tinjauan pustaka adsorbsi isothermis

II-1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Pengertian Adsorbsi

Adsorpsi adalah penyerapan suatu zat pada permukaan zat lain.. Fenomena ini

melibatkan interaksi fisik, kimia, dan gaya elektrostatik antara adsorbat dengan adsorben

pada permukaan adsorben. Adsorben adalah zat yang mengadsorpsi zat lain. yang

memiliki ukuran partikel seragam, kepolarannya sama dengan zat yang akan diserap dan

mempunyai berat molekul besar. Adsorbat adalah zat yang teradsorpsi zat lain.

(Yovita Novi, 2012).

II.2 Jenis Adsorbsi

Adsorbsi dapat dikelompokkan menjadi dua berdasarkan sifatnya, yaitu ;

1. Adsorbsi fisik, yaitu berhubungan dengan gaya Van der Waals dan merupakan suatu

proses bolak – balik apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dan adsorben lebih

besar daya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat yang terlarut akan

diadsorbsi pada permukaan adsorben.

Adsorpsi fisik terjadi karena adanya gaya mempunyai jarak jauh tapi lemah dan

energi yang dilepaskan jika partikel teradsorpsi secara fisik mempunyai orde besaran

yang sama dengan entalpi kondensasi. Adsorpsi ini bersifat reversible, berlangsung pada

temperature rendah, yaitu 1000 kal/mol atau kurang dan tidak perlu aktivasi.

Kesetimbangan adsorbsi yang reversibel dan cepat, misalnya adsorbsi gas pada charcoal

(sukardjo, 1990). Penerapannya antara lain pada penentuan luas permukaan, analisis

kromotografi, pemurnian gas dan pertukaran ion (anonim, 2012).

2. Adsorbsi kimia, yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut yang

teradsorbsi (Yovita Novi, 2012).

Tipe penyerapan ini sangat spesifik dan dilingkupi oleh kondisi yang lebih kuat dari pada

penyerapan fisika. Menurut Langmuir molekul-molekul bergerak ke ujung permukaan

oleh adanya valensi gaya dari beberapa jenis seperti yang terdapat pada atom-atom dalam

molekul. Penyelidikan harga untuk besaran-besaran yang sama seperti panas reaksi kimia

adalah 5 menjadi 100 kkal/gmol (Smith, 1970)

Menurut Taylor dengan adanya penyerapan kimia (chemisorption) ini merupakan

kombinasi dari molekul gas dengan permukaan padatan. Karena dengan adanya panas

yang tinggi maka adsorpsi tenaga yang dimiliki oleh penyerapan kimia dari molekul-

molekul dapat dibedakan secara mudah (Smith, 1970).

II-2

Bab II Tinjauan Pustaka

Laboratorium Kimia Fisika

Program Studi D3 Teknik Kimia

FTI-ITS

Adsorpsi Kimia terjadi dengan adanya pembentukan ikatan kimia dengan sifat

yang spesifik karena tergantung pada jenis adsorben dan adsorbatnya. Adsorpsi kimia

bersifat irreversible, berlangsung pada temperatur tinggi, yaitu antara 10.000 kal/mol

sampai 20.000 kal/mol dan tergantung pada energi aktivasi. Penerapannya antara lain

pada proses korosi dan katalis heterogen (Alberty dan Daniels, 1983). Pada adsorbsi ini

terjadi dengan pembentukan senyawa kimia, hingga ikatannya lebih kuat. Misal adsorbsi

CO pada W, O2 pada Ag, H2 pada Ni (sukardjo, 1990).

Tabel II.1 Perbedaan adsorpsi fisik dan kimia

Adsorpsi Fisik Adsorpsi Kimia

Molekul terikat pada adsorben oleh

gaya van der Waals

Molekul terikat pada adsorben oleh

ikatan kimia

Mempunyai entalpi reaksi – 4 sampai –

40 kJ/mol

Mempunyai entalpi reaksi – 40 sampai

– 800 kJ/mol

Dapat membentuk lapisan multilayer Membentuk lapisan monolayer

Adsorpsi hanya terjadi pada suhu di

bawah titik didih adsorbat Adsorpsi dapat terjadi pada suhu tinggi

Jumlah adsorpsi pada permukaan

merupakan fungsi adsorbat

Jumlah adsorpsi pada permukaan

merupakan karakteristik adsorben dan

adsorbat

Tidak melibatkan energi aktifasi

tertentu Melibatkan energy aktifasi tertentu

II.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Adsorbsi

1. Jenis adsorben

Apabila adsorbennya bersifat polar, maka komponen yang bersifat polar akan

terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar.

