Adsorpsi

Bab I

Pendahuluan

1.1  Latar Belakang

Adsorpsi merupakan peristiwa terakumulasinya partikel pada suatu permukaan. Adsorpsi terjadi karena adanya gaya tarik menarik antar molekul adsorbat dengan situs aktif di permukaan adsorben. Zat yang mengadsorpsi disebut adsorbat,sedangkan material tempat terakumulasinya adsorbat disebut adsorben. Adsorpsi dipengaruhi oleh sifat fisika dan kimia adsorben seperti ukuran molekul adsorbat,karakteristik adsorbat,waktu pengadukan,konsentrasi adsorbat,suhu,pH dan luas permukaan adsorben. Semakin luas permukaan adsorben maka semakin banyak adsorbat yang teradsorpsi.
Video alat-alat kimia dapat di lihat di link berikut : https://www.youtube.com/watch?v=vhOpIrUjdw0

Adsorpsi digunakan untuk menyatakan bahwa zat lain yang terserap pada zat itu, misalnya karbon aktif dapat menyerap molekul asam asetat dalam larutannya. Tiap partikel adsorban dikelilingi oleh molekul yang diserap karena terjadi interaksi tarik-menarik. Zat-zat yang terlarut dapat diadsorpsi oleh zat padat, misalnya CH₃COOH oleh karbon aktif, NH₃ oleh karbon aktif, fenolftalein dari larutan asam atau basa oleh karbon aktif, Ag⁺ atau Cl^- oleh AgCl.

1.2  Rumusan Masalah

·         Apakah adsorpsi itu?

·         Bagaimana sifat-sifat permukaan zat?

·         Faktor apa saja yang mempengaruhi adsorpsi?

1.3  Tujuan Makalah

·         Mengetahui pengertian adsorpsi dan jenis-jenisnya.

·         Mengetahui faktor apa yang dapat mempengauhi adsorpsi

 

Bab II

Pembahasan

2.1.Pengertian dan Jenis-Jenis Adsorpsi

2.1.1.      Pengertian Adsorpsi

Molekul-molekul pada permukaan zat padat atau cair mepunyai gaya tarik ke arah dalam karena tidak ada gaya-gaya lain yang mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat cair mempunyai gaya 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 dapat terjadi antara zat padat dan zat cair ,zat padat dan gas,zat cair dan zat cair atau gas dan zat cair.

2.1.2        Jenis-Jenis Adsorpsi

Adsorpsi dibedakan menjadi dua jenis,yaitu:

a.       Adsorpsi Fisika

Adsorpsi fisika berhubungan dengan gaya Van der Walls,dimana ketika gaya tarik menarik molekul antara larutan dan permukaan media lebih besan daripada gaya tarik menarik zat terlarut dan larutannya,maka zat terlarut akan diadsorpsi oleh permukaan media. Adsorpsi fisika ini memiliki kekuatan yang relative kecil dan energi yang dilepaskan relatif rendah.

b.      Adsorpsi Kimia

Adsorpsi kimia terjadi ketika terbentuknya ikatan kimia antara senyawa terlaut dalam larutan dengan molekul dalam media,karena adanya ikatan kimia maka pada permukaan adsorben akan terbentuk suatu lapisan dan lapisan tersebut akan menghambat proses penyerapan selanjutmya oleh bantuan adsorben sehingga efektifitasnya berkurang.

Page 2

 

Berikut adalah tabel mengenai perbedaan adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia.

Adsorpsi fisika	Adsorpsi kimia
Molekul terikat pada adsorben oleh gaya Van der Walls	Molekul terikat pada adsorben oleh ikatan kimia
Mempunyai entalpi reaksi -4 sampai     -40 kJ/mol	Mempunyai entalpi reaksi -40 sampai 800kJ/mol
Dapat membentuk lapisan multilayer	Membentuk lapisan Monolayer
Adsorpsi hanya terjadi pada suhu dibawah 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 aktivasi tertentu	Melibatan energi aktivasi tertentu
Bersifat tidak spesifik	Bersifat sangat spesifik

2.2  Kinetika Adsorpsi

Seperti halnya kinetika kimia, kinetika adsorpsi juga berhubungan dengan laju reaksi. Hanya saja, kinetika adsorpsi lebih khusus, yang hanya membahas sifat penting dari permukaan zat. Kinetika adsorpsi yaitu laju penyerapan suatu fluida oleh adsorben dalam suatu jangka waktu tertentu. Kinetika adsorpsi suatu zat dapat diketahui dengan mengukur perubahan konsentrasi zat teradsorpsi tersebut, dan menganalisis nilai k (berupa slope/kemiringan) serta memplotkannya pada grafik. Kinetika adsorpsi dipengaruhi oleh kecepatan adsorpsi. Kecepatan adsorpsi dapat didefinisikan sebagai banyaknya zat yang teradsorpsi per satuan waktu.

