DIFUSIVITAS INTEGRAL

LATAR BELAKANGTransfer massa banyak dijumpai dimana mana, di dalam kehidupan sehari hari, di dalam ilmu pengetahuan dan teknik. Asap dari cerobong asap mengepul ke udara sekeliling dengan jalan difusi.Dengan mengetahui difusivitas ( koefisien difusi ) suatu zat, maka akan dapat mengetahui kemampuan penyebaran massa zat tersebut ke dalam fase yang lain atau dalam suatu fase. Semakin besar harga difusivitas suatu zat maka akan dapat dikatakan zat tersebut mempunyai kemampuan transfer massa yang besar pula. Dalam industri kimia koefisien difusi berperan dalam perhitungan waktu proses, yang selanjutnya digunakan dalam perancangan kapasitas alat.

TUJUAN PERCOBAANMenentukan koefisien difusivitas integral (DAB) yang merupakan perbandingan Luas dengan waktu dalam satuan cm2/detik dari larutan asam oksalat yang berbeda.

TINJAUAN PUSTAKADifusi adalah salah satu bentuk transfer massa yang disebabkan oleh adanya gaya dorong ( driving force ) yang timbul karena gerakan-gerakan molekul atau elemen fluida.Difusivitas adalah suatu faktor perbandingan yaitu difusivitas massa atau komponen yang mendifusi melalui komponen pendifusi.Transfer massa berlangsung secara difusi antara dua fase atau lebih, kebanyakan dalam operasi pemisahan konstituen dari campuran terdapat dua fase yang saling bersinggungan yang dinamakan sebagai kontak fase.Dalam transfer massa dapat digolongkan menjadi dua, yaitu:

Difusi molekuler yaitu transfer massa yang disebabkan oleh gerakan molekul secara acak dalam fluida yang diam atau bergerak secara laminer. Difusi olakan yaitu transfer massa yang terjadi apabila ada suatu fluida yang mengalir melalui sebuah permukaan dengan aliran turbulen.

Jika ditinjau sebuah gas yang mengalir secara turbulen melalui sebuah permukaan dalam keadaan tetap, dan pada saat yang sama dalam aliran tersebut terjadi difusi equimolar arus berlawanan. Komponen A mendifusi dari permukaan dinding ke badan utama gas, sedangkan komponen B mendifusi dari badan utama gas ke permukaan dinding. (Hardjono, 1989)Dalam teori kinetik yang disederhanakan sebuah molekul bergerak secara garis lurus dengan kecepatan yang seragam sampai bertumbukan dengan molekul lain, maka terjadi perubahan kecepatan baik besarnya maupun arahnya.

Mekanisme terjadinya difusi dari sistem biner ( dua komponen ) yang berbeda konsentrasinya dapat digambarkan sebagai berikut.

CAKCB

Gambar.1 Mekanisme terjadinya difusi dari sistem biner.

Arah difusi dari A ke B pada awalnya mempunyai konsentrasi yang berbeda, karena adanya fluks massa yaitu banyaknya suatu komponen baik dalam satu satuan massa atau dalam satuan mol yang melintasi satu satuan luas permukaan dalam satu satuan waktu, maka konsentrasi massa A akan semakin berkurang dan konsentrasi B akan bertambah. Apabila proses difusi berlangsung dalam waktu yang relatif lama, maka konsentrasi A dan B akan seimbang atau CA = - CB.Yang dikatakan mendifusi yaitu zat yang terlarut akan mendifusi dari larutan yang konsentrasinya tinggi ke daerah yang konsentrasinya rendah.Kecenderungan zat untuk mendifusi dinyatakan dengan koefisien difusi. Koefisien difusi merupakan sifat spesifik sistem yang tergantung pada suhu, tekanan dan komposisi sistem.DAB adalah koefisien difusi untuk komponen A yang mendifusi melalui B. Dari hubungan dasar difusi molekuler yaitu fluks molar relatif terhadap kecepatan rata-rata molar JA. Yang pertama kali ditemukan oleh Ficks untuk sistem isotermal dan isobarik.