2. Jenis adsorbat

3. Konsentrasi

Proses adsorpsi sangat sesuai untuk memisahkan bahan dengan konsentrasi

rendah dari campuran yang mengandung bahan lain dengan konsentrasi tinggi.

4. Luas permukaan

II-3




FTI-ITS

Tumbukan efektif antara partikel itu akan meningkat dengan meningkatnya luas

permukaan karena tergantung pada banyanya tumbukan yang terjadi antara adsorben

dan adsorbat.

5. Suhu

Adsorpsi akan semakin cepat berlangsung pada suhu rendah, namun tidak

berpengaruh sebesar adsorpsi zat cair ketika terjadi pada zat gas.

6. Ukuran partikel

Semakin kecil ukuran partikel yang diadsorpsi semakin cepat prosesnya.

7. pH

pH mempunyai pengaruh dalam proses adsorpsi. Ph optimum dari suatu proses

adsorpsi ditetapkan melalui uji laboratorium.

8. Waktu kontak

Waktu kontak untuk mencapai keadaan setimbang pada proses serapan pada

proses serapan logam oleh adsorben karena berkisar pada jangka waktu yang relatif

lama (Bernasconi, 1995).

II.4 Mekanisme Adsorbsi

Proses adsorbsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan

larutan dan menempel pada permukaan zat adsorben akibat faktor kimia dan fisika.

Proses adsorbsi tergantung pada sifat zat padat yang mengabsorbsi, sifat atom atau

molekul yang diserap, konsentrasi, temperatur, dan lain-lain. Pada proses adsorbsi terbagi

menjadi empat tahap, yaitu:

1. Transfer molekul-molekul zat terlarut yang teradsorbsi menuju lapisan film yang

mengelilingi adsorben.

2. Difusi zat terlarut yang teradsorbsi melalui lapisan film.

3. Difusi zat terlarut yang teradsorbsi melalui kapiler atau pori dalam adsorben.

4. Adsorbsi zat terlarut yang teradsorbsi pada dinding pori atau permukaan adsorben

(proses adsorbsi sebenarnya).

(anonim, 2012).

Operasi dari proses adsorbsi dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:

1. Proses adsorbsi dilakukan dalam suatu bak dengan sistem pengadukan, dimana

penyerap yang biasanya berbentuk serbuk dibubuhkan, dicampur dan diaduk

dengan air dalam suatu bangunan, sehingga terjadi penolakan antara partikel

penyerap dengan fluida.

II-4




FTI-ITS

2. Proses adsorbsi yang dijalankan dalam suatu bejana dengan sistem filtrasi, dimana

bejana yang berisi media penyerap dialirkan air dengan model pengaliran gravitasi.

Jenis media penyerap ini sering digunakan dalam bentuk bongkahan (butiran) dan

proses adsorbsi biasanya terjadi selama berada di dalam media penyerap.

(anonim, 2012).

II.1.5 Persamaan untuk Adsorpsi

Pengukuran isoterm adsorpsi pada umumnya disasarkan atas turunan dari persamaan

1. Isoterm Langmuir

Menurut Langmuir, bila gas diserap pada permukaan zat padat lapisan yang

terjadi hanya satu lapis molekul (Sukardho, 1990). Selain itu Langmuir

berpendapat, bahwa gas diadsorpsi pada permukaann solid dan membentuk tidak

lebih dari satu lapis ketebalannya. Teori Langmuir menggambarkan proses adsorpsi

terdiri dari dua proses berlawanan, yaitu kondensasi molekul-molekul fase

teradsorpsi menuju permukaan dan evaporasi/penguapan molekul-molekul dari

permukaan kembali ke dalam larutan Isoterm ini berdasarkan asumsi, bahwa :

1. Adsorben mempunyai permukaan yang homogen dan hanya dapat mengadsorpsi

satu molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbennya. Seluruh permukaan

adsorben memiliki aktivitas adsorbsi yang sama atau seragam. Tidak ada

interaksi antara molekul-molekul yang terserap.

2. Semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme sama

3. Tidak terjadi interaksi antara molekul-molekul adsorbat.

4. Hanya terbentuk satu lapisan tunggl saat adsorpsi maksimum.

(anonim, 2012).

Namun , biasanya asumsi-asumsi sulit diterapkan karena hal-hal berikut :

1. Selalu ada ketidaksempurnaan pada permukaan.

2. Molekul teradsorpsi tidak inert dan mekanisme adsorpsi pada molekul pertama

sangat berbeda dengan mekanisme adsorpsi yang pada molekul terakhir

teradsorpsi.

Langmuir mengemukakan bahwa mekanisme adsorpsi yang terjadi adalah

sebagai berikut:

Dimana :

A = molekul gas dan

A + S AS

II-5




FTI-ITS

S = permukaan adsorpsi

Adsorpsi ion logam oleh material padat secara kuantitatif mengikuti persamaan

langmuir, yaitu :

Gambar II.1 Grafik Isotermis Langmuir

Persamaan tersebut dapat digunakan pada adsorpsi oleh padatan konstanta

pada persamaan adsorpsi langmuir menunjukkan besarnya adsorpsi yang

dihubungkan dengan energi ikat (anonim, 2012).

2. Isoterm Freundlich

Hubungan antar jumlah zat teradsorpsi persatuan luas atau satuanmassa

dantekanan dinyatakan dengan persamaan Freundlich

(Maron and Lando, 1980)

Dimana :

y = berat atau volume zat teradsorpsi persatuan luas atau massa adsorban.

P = tekanan saat kesetimbangan tercapai

K,n = konstanta-adsorben

C/(c/m)=1/Kbt C/b

Y = k.

II-6




FTI-ITS

Untuk adsorpsi solute yang tidak melibatkan gas maka persamaan Freundlich

menjadi :

(Maron and Lando, 1980)

Dengan :

Y = berat atau volume zat teradsorpsi persatuan luas ataumassa adsorban.

x = banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi (mg)

m = massa dari adsorben (mg)

C = konstanta dari adsorben yang tersisa dalam kesetimbangan

K,n = konstanta adsorben

Jika kemudian dibuat plot log y melawan log C, maka akan diperoleh garis

lurus yang mempunyai slope sebesar 1/n dan nilai interceptnya sebesar log k. Dari

isoterm ini akan diketahui kapasitas adsorben dalam menyerap air. Isoterm ini akan

digunakan dalam penelitian yang akan dilakukan karena dengan isoterm ini dapat

ditentukan efisiensi dari suatu adsorben.

Hal-hal yang dapat dilihat dari kurva isoterm adalah :

1. Kurva isoterm yang cenderung datar, artinya isoterm yang digunakan menyerap

pada kapasitas konstan melebihi daerah kesetimbangan

2. Kurva isoterm yang curam, artinya kapasitas adsorpsi meningkat seiring dengan

meningkatnya konsentrasi keseimbangan.

Gambar II.2 Grafik Isotermis Freudlich

Y = x/m = k.

II-7




FTI-ITS

3. Isoterm Brunauer, Emmet and Teller ( BET)

Isoterm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang

homogen. Perbedaan Isotermini dengan Languir adalah BET berasumsi bahwa

molekul-molekul adsoerbat bisa membentuk lebih dari satu lapisan adsorbat di

permukaanya. Pada isoterm ini, mekanisme adsorpsi untuk setiap proses adsorpsi

berbeda-beda. Mekanisme yang diajukan dalam isoterm ini adaah : Isoterm

Langmuir biasanya lebih baik apabuila diterapkan untuk adsorpsi kimia, sedangkan

isoterm BET lebih baik daripada isoterm Langmuir bila diterapkan pada adsorpsi

fisika

Gambar II.3 Grafik Isotermis BET

(anonim, 2012).

II.6 Peranan Karbon Aktif dalam Adsorbsi Isotermis

Karbon aktif dapat dijadikan sebagai zat pengadsorbsi atau adsorben.