2.3  Sifat-sifat Permukaan Zat

2.3.1  Permukaan Gas-Padatan

Bila gas atau uap bersentuhan dengan permukaan padatan,maka gas atau uap tersebut akan teradsorpsi pada permukaan padatan tersebut. Permukaan padatan disebut sebagai adsorban,sedangkan gas atau uap disebut sebagai adsorbat. Banyaknya gas yang teradsorpsi bergantung pada suhu dan tekanan gas serta luas permukaan padatan. Semakin besar luas permukaan maka semakin banyak gas yang diserap. Adsorban yang paling efisien adalah padatan yang sangat porous seperti arang dan butiran padatan yang sangat halus.

Gaya yang menyebabkan molekul gas terikat pada permukaan padatan biasanya adalah gaya Van der Walls atau gaya kimiawi. Adsorpsi molekul gas pada permukaan padatan melibatkan perubahan gerakan molekul gas tersebut dari tiga dimensi menjadi dua dimensi. Jadi,dalam hal ini akan terjadi penurunan entropi.

Tiga persamaan yang menyatakan adsorpsi gas pada permukaan padatan,yaitu:

a.       Isoterm Langmuir

Langmuir menurunkan teori isoterm adsorpsi dengan menggunakan model sederhana berupa padatan yang mengadsorpsi gas pada permukaannya. Pendekatan Langmuir meliputi lima asumsi mutlak, yaitu

1.                  Gas yang teradsorpsi berkelakuan ideal dalam fasa uap.

2.                  Gas yang teradsorpsi dibatasi sampai lapisan monolayer.

3.                  Permukaan adsorbat homogen, artinya afinitas setiap kedudukan ikatan untuk molekul gas sama.

4.                  Tidak ada antaraksi lateral antar molekul adsorbat.

5.                  Molekul gas yang teradsorpsi terlokalisasi, artinya mereka tidak bergerak pada permukaan.

Page 4

Gambar 2 : Model Isoterm Adsorpsi Langmuir.

Perumusan model adsorpsi Langmuir adalah:

 =  +

dimana : qm = kapasitas adsorpsi

                qe = jumlah zat teradsorpsi per satuan massa adsorben

    Ce = konsentrasi sisa.

b.      Isoterm Freundlich

Adsorpsi zat terlarut (dari suatu larutan) pada padatan adsorben merupakan hal yang penting. Aplikasi penggunaan prinsip ini antara lain penghilangan warna larutan (decolorizing) dengan menggunakan batu apung dan proses pemisahan dengan menggunakan teknik kromatografi.

Perumusannya sebagai berikut:

Log qe = log Kf + (1/n) log Ce      dimana : Kf = kapasitas adsorpsi.

c.       Isoterm BET

Teori isoterm adsorpsi BET merupakan hasil kerja dari S. Brunauer, P.H. Emmet, dan E. Teller. Teori ini menganggap bahwa adsorpsi juga dapat terjadi di atas lapisan adsorbat monolayer. Sehingga, isoterm adsorpsi BET dapat diaplikasikan untuk adsorpsi multilayer. Keseluruhan proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai penempelan molekul membentuk lapisan multilayer.

Gambar 3 : Model adsorpsi BET

2.3.2  Permukaan Padatan-Cairan

Bila setitik cairan ditempatkan pada permukaan padatan yang halus,maka cairan itu dapat tetap berbentuk bola pipih dengan sudut kontak yang tertentu atau dapat pula tersebar pada permukaan membentuk lapisan cairan.

Permukaan padatan dikatakan dikatakan dibasahi secara sempurna oleh cairan apabila sudut kontak θc = 0. Apabila θc > 0,maka dikatakan bahwa permukaan hanya dibasahi sebagian. Bila θc < 90º maka permukaan dikatakan dibasahi sedang dan jika θc > 90º maka permukaan dikatakan tidak dibasahi.

