jenis ini
banyak digunakan pada industri laundri dan juga dimanfaatkan dalam
proses perbaikan atau perawatan tanah yang tercemar minyak.
digunakan adalah senyawa alkil sulfat, metil ester sulfonat dan sabun.
Yang larut dalam pelarut minyak Yang larut dalam pelarut air
Surfaktan kationik adalah surfaktan yang bagian alkilnya terikat suatu katon. 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. Contoh : Esterquat, Mono Alkil Quartener.
Surfaktan Nonionik Surfaktan AmfoterikSurfaktan amfoterik merupakan jenis surfaktan yang bermuatan positif dan negatif pada molekulnya. Muatan molekul pada surfaktan jenis ini bergantung pada pH, dimana jika pH rendah akan bermuatan negatif sedangkan jika pH tinggi akan bermuatan positif. Contohnya asam amino, alkil betain, dan fosfobetain.
Surfaktan nonionik adalah surfaktan yang bagian alkilnya tidak bermuatan, sehingga menjadi penghambat bagi dekativasi kesadahan air. Sifat hidrofiliknya berasal dari ester alkohol lemak. Contohnya ester gliserin, Dietanol Amida(DEA), Alkil Poliglikosida (APG).
Pembuatan Fatty Alcohol Sulfate Fatty alkohol (lemak alkohol) adalah alkohol alifatis yang merupakan
turunan dari lemak/minyak alam. Fatty alkohol biasanya mempunyai atom karbon dalam jumlah genap. Molekul yang kecil digunakan dalam dunia kosmetik, makanan dan pelarut dalam industri. Molekul yang lebih besar penting sebagai bahan bakar. Karena sifat amphiphatic mereka, fatty alkohol berkelakuan seperti nonionic surfaktan. Fatty alkohol dapat digunakan sebagai emulsifier, emollients, dan thickeners dalam industri kosmetik dan makan.
Tiga jenis proses yang telah dikenal dalam pembuatan fatty alcohol yaitu : - hidrogenasi methyl ester pada suhu dan tekanan tinggi - sintesa Ziegler - sintesa OXO
Mekanisme Kerja Surfaktan Surfaktan menurunkan tegangan permukaan dengan
mematahkan ikatan hidrogen pada permukaan. Dimana bagian hidrofilik (polar) masuk ke dalam larutan polar seperti air, dan bagian hidrofobik masuk ke bagian nonpolar terlentang menjauhi permukaan air dengan demikian surfaktan dapat menggabungkan kedua larutan sehingga tenganan permukaan turun.
Pada aplikasi sebagai bahan pembersih :a. Roll upPada mekanisme ini, surfaktan bekerja dengan menurunkan tegangan antarmuka antara minyak dengan kain atau material lain yang terjadi dalam larutan berair.b. EmulsifikasiPada mekanisme ini surfaktanmenurunkan tegangan antarmuka minyak-larutan dan menyebabkan proses emulsifikasi terjadi.
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 concentration (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.
Aplikasi SurfaktanPenggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu sebagai bahan pembasah (wetting agent), bahan pengemulsi (emulsifying agent) dan bahan pelarut (solubilizing agent).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 (HLB) antara 2-16, tidak beracun, serta tidak menimbulkan iritasi.
Pertanyaan Soal B Nomor 1 Dapatkah Anda membantu memberikan
penjelasan tentang proses pembuatan surfaktan, seperti yang diharapkan mahasiswa tersebut? Berikan uraian secara sistematik.
Process Air PreparationLebih dikenal dengan proses pengeringan udara, tujuannya untuk mencegah korosif pada reaktor dan memekatkan warna produk. Caranya udara dimasukkan kedalam kompresor yang diset pada suhu berkisar 3-5 lalu diteruskan ke dehumidfier (pengering udara) untuk mendapatkan udara kering.
Sulfur Trioxide GenerationTerdiri dari dua tahapan :Pertama, sulfur dimasukkan kedalam pembakar sulfur hingga menjadi SO2 (kondisikan suhu 650). Kedua, setelah menjadi SO2 kemudian dikonversi menjadi SO3 dengan katalis Vanadium pentaoksida.
