makalah difusi logan dan paduan by zehan yuliana (157026007)

7/26/2019 Makalah Difusi Logan Dan Paduan by Zehan Yuliana (157026007)

http://slidepdf.com/reader/full/makalah-difusi-logan-dan-paduan-by-zehan-yuliana-157026007 1/16

MAKALAH DIFUSI LOGAN DAN PADUAN

“DIFUSI PADA LOGAM DAN NON LOGAM”

Disusun Oleh:

Zehan Yuliana (15!"#!!$

PAS%ASA&'ANA (S"$ ILMU FISIKA

FAKULAS MA)MAIKA DAN ILMU P)NG)AHUAN ALAM

UNI*)&SIAS SUMA)&A UA&A

"!1#



P)NDAHULUAN

Difusi memainkan peran kunci dalam banyak proses yang beragam seperti

mencampurkan gas dan cairan, perembesan atom atau molekul melalui membran, penguapan

cairan, pengeringan kayu, doping wafer silikon untuk membuat perangkat semikonduktor,

dan transportasi neutron termal di reactor nuklir. Tingkat reaksi kimia yang penting, dibatasi

oleh seberapa cepat difusi dapat membawa sebuah reaktan secara bersamaan atau mengantar

mereka ke tempat terjadinya reaksi pada enzim. Atau katalis yang lainnya.

1+1 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 dimana perpindahan

molekul tetap terjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi. ontoh yang sederhana

adalah pemberian gula pada cairan teh tawar. !ambat laun cairan menjadi manis. ontoh lain

adalahuap 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 memengaruhi kecepatan difusi, yaitu$

%kuran partikel. &emakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu akan

bergerak, sehinggak kecepatan difusi semakin tinggi.

'etebalan membran. &emakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi.

!uas suatu area. &emakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya.

(arak. &emakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya.

&uhu. &emakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih

cepat. )aka, semakin cepat pula kecepatan difusinya

1+" MA%AM,MA%AM DIFUSI

Proses difusi yang kita ketahui terbagi ke dalam * jenis yaitu difusi pada material cair, difusi

pada material padat, dan difusi pada material gas.



1+"+1 Di-usi .ai/

Dikatakan difusi cair jika terjadi perpindahan molekul cairan dari konsentrasi tinggi

ke konsentrasi rendah. ontohnya yaitu ketika kita merendam kedelai dalam air saat

pembuatan tempe. &elama perendaman akan terjadi difusi air dari lingkungan luar "yang

kadar airnya tinggi# ke dalam kedelai "yang kadar airnya rendah#.

1+"+" Di-usi 0aa2

Dikatakan difusi padat jika terjadi perpindahan molekul padatan dari konsentrasi

tinggi ke konsentrasi rendah. ontohnya yaitu ketika kita melakukan perendaman buah

dengan larutan gula dalam pembuatan manisan buah. &elama perendaman selain terjadi difusi

air dari lingkungan luar ke dalam buah juga terjadi difusi molekul gula "molekul padatan# ke

dalam buah dan ini berarti difusi padatan juga terjadi dalam pembuatan manisan buah ini.

&elama ini batasan antara kapan terjadinya difusi air dengan difusi padatan masih belum jelas

karena prosesnya sering terjadi bersamaan dan susah untuk dibedakan.

1+"+3 Di-usi 4as

Dikatakan difusi gas jika terjadi perpindahan molekul gas dari konsentrasi tinggi ke

konsentrasi rendah. ontohnya yaitu difusi + pada pengemas plastik. 'etika kita

menggunakan pengemas plastik untuk membungkus suatu bahan, maka selama penyimpanan

akan terjadi difusi oksigen dan uap air dari lingkungan luar ke dalam plastik pengemas.

(umlah oksigen dan uap air yang dapat masuk ke dalam plastik pengemas ber-ariasi

tergantung permeabilitas dari plastik pengemas tersebut. &emakin banyak jumlah oksigen dan

uap air yang dapat masuk ke dalam plastik pengemas berarti kualitas plastik pengemasnya

semakin buruk. Disini, difusi oksigen merupakan difusi gas dan difusi uap air merupakan

difusi cair.

