BAB VDIFUSI GAS BINERA. TUJUAN1. Mempelajari difusi suatu spesies di dalam suatu campuran gas biner.2. Membandingkan waktu difusi antara percobaan dengan perhitungan teoritis. 3. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi difusi suatu larutan gas biner.

B. DASAR TEORIDifusi merupakan peristiwa perpindahan massa yang berpindah dari suatu keadaan yang memiliki konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Perpindahan massa yang terjadi dapat berlangsung dalam fasa gas maupun dalam fasa cair. Peristiwa difusi akan terus berlangsung hingga tercapainya kondisi kesetimbangan antara dua keadaan dimana sebelumnya terdapat perbedaan besarnya konsentrasi suatu komponen pada masing-masing keadaan. (Mc Cabe, Unit Operation of Chemical Engineering edisi ke-5, 1993, hlm. 647)Difusi molekular dapat didefinisikan sebagai perpindahan atau pergerakan suatu molekul melewati suatu fluida dengan pergerakan yang acak. Suatu molekul yang bergerak lurus kemudian akan bergerak secara acak karena bertabrakan dengan molekul yang lain, pergerakan molekul seperti ini disebut Random-Walk Process. Laju difusi dapat dinaikkan dengan cara pengadukan sehingga kondisi kesetimbangan dapat lebih cepat tercapai.

Gambar V.1 Skema Proses Difusi MolekulerPada gambar V.1, tampak bahwa molekul A berjalan acak berdifusi melewati molekul B dari titik (1) ke titik (2). Apabila jumlah molekul A pada titik (1) lebih banyak daripada yang berada pada titik (2), dan molekul berdifusi secara acak pada dua arah yang berlawanan, maka molekul A akan lebih banyak berdifusi dengan arah titik (1) ke titik (2) daripada dengan arah sebaliknya. Sehingga dapat dikatakan bahwa A bergerak dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah. (Geankoplis, Transport Process and Unit Operations edisi ke-3, 1993, hlm. 383)Ada beberapa jenis difusi molekuler pada gas, diantaranya adalah :a. Difusi equimolal berlawanan arah Difusi fasa gas seperti dijelaskan pada gambar V.2 terdapat dua jenis gas, A dan B pada tekanan total P dimana difusi molekular dalam keadaan tak transien terjadi antara dua buah tangki yang saling terhubungkan dengan pipa. Putaran pengaduk menjaga agar konsentrasi pada setiap tangki adalah homogen/seragam. Tekanan parsial pA1> pA2 dan pB2> pB1. Molekul A akan berdifusi ke tangki sebelah kanan dan molekul B akan berdifusi ke tangki sebelah kiri.

Gambar V.2 Equimolar Counter Diffusion untuk Gas A dan BKarena tekanan total P konstan, maka junlah total molekul A yang berdifusi ke tangki sebelah kanan harus sama dengan jumlah molekul B yang berdifusi ka tangki sebelah kiri. Jika hal ini tidak berlangsung maka tekanan total tidak akan konstan. Pada difusi equimolal berlawanan arah, berlaku persamaan :

Persamaan tersebut menunjukkan pada campuran biner gas A dan B, koefisien difusi DAB (menentukan laju difusi gas A melalui gas B) akan sama dengan DBA (difusi sebaliknya).(Geankoplis, Transport Process and Unit Operations edisi ke-3, 1993, hlm. 386)b. Difusi A melalui B stagnanPeristiwa difusi gas satu arah yaitu peristiwa berdifusinya molekul A melalui molekul B yang tidak berdifusi. Pada keadaan ini terdapat daerah batas yang tidak memungkinkan molekul B berdifusi ke dalam daerah yang lebih banyak molekul B.Sebagai contoh adalah berdifusinya benzene (A) yang terdapat pada bagian bawah pipa kapiler menuju bagian atas dimana terdapat molekul udara (B) yang mengalir pada bagian atas, yang diilustrasikan pada gambar V.3.