SulfonasiDilakukan di reaktor film multitude untuk mengontrol keakurasian rasio mol SO3 dengan umpan organik. Reaksi yang berlangsung pada proses ini adalah :RCH2OH + SO3 RCH2OSO3H
NetralisasiProses netralisasi dengan hidrolisis, bertujuan untuk menghindari pengaruh buruk bagi kualitas produk. Dengan pencampuran multibladed maka akan dihasilkan campuran yang homogen. Reaksi yang berlangsung adalah :RCH2OSO3H + NaOH RCH2OSO3Na + H2O
Exhaust Gas TreatmentPertama, kedua kotoran dipindahkan dari electrostatic presipitator. Sisa gas SO2 dari reaksi dipindahkan dengan menambahkan soda kaustik yang mengalir berlawanan di sepanjang scrubbing coloumn. Konsentrasi gas sisa dalam gas SO2 dilepaskan ke atmosfer dengan tekanan maksimum 5psi.
Pertanyaan Soal B Nomor 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 (Surface active agent) adalah bahan aktif permukan yang dapat diproduksi secara sintesis kimia maupun biokimia. Karakteristik utama surfaktan adalah pada aktifitas permukaannya.
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.
Surfaktan mampu meningkatkan kemampuan menurunkan tegangan permukaan dan antar muka suatu cairan, meningkatkan kemampuan pembentukan emulsi minyak dalam air, mengubah kecepatan agregasi partikel terdispersi. Surfaktan juga mampu mempertahankan gelembung atau busa yang terbentuk lebih lama.
Surfaktan Anionik Surfaktan ini memiliki kepala yang
bermuatan negatif. Surfaktan jenis ini banyak digunakan pada industri laundri dan juga dimanfaatkan dalam proses perbaikan atau perawatan tanah yang tercemar minyak. digunakan adalah senyawa alkil sulfat, metil ester sulfonat dan sabun.
Surfaktan Kationik Surfaktan kationik adalah surfaktan
yang bagian alkilnya terikat suatu katon. 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. Contoh : Esterquat, Mono Alkil Quartener.
Surfaktan NonionikSurfaktan nonionik adalah surfaktan yang bagian alkilnya tidak bermuatan, sehingga menjadi penghambat bagi dekativasi kesadahan air. Sifat hidrofiliknya berasal dari ester alkohol lemak. Contohnya ester gliserin, Dietanol Amida(DEA), Alkil Poliglikosida (APG).
Surfaktan Amfoter Surfaktan amfoterik merupakan
jenis surfaktan yang bermuatan positif dan negatif pada molekulnya. Muatan molekul pada surfaktan jenis ini bergantung pada pH, dimana jika pH rendah akan bermuatan negatif sedangkan jika pH tinggi akan bermuatan positif.
Contohnya asam amino, alkil betain, dan fosfobetain.
Mekanisme Surfaktana. Roll upPada mekanisme ini, surfaktan bekerja dengan menurunkan tegangan antarmuka antara minyak dengan kain atau material lain yang terjadi dalam larutan berair.b. EmulsifikasiPada mekanisme ini surfaktanmenurunkan tegangan antarmuka minyak-larutan dan menyebabkan proses emulsifikasi terjadi.c. SolubilisasiMelalui interaksi dengan misel dari surfaktan dalam air (pelarut), senyawa secara simultan terlarut dan membentuk larutan yang stabil dan jernih
Pertanyaan Soal B Nomor 3 Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga
golongan, jelaskan dan uraikan denga singkat? Untuk penggunaan dalam bidang pangan, ada syarat-syarat tertentu yang harus dipenuhi oleh surfaktan, uraikan secara singkat.
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 (HLB) antara 2-16, tidak beracun, serta tidak menimbulkan iritasi. Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu sebagai bahan pembasah (wetting agent), bahan pengemulsi (emulsifying agent) dan bahan pelarut (solubilizing agent).
Jawaban Pertanyaan B.4Setelah Critical Micelle 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!
Hubungan Konsentrasi dg. Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan cenderung untuk turun seiring bertambahnya konsentrasi surfaktan yang diberikan hingga CMC.
CMC adalah konsentrasi minimum pada surfaktan dalam larutan.
Jawaban Pertanyaan B.4Cara penentuan CMC dapat menggunakan cara-cara penentuan besaran fisik yang menunjukkan perubahan dari keadaan ideal menjadi tak ideal.Besaran Fisik yang digunakan:
Tekanan Osmosis
Titik Beku Larutan
Kelarutan Solubilisasi
Hamburan Cahaya
Hantaran Jenis Indeks Bias
Tegangan Antar Muka
Tegangan Permukaan
Larutan Bersifat Ideal
Larutan Bersifat Tidak IdealCMC
CMC
Cara menentukan cmc Nilai konsentrasi kritis misel (CMC) dapat diketahui dengan
membuat grafik hubungan antara konsentrasi (C) dengan daya hantar listrik (DHL) suatu larutan pada setiap temperaturnya.