Yang dimaksud dengan fluks sendiri adalah banyaknya suatu komponen, baik dalam satuan massa atau mol, yang melintasi satu satuan luas permukaan dalam satu satuan waktu.Koefisien difusi dapat dijumpai pada persamaan hukum Ficks :JAx= - DABDimana :JAx: Fluks molar A dalam arah X( g/cm2.detik )DAB: Difusivitas massa A melalui B( cm2/detik ): Gradien konsentrasi( mol/cm4)

Tanda negatif menunjukkan bahwa difusi terjadi dengan arah yang sejalan dengan penurunan konsentrasi.

Neraca Massa :

Gambar 2. Transfer massaMassa Masuk Massa Keluar Massa Yang Bereaksi = Massa Akumulasi

Persamaan dibagi dengan A dx, maka :

Bila dalam percobaan digunakan asam oksalat Konsentrasi asam oksalat mula mula dalam pipa kapiler adalah CAo pada :X=xt= 0CA= Cao

Konsentrasi asam oksalat dalam pipa kapiler pada waktu t = ~ :X=xt= ~CA= 0

Pada ujung pipa kapiler yang tertutup tidak ada transfer massa :x= 0t= t= 0

Konsentrasi asam oksalat pada ujung kapiler pada setiap saat :x= Lt= tCA= CAPenyelesaian persamaan differensialnya :

Dimana :CA= Konsentrasi asam oksalat (mol/L)DAB= Difusivitas asam oksalat (g/cm2.detik)t= Waktu difusi (menit)L= Panjang pipa (cm)

Menghitung asam oksalat setelah difusi :N= CA . VdN= CA . dV + V . dCA ;CA = tetapdN= CA . A . dxN= CA . A . dx

Jumlah asam oksalat mula mula dalam pipa kapiler adalah :No= CAo . A . L

Persentase asam oksalat setelah difusi dalam pipa kapiler adalah :

E= 100%

E= 100%

E= 100%

Selanjutnya

E=

Untuk DAB yang tetap dan DAB . t/L2 kecil, maka persamaan dapat didekati dengan :

E = 100 - 200

100 E=200

Log (100 E) = Log (200 ) + Log

2 Log (100 E) = 2 Log (200 ) + Log

Dengan metode Least Squarey = a + b xdimana : y = 2 log ( 100 E )a = 2 log ( 200 )

x= LogB= tan = gradien = 1E= Perbandingan asam oksalat yang tertinggalt= Waktu (menit)L= Panjang pipa kapiler (cm)DAB= Koefisien difusi (g/cm2.detik)

PELAKSANAAN PERCOBAANGAMBAR ALAT

KETERANGAN

Bak penampung airKran pengatur aliranBak difusiPipa kapilerOutlet

CARA KERJAMenimbang berat pipa yang diisi dengan aquades, sehingga bisa diperoleh berat aquadesMengukur panjang pipaMengukur suhu aquadesMencari densitas aquades berdasarkan suhu yang telah diukurMenghitung volume pipaSetelah menghitung volume pipa, dilanjutkan dengan mengukur tinggi masing-masing pipa kapilerMenimbang berat pipa kapiler kosonga. Menentukan volume pipa kapiler

Memasukkan asam standard ke dalam erlenmeyer dan menambahkannya dengan indikator PPMenitrasi larutan standard dengan larutan NaOHMencatat volume NaOH yang digunakan untuk titrasiMelakukan percobaan sebanyak tiga kaliMengambil asam standard 10 ml larutanb. Standardisasi larutan NaOH

c. Standardisasi asam oksalat

Menitrasi asam oksalat (X1) dengan larutan NaOHMencatat volume NaOH yang digunakan untuk titrasiMelakukan percobaan yang sama untuk larutan asam oksalat (X2)Memasukkan sebanyak 10 ml larutan asam oksalat (X1) ke dalam erlenmeyer dan menambahkannya dengan indikator PP

d. Percobaan difusiMengisi pipa kapiler dengan asam oksalat (X1) dan mengusahakan tidak ada gelembung udaraMenyusun pipa kapiler dalam bak air dari posisi tertinggi ke yang terendahMengalirkan air dan mengatur agar alirannya laminerMencatat sebagai t = 0 pada saat air mencapai puncak pipa kapiler yang tertinggiMengambil pipa kapiler setiap selang waktu 5 menit secara berurutan dari yang tertinggi ke yang terendah