Gambar V.3 Difusi Komponen A melalui Komponen B yang Stagnan : (a) Difusi Benzene ke Udara, (b) Ammonia diserap oleh Air.Molekul udara (B) tidak dapat berdifusi ke daerah yang mayoritas benzene, hal ini disebabkan oleh karena adanya daerah batas 1 dimana udara tidak dapat larut dalam benzene. Pada titik 2 tekanan parsial pA= 0, karena tidak sebanding dengan volume udara yang melalui titik tersebut.Contoh lainnya adalah seperti ditunjukkan pada gambar dimana terjadi absorbsi uap NH3 (A) yang berada dalam udara menuju air. Permukaan air bersifat imepermebel terhadap udara (B), karena udara hanya sedikit larut dalam air. Karena komponen B tidak dapat berdifusi, maka NB = 0.Untuk menurunkan persamaan difusi komponen A melalui komponen B yang tidak dapat berdifusi dapat disubstitusi dengan persamaan umum : , untuk ;Karena tekanan total p adalah konstan, dengan mensubstitusi persamaan , , ke persamaan diperoleh :

+ Dengan menyusun ulang persamaan tersebut untuk kemudian diintegrasikan :

= -

=

Persamaan di atas merupakan persamaan akhir yang dapat digunakan untuk menghitung flux A. karena , maka dan . Persamaan tersebut juga sering dituliskan dalam bentuk lain, nilai log mean inert B dapat didefinisikan sebagai berikut :

Dengan mensubstitusikan dengan persamaan sebelumnya diperoleh :

(Geankoplis, Transport Process and Unit Operations edisi ke-3, 1993, hlm. 389)Salah satu metode penentuan koefisien difusi gas adalah dengan menggunakan tabung kapiler yang diisi dengan cairan A murni dengan di atas bibir tabung dialirkan gas B horizontal. Laju transfer massa diberikan oleh persamaan :

Akibat penguapan maka cairan dalam tabung akan berkurang. Laju pengurangan cairan dalam tabung adalah sama dengan flux NA dikalikan dengan luas area penampang tabung menjadi :

Apabila kedua persamaan tersebut digabung dengan asumsi cross-sectional area adalah 1 m2, kemudian diintegrasikan akan diperoleh waktu difusi.

tF = Waktu difusi diperoleh dengan mengeplotkan grafik antara ketinggian berkurangnya larutan terhadap waktu. Persamaan gas secara semi empiris dapat dapat dituliskan melalui persamaan sebagai berikut :

(Mc Cabe, Unit Operation of Chemical Engineering edisi ke-5, 1993, hlm. 655)

C. SKEMA KERJA1. Alat abcd ef g hi

Gambar V.4 Peralatan Difusi Gas BinerKeterangan :a. Gelas ukur 10 mLb. Pipet ukur 10 mLc. Ball fillerd. Piknometer 5 mLe. Neraca analitikf. Kipas anging. Aluminium foilh. Penggarisi. Pengaduk kaca

2. Bahana. Larutan Acetone 16 mLb. Larutan n-Hexane 12 mLc. Larutan Ethanol 8 mL3. Skema Kerjaa. Difusi Campuran Acetone dan n-Hexane ( A dan B)Acetonen- HexanePiknometerGelas Ukur8 ml4 mlMengukur densitas dan massa campuranMengukur perubahan ketinggian permukaanKipas angin

Gambar V. 5 Skema Kerja Difusi Campuran Acetone dan n-Hexaneb. Difusi Campuran Acetone dan Ethanol (A dan C)AcetoneEthanolPiknometerGelas Ukur8 ml4 mlMengukur densitas dan massa campuranMengukur perubahan ketinggian permukaanKipas angin

Gambar V. 6 Skema Kerja Difusi Campuran Acetone dan Ethanol

c. Difusi Campuran n -Hexane dan Ethanol (B dan C)n- Heksane

EthanolPiknometerGelas Ukur8 ml4 mlMengukur densitas dan massa campuranMengukur perubahan ketinggian permukaanKipas angin

Gambar V. 7 Skema Kerja Difusi Campuran n-Hexane dan Ethanol

DAFTAR PUSTAKAMc. Cabe, W.L., Smith. J.C., Harri.1993. Unit Operation of Chemical Engineering, edisi ke-5. Mc. Graw Hill International Edition. Co. Ltd. Singapore.Geankoplis, C.J. 1993. Transport Process and Unit Operations, edisi ke-3. Prentice-Hall, Inc. New Jersey, USA.Karina, Nelli, Novadyanti, dkk. 2012. Makalah Farmasi Fisik Difusi dan Disolusi. Program Studi Farmasi Fakultas Kedokteran Universitas Tanjungpura, Pontianak.