Karbon aktif adalah bentuk umum dari berbagai macam produk yang mengandung

karbon yang telah diaktifkan untuk meningkatkan luas permukaannya. Karbon aktif

berbentuk kristal mikro karbon grafit yang pori-porinya telah mengalami

pengembangan kemampuan untuk mengadsorpsi gas dan uap dari campuran gas dan

zat-zat yang tidak larut atau yang terdispersi dalam cairan (Roy 1985). Luas permukaan,

dimensi, dan distribusi karbon aktif bergantung pada bahan baku, pengarangan, dan

proses aktivasi (Anonim, 2013).

Berdasarkan ukuran porinya, ukuran pori karbon aktif diklasifikasikan menjadi 3,

yaitu mikropori (diameter <2 nm), mesopori (diameter 2–50 nm), dan makropori

(diameter >50 nm). Setyaningsih (1995) membedakan karbon aktif menjadi 2

berdasarkan fungsinya, yaitu Karbon adsorben gas (gas adsorbent carbon): Jenis arang

ini digunakan untuk mengadsorpsi kotoran berupa gas. Pori-pori yang terdapat pada

II-8




FTI-ITS

karbon aktif jenis ini tergolong mikropori yang menyebabkan molekul gas akan mampu

melewatinya, tetapi molekul dari cairan tidak bisa melewatinya. Karbon aktif jenis ini

dapat ditemui pada karbon tempurung kelapa. Selanjutnya adalah karbon fasa cair

(liquid-phase carbon). Karbon aktif jenis ini digunakan untuk mengadsorpai kotoran

atau zat yang tidak diinginkan dari cairan atau larutan. Jenis pori-pori dari karbon aktif

ini adalah makropori yang memungkinkan molekul berukuran besar untuk masuk.

Karbon jenis ini biasanya berasal dari batu bara, misalnya ampas tebu dan sekam padi.

Aktivasi adalah perubahan fisik berupa peningkatan luas permukaan karbon aktif

dengan penghilangan hidrokarbon. Ada dua macam aktifasi, yaitu aktivasi fisika dan

kimia. Aktivasi kimia dilakukan dengan merendam karbon dalam H3PO4, ZnCl2,

NH4Cl, dan AlCl3 sedangkan aktivasi fisika menggunakan gas pengoksidasi seperti

udara, uap air atau CO2 (Anonim, 2013).

II.7 Titrasi

Titrasi merupakan suatu metoda untuk menentukan kadar suatu zat dengan

menggunakan zat lain yang sudah diketahui konsentrasinya. Titrasi biasanya dibedakan

berdasarkan jenis reaksi yang terlibat di dalam proses titrasi, sebagai contoh bila

melibatkan reaksi asam basa maka disebut sebagai titrasi asam basa. (Anonim, 2012).

Tujuan dari titrasi adalah menentukan konsentrasi suatu larutan dengan konsetrasi

dan volume yang telah diketahui dapat direaksikan dengan larutan yang akan ditentukan

konsentrasinya sampa perbandingan molnya tepat seperti yang diperlukan dalam

persamaan kimia seimbang kemudian konsentrasi larutan yang belum diketahui dapat

dihitung (yuni, 2012).

Jenis-Jenis Titrasi Asam Basa

1. Asam kuat - Basa kuat

Contoh :

HCl + NaOH→ NaCl + H2O

Reaksi ionnya :

H+ + OH- → H2O

II-9




FTI-ITS

Kurva Titrasi:

Gambar II.4 Kurva Asam Kuat dan Basa Kuat

2. Asam kuat - Basa lemah

Contoh :

HCl + NH4OH→ NH4Cl + H2O

Reaksi ionnya :

H+ + NH4OH → H2O + NH4

Kurva Titrasi:

Gambar II.5 Kurva Asam Kuat dan Basa Lemah

II-10




FTI-ITS

3. Asam lemah - Basa kuat

Contoh :

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O

Reaksi ionnya :

H+ + OH- → H2O

Kurva titrasi :

Gambar II.6 Asam Lemah dan Basa Kuat

4. Asam kuat - Garam dari asam lemah

Contoh :

HCl + NH4BO2 → HBO2 + NH4Cl

Reaksi ionnya :

H+ + BO2 - → HBO2

5. Basa kuat - Garam dari basa lemah

Contoh :

KOH + CH3COONa → NaOH + CH3COOK

Reaksi ionnya :

K+ + OH- → KOH

tinjauan pustaka adsorbsi isothermis

Documents