Contoh Grafik Penentuan Nilai CMC
Berdasarkan grafik tersebut diketahui bahwa perubahan nilai DHL paling tinggi terjadi saat konsentrasi 2,38 g/L. Sehingga, dapat dikatakan nilai CMC pada suhu 30⁰C yaitu sebesar 2,38 g/L.
Jawaban Pertanyaan B.5Dalam 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.
Fungsi Surfaktan dalam Kosmetik
Biasanya digunakan lebih dari satu surfaktan dalam kosmetik. Yang utama disebut
surfaktan primer, selebihnya adalah surfaktan pelengkap atau sekunder.
Surfaktan yang dipilih dapat dari golongan yang sama atau dari golongan surfaktan
lain.
Pengemulsi
PelarutPelembab
Syarat surfaktan dalam kosmetik Surfaktan harus stabil efektivitasnya selama dalam penyimpanan
maupun selama penggunaannya. Pengaruh pH dan kadar asam tidak boleh menghambat efektivitas dari surfaktan itu sendiri.
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.
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.
Surfaktan tidak boleh mempengaruhi bau dan warna dari kosmetik.
Jenis surfaktan & fungsinya dalam kosmetik
Berguna untuk aplikasi yang memerlukan pembersihan (perlengkapan mandi dan busa)
Stearat digunakan untuk produk seperti deodoran dan anti-perspirant. Garam (Natrium stearat) digunakan untuk membuat sabun yang sangat baik.
Berguna untuk aplikasi yang memerlukan pelembaban atau pelembutan, seperti digunakan untuk memberi dasar pada kondisioner rambut.
Biasanya tidak kompatibel dengan surfaktan anionik. Surfaktan kationik juga bisa menyebabkan iritasi sehingga hal tersebut juga harus dipertimbangkan ketika akan menggunakan kosmetik dengan kationik.
Surfaktan Anionik
Surfaktan Kationik
Slideshare, http://www.slideshare.net/kikiworo/konsentrasi-kritis-misel.Website Jurusan Kimia ITB old.analytical.chem.itb.ac.id.
Jenis surfaktan & fungsinya dalam kosmetik
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.
Paling sering digunakan sebagai emulsifier, bahan pendingin, dan agen pelarut.
Alkohol digunakan dalam krim dan lotion untuk memberikan kelembutan pada kulit serta membantu menstabilkan emulsi dan dapat mengurangi iritasi. Oksida amina digunakan untuk meningkatkan busa dalam produk pembersih. Ester polisorbat juga merupakan bahan pelarut yang sangat baik untuk minyak wangi.
Surfaktan Amfoter
Surfaktan Non Ionik
Website Universitas Jember, http://rizkafs.web.unej.ac.id/2015/04/21/laporan-konsentrasi-kritis-misel/.
Adsorpsi Isoterm Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa penyerapan suatu zat pada permukaan zat lain. Zat yang diserap disebut fase terserap (adsorbat), sedangkan zat yang menyerap disebut adsorben.
Adsorpsi isotermIsoterm 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).
Pertanyaan C.1 Ada beberapa istilah yang hampir mirip, yaitu
adsorpsi, adsorben dan adsorbat, dapatkah Anda menjelaskan perbedaan nya? Berikan juga tentang jenis adsorpsi, sertakan dengan contoh.
Jawaban Pertanyaan C.1 Adsorpsi adalah peristiwa penyerapan suatu zat pada
permukaan zat lain Adsorbat adalah senyawa terlarut yang dapat
terserap Adsorben adalah padatan dimana di permukaannya
terjadi pengumpulan senyawa yang diserap
Jawaban Pertanyaan C.1 Ada 2 jenis adsorpsi yaitu adsorpsi fisis (physical
adsorption) dan adsorpsi kimiawi (chemisorption). Physical adsorption atau adsorpsi fisis adalah adsorpsi yang
disebabkan oleh adanya gaya fisis (disebut juga gaya Van der Waals) Energi yang dihasilkan oleh adsorpsi fisis cukup rendah . Contohnya adsorpsi pada karbon aktif.
