LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA ISOTERM ADSORBSI
I.
TUJUAN Menentukan isoterm adsorbsi menurut Freundlich bagi proses adsorbsi asam asetat pada arang
II.
DASAR TEORI Arang adalah padatan berpori hasil pembakaran bahan yang mengandung karbon. Arang tersusun dari atom-atom karbon yang berikatan secara kovalen membentuk struktur heksagonal datar dengan sebuah atom C pada setiap sudutnya. Susunan kisi-kisi heksagonal datar ini tampak seolah-olah seperti pelatpelat datar yang saling bertumpuk dengan sela-sela di antaranya (Sudarman, 2001). 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 (Murdiyanto, 2005). Luas permukaan, dimensi, dan distribusi karbon aktif bergantung pada bahan baku, pengarangan, dan proses aktivasi. 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) (Kustanto, 2000). Penggunaan karbon aktif di Indonesia mulai berkembang dengan pesat, yang dimulai dari pemanfaatannya sebagai adsorben untuk pemurnian pulp, air, minyak, gas, dan katalis. Namun, mutu karbon aktif domestik masih rendah (Harfi, 2003), dengan demikian perlu ada peningkatan mutu karbon aktif tersebut.
Struktur grafit karbon aktif
Adsorbsi adalah gejala pengumpulan molekul-molekul suatu zat pada permukaan zat lain, sebagai akibat dari ketidakjenuhan gaya-gaya pada permukaaan zat tersebut. Proses adsorpsi dalam larutan, jumlah zat teradsorpsi tergantung pada beberapa faktor, seperti : jenis adsorben, jenis adsorbat, luas permukaan adsorben, konsentrasi zat terlarut, dan temperatur. Bagi suatu sistem adsorbsi tertentu, hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi persatuan luas atau persatuan berat adsorben dengan konsentrasi yang teradsorpsi pada temperatur tertentu disebut dengan isoterm adsorbsi ini dinyatakan sebagai : x/m = k. Cn ......................................................................................(1) dalam hal ini : x = jumlah zat teradsorbsi (gram) m = jumlah adsorben (gram) C = konsentrasi zat terlarut dalam larutan, setelah tercapai kesetimbangan adsorpsi k dan n = tetapan, maka persamaan (1) menjadi : log x/m = log k + n logc..................................................................(2) Persamaan ini mengungkapkan bahwa bila suatu proses adsorbsi menuruti isoterm Freundlich, maka aluran log x/m terhadap log C akan merupakan garis lurus. Dari garis dapat dievaluasi tetapan k dan n (Tim Dosen Kimia Fisik, 2012). Isoterm Freundlich : Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isoterm adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan empirik yang dikemukakan oleh Freundlich. 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 = k C 1/n dimana: x = banyaknya zat terlarut yng teradsorpsi (mg) m = massa adsorben (mg) C = konsentrasi adsorben yang sama k,n = konstanta adsorben Dari persamaan tersebut, jika konsentrasi larutan dalam kesetimbangan diplot sebagai ordinat dan konsentrasi adsorbat dalam adsorben sebagai absis pada koordinat logaritmik, akan diperoleh gradien n dan intersept. Dari isoterm ini, akan diketahui kapasitas dan efisiensi suatu adsorben dalam menyerap air.
III.
ALAT DAN BAHAN A. Alat 1. Cawan porselin
1 buah
2. Labu erlenmeyer bertutup 250mL
12 buah
3. Labu erlenmeyer 150 ml
6 buah
4. Pipet 5 ml
1 buah
5. Pipet 10 ml
1 buah
6. Buret 25 ml
1 buah
7. Corong
2 buah
8. Pengaduk
1 buah
9. Spatula
1 buah
10. Neraca analitik
1 buah
11. Kertas saring
6 buah
12. Statif
1 buah
13. Stopwatch
1 buah
14. Pembakar spirtus
1 buah
15. Kasa asbes
1 buah
16. Kaki tiga
1 buah
B. Bahan 1. Larutan asam asetat 0,5 N 2. Adsorben arang atau karbon 3. Larutan standar NaOH 0,1 N 4. Indikator Phenolptalin (pp)
IV.
CARA KERJA
dinginkan Panaskan arang
Masukkan masing-masing 1 gram ke dalam 6 erlenmeyer
Menyiapkan masing-masing 125 ml larutan CH3COOH
masuk
0,5 N ; 0,25N ; 0,125 N ; 0,0625 N ; 0,0313 N dan 0,0156N
Tutup dengan plastik Biarkan 30 menit dan kocok 1 menit/10ment
NaOH NaOH
CH3COOH
Masing-masing sisa CH3COOH 10
CH3COOH
mL dititrasi dengan NaOH 0,1 N Titrasi larutan tersebut dengan NaOH 0,1 M masing-masing 5 mL, 5mL, 10 mL, 25 mL, 25 mL, 25 mL
HASIL DAN PEMBAHASAN
V.