"+1 P)&SAMAAN A&&H)NIUS

Analisis matematis memberikan dasar untuk menafsirkan hasilhasil eksperimen.

amun eksperimen itu sendiri merupakan proses yang tidak mudah dilakukan. Dari hasil

eksperimen diketahui bahwa koefisien difusi, D, mengikuti persamaan Arrhenius

D = D0e-Q/RT

Persamaan Arrhenius adalah persamaan yang menyangkut laju reaksi. Arrhenius "ahli

kimia &wedia, 0123 034# menyatakan bahwa laju reaksi, !r , dapat dinyatakan dengan

relasi

Lr = ke-Q/RT



Di mana 5 adalah apa yang disebut energi akti-asi "acti-ation energy# dalam satuan

calori/mole, 6 adalah konstanta gas "0,31 cal/mole '#, T temperatur absolut ', sedangkan k

adalah konstanta laju reaksi yang tidak tergantung pada temperatur. 6elasi "02.0# disebut

persamaan Arrhenius. Persamaan Arrhenius ini diperoleh dari hasilhasil percobaan dan

bukan diturunkan secara teori.

"+" M)KANISM) DIFUSI

)ekanisme terjadinya difusi terbagi oleh difusi -acancy dan difusi interstitial. Difusi

7acancy adalah mekanisme perpindahan atom karena ada kekosongan tempat. 'ekosongan

ini akan diisi oleh atom yang lain.

Di-usi in2e/s2i2ial adalah mekanisme perpindahan atom karena gerakan atom yang terjadi di

dalam rongga atom.

"+3 F)NOM)NA IN)&DIFUSI

8nterdifusi merupakan salah satu dari teori adhesi. Dalam teori ini, adhesi dinyatakan

pada jalinan antarmolekul pada antarmuka. &alah satu aplikasinya adalah penyatuan pada polimer dengan berat molekul yang tinggi. 'onsep utamanya adalah adhesi meningkat



melalui interdifusi dari adherend dan adhesive. Perbedaan utama adalah bahwa teori ini bias

diaplikasikan pada tiga dimensi proses dibandingkan dua dimensi proses. 8nterdifusi dapat

terjadi karena adanya pelarut dan jumlah difusi tergantung pada penyesuaian molekul,

konstituen yang terlibat dan kemudahan pergerakan molekul. Daerah antarmuka yang

terbentuk mempunyai ketebalan yang kuat, dan sifat mekanis, fisik, dan kimianya berbeda

dari penguat dan matriknya, tetapi interdifusi tidak selalu menguntungkan karena bisa

terbentuk senyawa yang tidak diinginkan, biasanya ketika lapisan oksida terbentuk pada fiber

dan menggangu pada tekanan dan tekanan tinggi saat proses fasa padat.

Dalam aloi, atom cenderung untuk bermigrasi dari daerah yang berkonsentrasi tinggi

ke daerah yang berkonsentrasi rendah. Aloi adalah kombinasi, dalam larutan atau senyawa,

dua atau lebih elemen, dan paling tidak salah satunya adalah logam, dan hasilnya memiliki

properti metalik.

Aloi dengan dua komponen disebut aloi binari9 * komponen disebut aloi ternari9 :

komponen disebut aloi ;uaternari. <asilnya adalah zat metalik dengan sifat berbeda dari

komponennya.

Aloi biasanya didesain untuk memiliki sifat yang lebih menguntungkan dibanding

dengan komponennya. )isalnya, baja lebih kuat dari besi, salah satu elemen utamanya, dan

kuningan lebih tahan lama dari tembaga, tapi lebih menarik dari seng.

"+ SELF-DIFFUSION

Self-diffusion adalah gerakan spontanitas atom dari suatu lokasi ke lokasi lain yang

terjadi masih dalam kristal jenis sendiri.



Dari gambar diatas, dapat diambil informasi bahwa atom A, =, , dan D sedang terjadi proses

self-diffusion.

"+5 DIFUSI *OLUM)

Difusi -olume "-olume diffusion# adalah transfer materi menembus -olume materi

lain. Pada umumnya, atom yang bermigrasi dalam difusi -olume pada padatan menghadapi

halangan yang lebih besar dibandingkan dengan halangan yang dihadapi pada difusi -olume

dalam cairan atau gas. <al ini terlihat dari enthalpi akti-asi atau energi akti-asi yang

diperlukan untuk terjadinya difusi menembus -olumepadatan dibandingkan dengan enthalpi

akti-asi yang diperlukan untuk terjadinya difusi menembus -olumecairan atau -olumegas.