Chemisorption terjadi ketika terbentuknya ikatan kimia (bukan ikatan van Dar Walls) antar senyawa terlarut dalam larutan dengan molekul dalam media. Contohnya Ion Exchange
Pertanyaan C Soal 2 Proses atau mekanisme adsorpsi secara umum
dapat berlangsung melalui tiga tahap. Jelaskan apa saja. Transfer massa eksternal dari zat terlarut dari cairan
massal ke lapisan tipis yang mengelilingi adsorben; Dari lapisan ke permukaan adsorben; Dari permukaan ke bagian dalam diikuti oleh pengikatan
ion logam ke daerah yang aktif.
Pertanyaan C Nomor 3 Dalam adsorpsi isotherm, terdapat 5 tipe yang biasanya
digambarkan dalam grafik, yang memperlihatkan apakah adsorpsi yang tejadi pada suhu 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 persamaan nya. Dapatkan kita menentukan efisiensi kapasitas adsorpsi dari model yang diberikan? Jelaskan.
Jawaban Pertanyaan C.3 Tipe I, atau isotherm Langmuir,
berbentuk lengkung dan mendekati sejajar pada P/Po mendekati 1. Tipe I ini biasanya dijumpai pada material yang memiliki pori ukuran mikro (500A). Tipe ini merepresentasikan proses adsorpsi berlapis – lapis yang tanpa halangan. mempresentasikan proses proses adsorpsi monolayer
Tipe II, mempresentasikan proses proses adsorpsi multimolekularlayer.
Jawaban Pertanyaan C.3
Tipe III, isoterm berbentuk cekung pada seluruh kisaran P/Po. Tipe ini cukup jarang dijumpai. Contoh yang terkenal adalah isoterm dari uap air pada karbon tidak berpori. Tipe ini juga mempresentasikan proses proses adsorpsi multimolekularlayer.
Tipe IV, isoterm diasosiasikan dengan adanya fenomena kondensasi kapiler dalam pori ukuran meso (mesoporous) yang diindikasikan dengan slop yang tajam pada tekanan relatif yang tinggi. Bentuk isotherm ini pada awalnya mengikuti bentuk isotherm tipe II.
Tipe V, isotherm ini tidak umum dijumpai, serupa
dengan kondisi pada isotherm tipe III namun kemungkinan didalam bahannya juga mengandung pori berukuran meso (mesoporous).
Model Isoterm Langmuir Isoterm ini berdasar asumsi bahwa Adsorben mempunyai permukaan yang homogen
dan hanya dapat mengadsorpsi satu molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbennya. Pada model isoterm ini tidak ada interaksi antara molekul-molekul yang terserap. Serta, semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme yang sama. Selain itu juga hanya terbentuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum.
Dimana:N = mol yang teradsorbsi per gram AdsorbenC = konsentrasi akhir dari Adsorbat dalam mol/liter K = konstanta Langmuir Nm = jumlah mol yang diperlukan untuk membuat lapisan tunggal pada Adsorben.
Model Isoterm Freundlich Model 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.
Persamaannya adalah :
x/m = kDimana:x = banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi (mg)m = massa dari adsorben (mg)P = Tekanank = konstanta Freundlichn = konstanta lain
Model Isoterm BET Model isoterm ini berdasar asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan
yang homogen. Perbedaan isoterm ini dengan Langmuir adalah BET berasumsi bahwa molekul-molekul adsorbat bisa 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:
Dimana: = Volume = Tekanan= Tekanan uap jenuh adsorbat pada suhu tertentu =
Teori Dasar : AdsorbenMerupakan zat padat yang dapat menyerap komponen tertentu dari suatu fase fluida. Kebanyakan adalah bahan- bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding pori- pori. 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 : Adsorben Polar : Adsorben polar disebut juga hydrophilic. Jenis adsorben
yang termasuk kedalam kelompok ini adalah silika gel, alumina aktif, dan zeolit.
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
Pertanyaan C Nomor 4Teknologi Adsorpsi dikenal paling ekonomis. Bagaimana menurut anda? Berikan contoh kasus adsorpsi terutama kasus untuk penghilangan merkuri dalam hidrokarbon cair. Tuliskan referensi yang anda gunakan !Jawab :Adsorpsi merupakan teknik pemurnian yang dikenal ekonomis karena dari segi penggunaan, ketersediaan, dan biayanya dinilai unggul. Adsorbent, yaitu zat pengadsorpsi merupakan zat yang umumnya dapat diregenerasi sehingga dapat digunakan kembali dan mengurangi biaya produksi. Salah satu penerapan adsorpsi yang kerap digunakan adalah proses penghilangan merkuri pada hidrokarbon cair.