Tabel pengamatan Konsentrasi asam (N)
Massa N
X
Log
X/m
Log C
No
(gram)
Awal
Sisa
∆C
(gram)
1
1,0031
0,477
0,430
0,047
0,282
0,2811
-0,551
-1,328
2
1,0026
0,242
0,224
0,018
0,108
0,1077
-0,967
-1,744
3
1,0011
0,121
0,103
0,018
0,108
0,1078
-0,967
-1,744
4
1,0022
0,061
0,052
0,009
0,054
0,0539
-1,269
-2,046
5
1,0014
0,030
0,0296
0,0004
0,0024
0,0024
-2,620
-3,398
6
1,0023
0,015
0,012
0,003
0,018
0,0179
-1,745
-2,523
x/m
Grafik C vs x/m 0.3
y = 5.981x + 6E-05 R² = 1
0.25
C
0.2
0.15 0.1 0.05 0 0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
x/m
log x/m
Grafik log x/m vs log c 0 -3
-2.5
-2
-1.5
-1
y = 1.000x - 0.776 R² = 1
-0.5
-0.5 0
-1 -1.5 -2 -2.5
-3 -3.5 -4
log c
0.5
Langkah pertama yang dilakukan dalam praktikum isoterm adsorbsi ini adalah melakukan pemanasan arang terlebih dahulu. Pemanasan dihentikan pada saat timbul asap, bukan pada saat arang menjadi berwarna merah (membara). Ketika arang dipanaskan, pori-pori pada permukaan arang akan membuka sehingga nantinya arang menjadi aktif dan dapat digunakan untuk mengabsorbsi asam asetat secara maksimal. Apabila pemanasan arang terlalu lama, akibatnya arang akan berubah menjadi abu dan tidak lagi dapat digunakan sebagai absorben lagi. Adapun sifat karbon aktif yang paling penting adalah daya serap. Berikut merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi daya serap adsorbsi. 1. Sifat Serapan Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari sturktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorbsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan. 2. Temperatur/ suhu Faktor yang mempengaruhi suhu proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas thermal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifatsifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna mau dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. 3. pH (Derajat Keasaman) Untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam. 4. Waktu Singgung Bila karbon aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Selisih ditentukan oleh dosis karbon aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Larutan asam asetat yang digunakan dalam praktikum ini memiliki beberapa variasi konsentrasi, yakni 0,5 N ; 0,25 N ; 0,125 N ; 0,0625 N ; 0,0313 N ; 0,0156 N. Selain adanya variasi konsentrasi, ke-enam macam larutan asam asetat tersebut juga mendapatkan dua perlakuan yang berbeda, yakni : (1) tidak mendapat perlakuan apa-apa dan (2) ditambah dengan arang aktif, ditutup rapat, dikocok
setiap jangka waktu 10 menit dalam 30 menit pertama, dan kemudian disaring. Selanjutnya, semua larutan tersebut dititrasi dengan larutan NaOH 0,1 N untuk mendapatkan konsentrasi awal (larutan asam asetat murni) dan konsentrasi akhir (larutan asam asetat + arang). Penentuan konsentrasi awal dak akhir larutan asam asetat disini menggunakan rumus pengenceran, yakni V 1.M1 = V2.M2 Konsentrasi awal dan akhir yang didapat berdasarkan hasil praktikum kemudian dikurangkan untuk mengetahui harga ∆C larutan asam asetat. Selain itu, data konsentrasi tersebut juga dapat digunakan untuk menghitung harga X (gram) dengan rumus X = massa x Mr x 100/1000. Akhirnya, berdasarkan analisis data yang telah dilakukan, dihasilkan 2 grafik yang berbentuk linier, yakni grafik C vs X/m dan grafik log X/m vs log C. Terbentuknya grafik linier dalam praktikum ini menunjukkan bahwa isotherm adsorbsi yang berlangsung disini memang benar merupakan isotherm adsorbsi Freundlich. Berdasarkan persamaan grafik Isoterm Adsorpsi Freundlich (log x/m vs log c) jika dianalogikan dengan persamaan Freundlich maka akan didapat nilai k dan n. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan sebagai berikut. Log (x/m) = log k + 1/n log c sedangkan persamaan grafik Isotherm Adsorpsi Freundlich adalah y = 1,000x – 0,776 Jadi, didapat nilai Log k = -0,776 dan 1/n = 1,000. Maka nilai k adalah 0,1675 dan nilai n adalah 1. Mengenai gambar grafik log x/m vs log C yang dihasilkan sudah sesuai dengan teori isotherm adsorpsi Freundlich yaitu grafik berupa garis linear sedangkan grafik C vs x/m belum sesuai dengan teori isotherm adsobsi Langmuir karena seharusnya grafik seperti setengah trapezium mengalami kenaikan dan selanjutnya terjadi kekonstanan. Namun dari hasil percobaan ini grafik mengalami terus mengalami kenaikan. Hal ini mungkin terjadi karena kekurang cermatan praktikan dalam mengencerkan larutan asam asetat yang akan digunakan, atau ketidaktepatan praktikan dalam memanaskan arang sehingga arang yang digunakan bukan merupakan absorben yang baik (bisa bekerja secara maksimal).