Mengambil asam oksalat (X1) dalam pipa kapiler dengan jarum suntik dan memasukkannya ke dalam gelas ukur terlebih dahuluMenambahkan aquades hingga volumenya mencapai 10 mlMemasukkan asam oksalat (X1) yang telah dicampur dengan aquades, ke dalam erlenmeyerMenambahkan indikator PP, lalu menitrasinya dengan NaOHMengulangi percobaan untuk asam oksalat (X2)

Analisis Perhitungan1. Volume pipa Dimana : V= Volume pipa(ml)m= Berat aquadest(gr)= Densitas aquadest(gr/ml)2. Menentukan Normalitas NaOHV1 x N1 = V2 x N2Dimana : V1= Volume asam standart(ml)N1= Normalitas asam standart(N)V2= Volume NaOH(ml)N2= Normalitas NaOH(N)

3. Menentukan Normalitas asam oksalat sebelum dan setelah difusiV1 x N1 = V2 x N2Dimana : V1= Volume asam standart(ml)N1= Normalitas asam standart(N)V2= Volume NaOH(ml)N2= Normalitas NaOH(N)4. Menentukan prosentase asam oksalatUntuk menentukan prosentase asam oksalat sisa (sebelum dan setelah difusi) dapat dilihat dari perbedaan normalitas asam oksalat sebelum dan setelah difusi.E = Dimana : E = % sisa asam oksalat N = Normalitas asam oksalat setelah difusi No = Normalitas asam oksalat sebelum difusi

5. Menentukan DifusivitasDapat ditentukan dari rumus:Yang dijabarkan menjadi: Persamaan diatas dapat diselesaikan dengan metode Least Square: y = a + bxdimana : y = 2 log (100-E) x = log ( ) b = intercept = 2 log ( )dengan : E = Perbandingan asam oksalat yang tertinggal t = waktu L = panjang pipa kapiler DAB= koefisien difusivitas

6. Menentukan persen kesalahan

HASIL PERCOBAAN1. Menentukan Volume Pipa Kapiler- Suhu aquadest: 28 0C- Densitas aquadest: 0.996233 g/mlTabel 1. Volume pipa kapiler

2. Standarisasi Larutan NaOH- Normalitas asam standard= 0.1 N Tabel 2. Volume asam standart dan Normalitas NaOH

Volume NaOH rata-rata = 12.5 mlNormalitas NaOH rata-rata = 0.08 N

3. Standarisasi Asam OksalatNormalitas NaOH= 0.08 NSelang Waktu= 5 menitVolume asam oksalat = volume pipa kapilerMaka dengan asam oksalat normalitas X1 diperoleh: Tabel 3.1. Volume NaOH setelah difusi Asam Oksalat ( X1 )

Tabel 3.2.Volume NaOH setelah Difusi Asam Oksalat ( X2 )

PEMBAHASAN1. Harga normalitas dan harga koefisien difusivitas asam oksalat X1Harga normalitas asam oksalat X1 sebelum dan setelah difusi dan harga koefisien difusivitas asan oksalat X1 dapat diperoleh berdasarkan tabel 3.1. Maka diperoleh:Tabel 4.1 Hubungan Normalitas asam oksalat X1 sebelum dan setelah difusi dengan % sisa asam oksalat

Dan dapat dibuat grafik seperti gambar 1.