Penghilangan Merkuri pada Hidrokarbon CairTerdapat dua tipe material untuk menghilangkan merkuri, yaitu non-regenerative sorbent dan regenerative adsorbent.A. Non-regenerative Sorbent
1. Elemen sulfur tersebar didalam porous carrier seperti butiran karbon aktif. Untuk tipe ini, sulfur digunakan sebagai bahan pereaksi merkuri dan menghasilkan merkuri sulfida. Merkuri sulfida akan tetap berada didalam penyerap yang nantinya akan diganti jika masa umurnya habis.
2. Metal sulfida tersebar didalam solid carrier seperti karbon aktif atau alumina. Merkuri bereaksi dengan sulfida dan tertinggal didalam sorbent. Metal sulfida dan polysulfide akan sangat efektif untuk menyerap/ menghilangkan merkuri. Tembaga dan seng adalah metal yang sangat baik untuk metal sulfide.
3. Halida-menghasilkan partikel-partikel karbon aktif. Partikel ini digunakan untuk menghilangkan merkuri pada liquid hydrocarbon. Merkuri beraksi dengan halida, seperti iodid, menjadi HgI2 yang kemudian terserap di dalam sorbent.
B. Regenerative Adsorbent Penyerap merkuri tipe regeneratif yang sudah dikembangkan dan
banyak dipakai oleh industri-industri adalah HgSIV yang menggunakan prinsip molecular sieve. Untuk saat ini, HgSIV sudah dikembangkan dengan modivikasi tambahan perak/silver (Ag). HgSIV memiliki sifat-sifat yang memenuhi untuk menghilangkan air dan material lainnya.
Perak yang digunakan ini hanya diletakkan di bagian permukaan dari molecular sieve. Merkuri dari gas ataupun dari liquid, kontak dengan perak yang ada dipermukaan dan bercampur dengannya. Karena adanya perak, atom merkuri tidak dapat terdifusi ke pori-pori yang menuju ke output. Ketika adsorben tersebut dipanaskan dengan suhu regenerasi dehidrator normal, merkuri dilepaskan dari perak dan meninggalkan bersamaan dengan gas.
Literatur : Materi tentang perminyakan dan gas dari website Society of Petroleum Engineers serta ebook dari Carnell dan Willis tentang Mercury Removal from Liquid Hydrocarbon
Pertanyaan Soal Nomor 5Karbon 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 pada adosrpsi logam berat? Jelaskan secara umum !
a. Adsorpsi Oleh Membran Zeolit Daya serap (absorbansi) zeolit tergantung dari jumlah ruang hampa dan luas
permukaan. Biasanya mineral zeolit mempunyai luas permukaan beberapa ratus meter persegi untuk setiap gram berat. Zeolit memiliki sifat hidrofilik dan ukuran pori < 0.44 nm.
Apabila ada dua molekul atau lebih yang dapat melintas, tetapi karena adanya pengaruh kutub atau hubungan antara molekul zeolit dengan molekul zat yang diserap, maka hanya sebuah saja yang diloloskan, sedang yang lain ditahan. Molekul yang berkutub lebih/tidak jenuh akan lebih diterima daripada yang tidak berkutub atau yang jenuh. Air dalam etanol dapat teradsorbsi karena gaya tarik dari permukaan membran zeolit lebih besar dari pada gaya tarik yang menahan air tersebut untuk tetap larut dalam etanol.
Hal yang membedakan antara zeolite, clay, dan kitosan, selain zat penyusunnya, tetapi juga beberapa hal fisik seperti :a. Luas Permukaan AdsorbenSemakin 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 PartikelSemakin 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 KontakSemakin 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 PoriDistribusi pori akan mempengaruhi distribusi ukuran molekul adsorbat yang masuk dalam partikel adsorben. Kebanyakan zat pengadsorpsi atau adsorben merupakan bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau letak-letak tertentu di dalam partikel tersebut.