VI.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan 1. Percobaan ini tergolong isotherm adsorpsi Freundlich. Oleh karenanya, didapatkan kurva antara log x/m dengan Log C berbentuk linier. 2. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dalam percobaan ini dapat dituliskan y = 1,000x – 0,776. Dengan K = 0,1675 dan n = 1,000
Saran 1. Praktikan lebih baik menyiapkan langkah kerja dan pembagian tugas anggota kelompok terlebih dahulu sehingga waktu praktikum dapat digunakan seefektif dan seefisien mungkin 2. Praktikan harus cermat dalam melaksanakan praktikum ini, terlebih lagi dalam penggunaan buret pada saat titrasi.
VII.
DAFTAR PUSTAKA Harfi.2003.Senyawa-Senyawa Organik.Jakarta : Bumi Aksara. Kustanto.2000.Karbon Aktif dalam Kehidupan Sehari-hari.Jogjakarta : Universitas Gadjah Mada Murdiyanto.2005.Senyawa Karbon.Malang : Universitas Brawijaya. Sudarman.2001.Manfaat Arang Aktif.Makassar : Universitas Hassanudin. Tim Dosen Kimia Fisik.2012.Diktat Petunjuk Praktikum Kimia Fisik.Semarang : Universitas Negeri Semarang.
VIII.
JAWABAN PERTANYAAN 1. Apakah proses adsorpsi ini merupakan adsorpsi fisik atau khemisorpsi? Jawab : Pada percobaan ini proses adsorpsi terjadi secara adsorpsi fisik yang memiliki cirri molekul yang terikat pada adsorben oleh gaya Van Der Walls, mempunyai entalpi reaksi dan bersifat tidak spesifik 2. Apakah perbedan antara kedua jenis adsorpsi ini? Berikan contoh dari kedua jenis adsorpsi ini ! Jawab : a. 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, tidak melibatkan energy aktivasi. b. Adsorbsi kimia, yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut yang teradsorbsi, terjadi pemutusan dan pembentukan ikatan kimia, panas adsorbsinya tinggi, melibatkan energy aktivasi. Ex : adsorpsi SDBS Adsorsi fisik : adsorpsi nitrogen pada besi secara fisik nitrogen cair pada 190 0 C akan teradsorpsi pada besi Adsorpsi kimia: pada suhu 500
0
C nitrogen teradsorpsi cepat pada
permukaan besi. 3. Apakah perbedaan yang terjadi pada pengaktifan arang dengan cara pemanasan ? Pengaktifan arang dengan cara pemanasan : a. L-karbon (L-AC) yaitu karbon aktif yang dibuat dengan oksidasi pada suhu 300oC – 400oC (570o-750oF) dengan menggunakan udara atau oksidasi kimia. L-AC sangat cocok dalam mengadsorbsi ion terlarut dari logam berat basa seperti Pb2+, Cu2+, Cd2+, Hg2+. Karakter permukaannya yang bersifat asam akan berinteraksi dengan logam basa. Regenerasi dari L-AC dapat dilakukan menggunakan asam atau garam seperti NaCl hampir sama pada perlakuan pertukaran ion. b. H-karbon (H-AC) yaitu karbon aktif yang dihasilkan dari proses pemasakan pada suhu 800o-1000oC (1470o-1830oF) kemudian didinginkan pada atmosphere inersial. H-AC memiliki permukaan yang bersifat basa sehingga tidak efektif dalam mengadsorbsi logam berat alkali pada suatu larutan air tetapi sangat lebih effisien dalam mengadsorbsi kimia organik, partikulat hidrofobik, dan senyawa kimia yang mempunyai kelarutan yang rendah dalam air. Akan tetapi H-AC dapat dimodifikasi dengan menaikan angka asiditas. Permukaan yang netral akan mengakibatkan tidak efektifnya dalam mereduksi dan mengadsorbsi kimia organik sehingga efektif mengadsorbsi ion logam berat dengan kompleks khelat zat organik alami maupun sintetik dengan menetralkannya. 4. Bagaimana isotherm Freundlich untuk adsorpsi gas pada permukaan zat padat? Apa pembatasannya? Jawab : Isotherm Freundlich untuk adsorpsi gas pada permukaan zat padat kurang baik atau memuaskan. Hal ini terjadi karaena pada adsorpsi Freundlich situs-situs
aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. Gas merupakan campuran yang homogeny sehingga kurang cocok jika digunakan dalam isotherm Freundlich. Batasannya : adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen. 5. Mengapa isotherm adsorpsi Freundlich untuk adsorpsi gas pada permukaan zat padat kurang memuaskan dibandingkan dengan isotherm adsorpsi Langmuir ? Bagaimana bentuk isotherm adsorpsi yang berakhir ini? Jawab : Karena pada adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben bersifat heterogen, sedangkan adsorpsi pada Langmuir bersifat homogen. Ketika mengadsorpsi gas yang wujudnya campuran yang homogeny, maka adsorpsi Freundlich kurang cocok. Dari percobaan yang telah dilakukan, adsorpsi ini berbentuk adsorpsi Langmuir.