Sudut kontak suatu cairan yang membasahi permukaan kering lebih besar daripada sudut kontak yang membasahi permukaan yang kering.

2.4  Adsorpsi Larutan

Adsorpsi molekul zat terlarut dari larutan oleh permukaan padatan biasanya hanya membentuk monolayer.

Adsorban polar cenderung untuk mengadsorpsi adsorbat polar secara kuat dan mengadsorpsi adsorban nonpolar secara lemah. Sebaliknya,adsorban nonpolar cenderung untuk mengadsorpsi secara kuat adsorbat nonpolar dan mengadsorpsi secara lemah adsorbat nonpolar.

2.5  Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi adalah sebagai berikut:

a.       Waktu Kontak

Waktu kontak merupakan suatu hal yang sangat menentukan dalam proses adsorpsi. Waktu kontak memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik. Karakteristik adsorben ukuran partikel merupakan syarat yang penting dari suatu arang aktif untuk digunakan sebagai adsorben. Ukuran partikel arang mempengaruhi kecepatan dimana adsorpsi terjadi. Kecepatan adsorpsi meningkat dengan menurunnya ukuran partikel.

b.      Luas Permukaan

Semakin luas permukaan adsorben,semakin banyak adsorbat yang diserap sehingga adsorpsi dapat semakin efektif. Semakin kecil ukuran diameter adsorben maka semakin luas permukaannya. Kapasitas adsorpsi total dari suatu adsorbat tergantung pada luas permukaan total adsorbennya.

c.       Kelarutan adsorbat

Agar adsorpsi dapat terjadi,suatu molekul harus terpisah dari larutan. Senyawa yang mudah larut mempunyai afinitas yang kuat untuk larutannya dan karenanya lebih sukar untuk teradsorpsi dibandingkan senyawa yang sukar larut,akan tetapi ada perkecualian karena banyak senyawa yang dengan kelarutan rendah sukar diadsorpsi sedangkan beberapa senyawa yang sangat mudah larut diadsorpsi dengan mudah.

d.      Ukuran molekul Adsorbat

Ukuran molekul adsorbat benar-benar penting dalam proses adsorpsi ketika molekul masuk ke dalam mikropori suatu partikel arang untuk diserap. Adsorpsi paling kuat ketika ukuran pori-pori adsorben cukup besar sehingga memungkikan molekul adsorbat untuk masuk.

e.       pH

pH dimana proses adsorpsi terjadi menunjukan pengaruh yang besar terhadap adsorpsi itu sendiri. Hal ini dikarenakan ion hidrogen sendiri diadsorpsi dengan kuat,sebagian karena pH mempengaruhi ionisasi dan karenanya juga mempengaruhi adsorpsi dari beberapa senyawa. Asam organik lebih mudah diadsorpsi pada pH rendah,sedangkan basa organik terjadi dengan mudah pada pH tinggi. pH optimum untuk kebanyakan proses adsorpsi harus ditentukan dengan uji laboratorium.

f.       Temperatur

  Temperatur dimana proses adsorpsi terjadi akan mempengaruhi kecepatan dan jumlah adsorpsi yang terjadi. Kecepatan adsorpsi meningkat dengan meningkatnya temperature dan menurun dengan menurunnya temperature. Namun demikian,ketika adsorpsi merupakan proses eksoterm,derajat adsorpsi meningkat pada suhu rendah dan akan meningkat pada suhu tinggi.

g.       Jenis adsorbat

a)   Peningkatan polarisabilitas adsorbat akan meningkatkan kemampuan adsorpsi molekul yang mempunyai polarisabilitas yang tinggi (polar) memiliki kemampuan tarik menarik terhadap molekul lain dibandingkan molekul yang non polar

b)   Peningkatan berat molekul adsorbat dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi

c)   Adsorbat dengan rantai yang bercabang biasanya lebih mudah diadsorb dibdaningkan rantai yang lurus.

2.6     Adsorben

Adsorben ialah zat yang melakukan penyerapan terhadap zat lain (baik cairan maupun gas) pada proses adsorpsi. Umumnya adsorben bersifat spesifik, hanya menyerap zat tertentu. Dalam memilih jenis adsorben pada proses adsorpsi, disesuaikan dengan sifat dan keadaan zat yang akan diadsorpsi. Adsorben yang paling banyak dipakai untuk menyerap zat-zat dalam larutan adalah arang. Karbon aktif yang merupakan contoh dari adsorpsi, yang biasanya dibuat dengan cara membakar tempurung kelapa atau kayu dengan persediaan udara (oksigen) yang terbatas. Tiap partikel adsorben dikelilingi oleh molekul yang diserap karena terjadi interaksi tarik menarik. Zat ini banyak dipakai di pabrik untuk menghilangkan zat-zat warna dalam larutan. Penyerapan bersifat selektif, yang diserap hanya zat terlarut atau pelarut sangat mirip dengan penyerapan gas oleh zat padat.