Faktor Yang Mempengaruhi Adsorpsi Logam Berat a. Agitation (Pengadukan) Tingkat adsorbsi 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 adsorbsi; tingkat adsorbsi naik dengan adanya penurunan ukuran partikel. Oleh karena itu adsorbsi 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 diadsorbsi 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 semakin mendekati ukuran pori karbon. Tingkat adsorbsi tertinggi terjadi jika pori karbon cukup besar untuk dilewati oleh molekul. e. pHpH merupakan faktor utama dalam biosorpsi. pH mempengaruhi kemampuan sisi aktif biomassa serta berpengaruh pada mekanisme adsorpsi ion logam. Ketergantungan adsorpsi ion logam pada pH berhubungan erat dengan gugus fungsi yang ada pada permukaan biomassa maupun ion-ion logam yang ada dalam larutannyaf. Temperatur Tingkat adsorbsi naik diikuti dengan kenaikan temperatur dan turun diikuti dengan penurunan temperatur.
Soal Nomor 6Untuk dapat mengetahui regenerasi penggunaan adsorben setelah digunakan, perlu dilakukan proses desorpsi, jelaskan dan bagaimana caranya!Jawab :Adsorpsi dan desorpsi adalah suatu proses yang reversibel. Desorpsi merupakan proses pelepasan adsorbat dari adsorben, dimana proses ini membutuhkan energi panas, sehingga disebut proses endotermikAkibat dari proses desorpsi menyebabkan sisi aktif dalam adsorben untuk menyerap adsorbat dapat digunakan kembali hal ini disebut juga sebagai regenarasi adsorben. Regenerasi adsorben dalam adsorben sendiri kecil atau tidak mengubah struktur, adsorbat dalam beberapa cara dihapus dari pori-pori adsorben, sehingga adsorpsi jenuh adsorben dapat digunakan kembali dalam proses.
Beberapa Metode Regenerasi Umum : Pemanasan. Apabila pada regenerasi Karbon Aktif, terdapat 5 langkah yaitu :1. Dehidrasi: Karbon aktif dipisahkan dari zat cairnya.2. Pengeringan: Dipanaskan sampai 100 ~ 150 ℃, pori-pori yang mengandung air
menguap, dan sebagian dari titik didih senyawa organik yang rendah menguap.3. Karbonisasi: dipanaskan sampai 300 ~ 700 ℃4. Aktivasi: dipanaskan sampai 700 ~ 1000 ℃, residu karbonisasi tersisa di pori-pori
karbon aktif dan gas (seperti uap, CO2, O2, dll) akan melepaskan diri , untuk mencapai tujuan menciptakan kembali pori yang tidak jenuh.
5. Pendinginan: karbon aktif didinginkan untuk mencegah oksidasi. Metode Regenerasi Kimia Melalui reaksi kimia, adsorbat dapat dilpaskan dari adsorben. Metode regenerasi kimia juga mencakup penggunaan pelarut kimia. Pelarut yang umum digunakan adalah asam, basa, benzena, aseton dan metanol. Contoh proses regenerasi kimia yaitu Oksidasi kimia. Metode regenerasi biologis Dengan menggunakan mikroorganisme, adsorpsi karbon aktif dari dekomposisi oksidatif bahan organik, dapat diregenerasi.
Referensi Choi, S.U.S., dkk. 1999. Thermal Conductivity of Nanoparticle-Fluid Mixture. Jurnal
Thermofisika dan Perpindahan Panas. Vol. 13 No. 4. Choi, S.U.S., dkk. 2008. Nanofluids, Science and Technology. New Jersey. John Wiley &
Sons Inc. Atkins, Peter & Julio de Paula. Physical Chemistry 8th ed W.H. Freeman Carnell and Willis, Mercury Removal from Liquid Hydrocarbons, Johnson Matthey
Catalysts, 2005. Abu El Ela, I.S. Mercury Monitoring and Removal at Gas Processing Facilities: Case Study
of Salam Gas Plant, Society of Petroleum Engineer (SPE), 2008. Winarto, Dwi. 2014. Tegangan Permukaan zat Cair.
http://www.ilmukimia.org/2012/12/tegangan-permukaan-zat-cair.html [diakses pada 7 November 2015]
Woro, Kiki. 2015. Konsentrasi Kritis Misel. www.slideshare.net/kikiworo [diakses pada: 31 Oktober 2015, pkl. 18.30 WIB]
Fuji, Yuliza. 2015. Surfaktan. http://www.slideshare.net/axlmaya888/surfaktan-10281582 [Diakses 7 November 2015]