Dalam struktur kristal, adanya kekosongan posisi atom memungkinkan atom di

sebelahnya bergerak mengisi kekosongan tersebut sementara ia sendiri meninggalkan tempat

semula yang ia isi menjadi kosong. Posisi kosong yang baru terbentuk akan memberikan

kemungkinan untuk diisi oleh atom di sebelahnya9 dan demikian seterusnya. )ekanisme ini

merupakan mekanisme yang paling mungkin untuk terjadinya difusi internal. 'emungkinan

lain adalah adanya atom yang lepas dari kisi kristalnya dan menjadi atom interstisial dan

menjadi mudah bergerak.

(ika dimensi atom yang berdifusi jauh lebih kecil dari dimensi atom materi yang harus

ditembus, difusi interstisial mudah berlangsung. )ekanisme ini terjadi misalnya jika karbon,

nitrogen, oksigen, dan hidrogen berdifusi ke dalam metal. <al yang sama terjadi pada difusi

ionion alkali ke dalam gelas silikat. 'ehadiran atomatom asing dalam posisi interstisial

metal sangat mempengaruhi sifatsifat mekanis metal.



"+# DIFUSI 6IDANG 6AAS

Difusi =idang =atas. Apabila di dalam padatan hadir butiranbutiran yang berlainan

fasa dengan material induk, terbentuklah bidang batas antara butiran dengan material induk

dan terjadilah gejala permukaan. Di bidang batas ini terdapat energi ekstra yang akan

menyebabkan materi yang berdifusi cenderung menyusur permukaan. Peristiwa ini dikenal

dengan difusi bidang batas "grain boundary diffusion#. >nergi akti-asi yang diperlukan pada

difusi bidang batas ini lebih rendah dari energi akti-asi pada difusi -olume.

.: SELF-DIFFUSIO

Self-diusion adalah gerakan spontanitas atom dari suatu lokasi ke lokasi lain

yang terjadi masih dalam kristal jenis sendiri.

Dari gambar diatas, dapat diambil informasi bahwa atom A, =, , dan D sedang terjadi proses

self-diffusion.

"+ )F)K HA&L)Y,KI&K)NDALL

Penelitian proses difusi antara asetat selulosa dan aseton oleh <artley, dan antara

tembaga dan kuningan oleh 'irkendall, dipandang sebagai pembuktian terjadinya difusi

melalui mekanisme pengisian kekosongan posisi atom. &uatu proses difusi yang rumit terjadi

apabila difusi biner antara dua material A dan = berlangsung dengan kecepatan yang berbeda9

material = berdifusi menembus A jauh lebih cepat dibandingkan dengan difusi materi A

menembus =. Perbedaan kecepatan difusi yang besar membuat seolaholah batas antara A



dan = bergeser ke arah =. Transportasi materi = ke arah A yang berlangsung demikian cepat,

meninggalkan ronggarongga di =.

>fek <artley'irkendal juga menunjukkan bahwa difusi timbal balik dalam alloy

biner terdiri dari dua jenis pergerakan materi yaitu A menembus = dan = menembus A.

Analisis yang dilakukan oleh Darken menunjukkan bahwa dalam proses yang demikian ini

koefisien difusi terdiri dari dua komponen yang dapat dinyatakan dengan

D ? @bDa @aDb

@a dan @b adalah fraksi molar dari a dan b, Da adalah koefisien difusi b menembus a

"murni#, dan Db adalah koefisien difusi a menembus b "murni#.

"+7 DIFUSI DAN K)IDAKS)IM6ANGAN K&ISAL

'ekosongan posisi atom dalam kristal merupakan salah satu ketidaksempurnaan

kristal yang agak istimewa. Tidak seperti yang lain, kekosongan posisi ini hadir dalam

keseimbangan di semua kristal. Padatan menjadi BcampuranC antara BkekosonganC dan

BisianC. (ika $- adalah jumlah posisi kosong, $ adalah total seluruh posisi, dan >- adalah

energi yang diperlukan untuk membuat satu posisi kosong, maka perhitungan "yang tidak kita

berikan di sini# memberikan relasi

Nv

N 0− Nv=e

− Ev/kT

&ebagai gambaran, >- ? cal/mole, maka pada 0' ada satu kekosongan

posisi dalam 02 posisi atom. Perhitungan ini adalah untuk kristal murni. Dalam kenyataan

suatu padatan mengandung pengotoran yang dapat melipatgandakan jumlah kekosongan,

suatu hal yang akan mempermudah terjadinya difusi. &elain migrasi kekosongan, migrasi

interstisial dapat pula terjadi apabila atom materi yang berdifusi berukuran cukup kecil

dibandingkan dengan ukuran atom material yang ditembusnya.