IX.
LAMPIRAN Tabel Pengamatan Awal
Konsentrasi CH3COOH
CH3COOH (ml)
Akhir
NaOH 0,1 N (ml)
CH3COOH (ml)
NaOH 0,1 N (ml)
0,5 N
10
47,7
5
21,5
0,25 N
10
24,2
5
11,2
0,125 N
10
12,1
10
10,3
0,0625 N
10
6,1
25
13,0
0,0313 N
10
3,0
25
7,4
0,0156 N
10
1,5
25
3,0
Analisis Data Massa N
Konsentrasi asam (N)
X
X/m
Log
Log C
No
(gram)
Awal
Sisa
∆C
(gram)
1
1,0031
0,477
0,430
0,047
0,282
0,2811
-0,551
-1,328
2
1,0026
0,242
0,224
0,018
0,108
0,1077
-0,967
-1,744
3
1,0011
0,121
0,103
0,018
0,108
0,1078
-0,967
-1,744
4
1,0022
0,061
0,052
0,009
0,054
0,0539
-1,269
-2,046
5
1,0014
0,030
0,0296
0,0004
0,0024
0,0024
-2,620
-3,398
6
1,0023
0,015
0,012
0,003
0,018
0,0179
-1,745
-2,523
x/m
Perhitungan Diketahui [NaOH] = 0,1 N Asam asetat (CH3COOH) yang diadsorpsi = 100 mL Konsentrasi awal N1 . V1 = N2 . V2
N1 . V1 = N2 . V2
N1 . 10 = 0,1 . 47,7
N1 . 5 = 0,1 . 21,5
N1 = 0,477
N1 . V1 = N2 . V2
N1 . 10 = 0,1 . 24,2
N1 . 5 = 0,1 . 11,2
N1 = 0,242
N1 = 0,224
N1 . V1 = N2 . V2
N1 . V1 = N2 . V2
N1 . 10 = 0,1 . 12,1
N1 . 10 = 0,1 . 10,3
N1 = 0,121
N1 = 0,103
N1 . V1 = N2 . V2
N1 . V1 = N2 . V2
N1 . 10 = 0,1 . 6,1
N1 . 25 = 0,1 . 13,0
N1 = 0,061
N1 = 0,052
N1 . V1 = N2 . V2
N1 . V1 = M2 . V2
N1 . 10 = 0,1 . 3,0
N1 . 25 = 0,1 . 7,4
N1 . V1 = M2 . V2
N1 . 10 = 0,1 . 1,5
N1 . 25 = 0,1 . 3,0
Jumlah zat yang teradsorbsi (x) = (Cawal-Cakhir) x Mr x V / 1000 = 0,047 x 60 x 100/1000 = 0,282 gram = (Cawal-Cakhir) x Mr x V / 1000 = 0,018 x 60 x 100 / 1000 = 0,108 gram 3. x3
N1 = 0,0296
N1 . V1 = N2 . V2 N1 = 0,0150
2. x2
N1 = 0,43
N1 . V1 = V2 . V2
N1 = 0,030
1. x1
Konsentrasi akhir
= (Cawal-Cakhir) x Mr x V / 1000 = 0,018 x 60 x 100 / 1000 = 0,108 gram
N1 = 0,012
4. x4
= (Cawal-Cakhir) x Mr x V / 1000 = 0,009 x 60 x 100 / 1000 = 0,054 gram
5. x5
= (Cawal-Cakhir) x Mr x V / 1000 = 0,0004 x 60 x 100 / 1000 = 0,0024 gram
6.
x6
= (Cawal-Cakhir) x Mr x V / 1000 = 0,003 x 60 x 100 / 1000 = 0,018 gram