2.7     Macam-macam adsorben yang digunakan

a.       Karbon Aktif/arang aktif/norit

Page 8

Arang aktif dikenal sebagai adsorben atau penyerap yang afektif sehingga banyak dipakai sebagai adsorben. Arang aktif adalah bahan berupa karbon bebas yang masing-masing berikatan secara kovalen atau arang yang telah dibuat dan diolah secara khusus melalui proses aktifasi, sehingga pori-porinya terbuka dan dengan demikian mempunyai daya serap yang besar terhadap zat-zat lainnya, baik dalam fase cair maupun dalam fase gas.

 Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non-polar. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, dimana semakin kecil pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar dan kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi, dianjurkan menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan.

Karbon aktif ini cocok digunakan untuk mengadsorpsi zat-zat organik. Komposisi arang aktif terdiri dari silika (SiO2), karbon, kadar air dan kadar debu. Unsur silika merupakan kadar bahan yang keras dan tidak mudah larut dalam air, maka khususnya silika yang bersifat sebagai pembersih partikel yang terkandung dalam air keruh dapat dibersihkan sehingga diperoleh air yang jernih.

b.      Gel Silika

Silika gel cenderung mengikat adsorbat dengan energi yang relatif lebih kecil dan membutuhkan temperatur yang rendah untuk proses desorpsinya, dibandingkan jika menggunakan adsorben lin seperti karbon atau zeolit. Gel silika terbuat dari silika dengan ikatan kimia mengandung air kurang lebih 5%. Pada umumnya temperatur kerja gel silika sampi pada 200ºC. Jika dioperasikan lebih dari temperatur kerjanya maka kandungan Gel silika cocok digunakan untuk mengadsorpsi gas dehidrat dan untuk memisahkan hidrokarbon.

c.       Alumina aktif

Alumina aktif cocok digunakan untuk mengadsorpsi gas kering dan Liquid. Luas permukaannya 200-500 m²/g dan diameter porinya 20-140Á.

2.8      Proses Adsorpsi

Sifat adsorpsi dari koloid digunakan dalam berbagai proses, antara lain:

1.      Pemutihan gula tebu
Gula yang masih berwarna dilarutkan ke dalam air kemudian dialirkan melalui tanah diatomae dan arang tulang. Zat- warna dalam gula akan diadsorpsi sehingga diperoleh gula yang putih dan bersih.

2.      Penjernihan Air
Dengan menambahkan tawas atau aluminium sulfat ke dalam air, aluminium sulfat akan terhidrolisis membentuk Al(OH)3 yang berupa koloid yang dapat mengadsorpsi zat-zat warna atau zat pencemar dalam air.

3.      Pembuatan Obat Norit
Norit adalah tablet yang terbuat dari karbon aktif. Jika diminum, di dalam usus norit membentuk sistem koloid yang dapat mengadsorpsi gas atau racun.

                                                             

BAB III

Kesimpulan

Adsorpsi merupakan peristiwa penyerapan suatu zat pada permukaan zat lain.Zat yang diserap disebut fase terserap (adsorbat),sedangkan zat yang menyerap disebut adsorben. Adsorpsi dapat terjadi antara zat padat dan zat cair ,zat padat dan gas,zat cair dan zat cair atau gas dan zat cair.

Kinetika adsorpsi dipengaruhi oleh kecepatan adsorpsi. Kecepatan adsorpsi dapat didefinisikan sebagai banyaknya zat yang teradsorpsi per satuan waktu. Kecepatan atau besar kecilnya adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya macam adsorben dan zat yang diadsorpsi (adsorbate), luas permukaan adsorben, konsentrasi zat yang diadsorpsi (adsorbate), dan temperatur.

 

Daftar Pustaka

Bird,Tony.1987.Kimia Fisik untuk Universitas.Jakarta:PT Gramedia.

Sukardjo.1985.Kimia Fisika.Yogyakarta:Bina Aksara.

 

Share this post