Pada kristal ionik terdapat ketidaksempurnaan Erenkel dan ketidaksempurnaan

&chottky. 'etidaksempurnaan ini tidak mengganggu kenetralan listrik, dan kristal tetap

dalam keseimbangan sebagaimana yang terjadi pada kehadiran kekosongan posisi. 'etidak

sempurnaan Erenkel berupa kekosongan kation perpasangan dengan kation interstisial9

ketidaksempurnaan &chottky berupa pasangan kekosongan kation dan anion.



3+1 DIFUSI PADA LOGAM DAN NON LOGAM

3+1+1 Unsu/ L84a9

!ogam adalah unsur yang memiliki sifat mengkilap dan umumnya merupakan

penghantar listrik dan penghantar panas yang baik. %nsurunsur logam umumnya berwujud

padat pada suhu dan tekanan normal, kecuali raksa yang berwujud cair. Pada umumnya unsur

logam dapat ditempa sehingga dapat dibentuk menjadi benda benda lainnya.

%nsurunsur logam

ama 8ndonesia ama !atin!ambang

%nsur =entuk Eisik

aluminium alu!iniu! Al padat, putih keperakan

barium "ariu! =a padat, putih keperakan

besi ferru! Ee padat, putih keperakan

emas auru! Au padat, berwarna kuning

kalium kaliu! ' padat, putih keperakan

kalsium #alsiu! a padat, putih keperakan

kromium #hro!iu! r padat, putih keperakan

magnesium !a$nesiu! )g padat, putih keperakan

mangan !an$aniu! )n padat, putih abuabu

natrium na%riu! a padat, putih keperakan

nikel ni#keliu! i padat, putih keperakan

3+1+" Unsu/ N8n L84a9

%nsur nonlogam adalah unsur yang tidak memiliki sifat seperti logam. Pada

umumnya, unsurunsur nonlogam berwujud gas dan padat pada suhu dan tekanan normal.ontoh unsur nonlogam yang berwujud gas adalah oksigen, nitrogen, dan helium. ontoh

unsur nonlogam yang berwujud padat adalah belerang, karbon, fosfor, dan iodin. Fat padat

nonlogam biasanya keras dan getas. %nsur nonlogam yang berwujud cair adalah bromin.

Perhatikan contoh unsur nonlogam berikut$

%nsurunsur non logam

ama 8ndonesia ama !atin !ambang%nsur

=entuk Eisik



belerang sulfur & padat, kuning

bromin "ro!iu! =r cair, cokelat kemerahan

fluorin fluorine E gas, kuning muda

fosforus &hos&horus P padat, putih dan merah

helium heliu! <e gas, tidak berwarna

hidrogen h'dro$eniu! < gas, tidak berwarna

karbon #ar"oniu! padat, hitam

klorin #hlorine l gas, kuning kehijauan

neon neon e gas, tidak berwarna

nitrogen ni%ro$eniu! gas, tidak berwarna

oksigen o('$eniu! + gas, tidak berwarna

silikon sili#iu! &i padat, abuabu mengkilap

iodin iodiu! 8 padat, hitam "uapnya berwarna

ungu#

3+1+3 Di-usi Paa L84a9

Pada proses dan reaksi pembentukan material banyak diantaranya bergantung pada

transfer masa pembentuk material tersebut. =entuk material yang dipengaruhi bisa berwujud

zat padat yang spesifik, cair, gas, maupun fase zat padat yang lain. Transfer massa tersebut

membuthkan proses yang disebut difusi, yaitu fenomena transportasi material yang

disebabkan oleh gerak atom.

)ekanisme difusi yang terjadi pada logam adalah mekanisme dari difusi va#an#' /

kosong. 'ekosongan dalam struktur atom dapat terjadi pada suatu material logam yang

dipanaskan. 'arena pada difusi jenis ini, atom dan daerah kosongnya berpindah posisi, difusi

atom ini dapat dikatakan sebagai pergerakan dari daerah kosong itu sendiri.

Eenomena difusi ini bisa diperlihatkan pada diffusion #ou&le G pasangan difusi, yaitu

suatu material yang terbentuk dari perpaduan batang logam yang berbeda. Pada gambar di

bawah adalah contoh diffusion #ou&le untuk tembaga dan nikel yang berada pada suhu

ruangan.



Pasangan difusi ini kemudian dipanaskan pada suhu tinggi namun masih di bawahsuhu leleh kedua metal tersebut# kemudian didinginkan pada suhu ruang. Perubahan secara

kimiawi akan terjadi pada logam tersebut, dimana dua logam tembaga dan nikel murni akan

dipisahkan oleh daerah pencampuran.



Proses ini, dimana atom dari suatu metal berpindah ke atom yang lain disebut

interdifusi. 8nterdifusi dapat dimengerti sebagai perspektif makroskopis dari perubahan

konsentrasi yang berlangsung beberapa waktu.

3+1+ Di-usi Paa N8n L84a9

)ekanisme difusi yang terjadi pada non logam pada umumnya adalah mekanisme

dari difusi interstisial. )ekanisme ini dapat terjadi pada sebuah senyawa yang tidak murni,

contohnya adalah senyawa yang mengandung hidrogen, carbon, nitrogen, dan oksigen.

Dimana atomatom ini mempunyai ukuran yang tidak sama dengan atom lain dalam

ikatannya, sehingga atom tersebut dapat terselip ke posisi interstisial.

Di alam kebanyakan logam campuran lebih sering terjadi difusi secara interstisial

dibandingkan difusi secara va#an#'. <al ini terjadi karena atom interstisial lebih kecil

sehingga dapat bergerak secara bebas, hal ini diperkuat karena lebih banyak posisi interstisial

dibanding posisi kosong dalam suatu struktur atom, oleh sebab itu kemungkinan terjadinya

pergerakan atomik interstisial lebih besar dari difusi va#an#'.



K)SIMPULAN

Difusi adalah peristiwa di mana terjadi transfer materi melalui materi lain. Transfer

materi ini berlangsung karena atom atau partikel selalu bergerak oleh agitasi thermal.

Halaupun sesungguhnya gerak tersebut merupakan gerak acak tanpa arah tertentu, namun

secara keseluruhan ada arah neto dimana entropi akan meningkat.

Difusi merupakan proses irre-ersible. Pada fasa gas dan cair, peristiwa difusi mudah

terjadi9 pada fasa padat difusi juga terjadi walaupun memerlukan waktu lebih lama. acat

kristal yang berupa kekosongan posisi atom, memberikan peluang untuk menyusupnya atom

asing. Atom asing juga berpeluang menempati posisi interstisial, terutama jika ukuran atom

asing tersebut lebih kecil dari ukuran atom material induk. Posisi interstisial ini lebih

memberikan kemudahan bergerak bagi atom asing maupun atom sendiri.



%8n28h S8al

0. Difusi gas di dalam pipa.

Tabung 0 berisi A dan = dengan PA0 P=0 ? P.

Tabung berisi A dan = dengan PA P= ? P.

Dengan PA0 I PA dan P=0 J P= , suhu kedua tabung sama yaitu ? T, kedua

tabung dihubungkan dengan pipa sepanjang F, ingin dicari kecepatan A yang berpindah dan

kecepatan = yang berpindah saat steady state "jarak lintasan tetap#.

)aka, persamaan difusi



. &uatu tabung berisi cairan murni A. =agian atas tabung terbuka dan berkontak dengan

udara yang bergerak. !uas penampang tube ? &. P dan T dijaga tetap. ari kecepatan

penguapan A.

S8al

0. &uatu steroid yang baru saja disintesis dibiarkan lewat melalui suatu membran

siloksan yang mempunyai luas penampang melintang, &, sebesar 0,*K cmdan

ketebalan, h, sebesar ,12 cm dalam suatu sel difusi pada 2L. Dari perpotongan

horizontal plot 5 ? )/& terhadap t, horizontal plot 5 ? )/& terhadap t, waktu

tunda, t!, diperoleh :4,2 menit. 'onsentrasi awal, adalah ,* mmol/cm*.

(umlah steroid yang melewati membran dalam :, jam adalah *,K2 M 0 * mmol.

<itunglah 'oefisien difusi tersebutN

. <itunglah perubahan konsentrasi terhadap waktu dalam daerah tertentu, jika

diketahui persamaan perubahan dalam perbedaan konsentrasi pada titik dalam

sistem adalah ? *M KM N "gunakan persamaan <ukum Eick 88#

*. (elaskan mekanisme difusi apa yang terjadi pada logam campuranO

:. (elaskan aplikasi dari difusi pada logam N

makalah difusi logan dan paduan by zehan yuliana (157026007)

Documents