Gambar 3. Grafik hubungan antara Log (t/L2) dengan 2 Log (100-E) Asam Oksalat X1 Hubungan antara Log (t/L2) dengan 2 Log (100-E) pada gambar menghasilkan persamaan dengan metode least square Y = X + 1.02084. Dari persamaan yang diperoleh dapat diketahui persen kesalahan sebesar 5.1912 %, dan DAB sebesar 8.35315 x 10-05 cm2/det.

2. Harga normalitas dan harga koefisien difusivitas asam oksalat X2Harga normalitas asam oksalat X2 sebelum dan setelah difusi dan harga koefisien difusivitas asam oksalat X2 dapat diperoleh berdasarkan data Tabel 3.2. Maka diperoleh: Tabel 4.2 Hubungan Normalitas asam oksalat X2 sebelum dan setelah difusi dengan % sisa asam oksalat

Dan dapat dibuat grafik seperti gambar 2.

Gambar 4. Grafik hubungan antara Log (t/L2) dengan 2 Log (100-E) Asam Oksalat X2 Hubungan antara Log (t/L2) dengan 2 Log (100-E) pada gambar menghasilkan persamaan dengan metode least square Y = X + 1.0110. Dari persamaan yang diperoleh dapat diketahui persen kesalahan sebesar 24.6363%, dan DAB sebesar 8.35315 x 10-05cm2/det.

Percobaan difusivitas bertujuan untuk menentukan koefisien difusivitas cairan ( DAB ). Dimensi difusivitas cairan adalah panjang berpangkat dua dibagi dengan waktu. Koefisien difusivitas tergantung pada temperatur, tekanan dan komposisi sistem. Pada percobaan yang telah dilakukan yang berbeda adalah konsentrasi sistemnya, sedangkan temperatur dan tekanan tetap. Dari percobaan didapat hubungan antara asam oksalat yang terdifusi dengan waktu difusi, sehingga dengan persamaan :

Didapat grafik berupa garis lurus yaitu grafik hubungan antara dengan intercept = 2 log ( ).

Perhitungan konstantanya dengan menggunakan metode Least Square.Dari percobaan yang telah dilakukan serta dari perhitungan interceptnya maka harga koefisien difusivitas dapat dicari. Dari percobaan dapat diketahui bahwa konsentrasi yang besar, maka akan diperoleh harga difusivitas yang besar pula. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

Pada konsentrasi yang lebih besar, maka fluks molar yang melintasi satu satuan luas permukaan dalam satu satuan waktu semakin besar, maka semakin besar pula kemampuan molekul itu untuk menyebar atau mendifusi.Penggunaan aquades hingga volume larutan asam oksalat yang akan dititrasi sebanyak 10 ml dimaksudkan untuk mempermudah proses titrasi, karena sedikitnya asam oksalat yang dapat diambil dari pipa kapiler yang disebabkan oleh kecilnya volume pipa kapiler. Dari percobaan diketahui pada konsentrasi yang lebih besar diperoleh harga difusivitas yang besar pula.Persen kesalahan sebesar 5.1912 % dan 24.6363 %, dikarenakan hal yang paling utama adalah pada saat titrasi (standarisasi) kurang teliti dan akurat, saat memasang pipa kapiler kurang sama ketinggiannya sehingga proses difusi berlangsung pada waktu yang tidak bersamaan antar pipa kapiler.

KESIMPULANLarutan asam oksalat X1 diperoleh N rata-rata sebelum difusi = 0.0467 N dan sesudah difusi = 0.0420 N. Harga koefisien difusivitas sebesar sebesar 8.35315 x 10-05 cm2/detik dengan metode Least Square : Y = X + 1.02084 dengan persen kesalahan ratarata sebesar 5.1912 %.

Larutan asam oksalat X2 diperoleh N rata-rata sebelum difusi = 0.0365 N dan sesudah difusi = 0.0321 N. Harga koefisien difusivitas sebesar 8.1651 x 10-05 cm2 / detik dengan metode Least Square : Y = X + 1.0110 dengan persen kesalahan rata rata sebesar 24.6363 %.

Persamaan yang didapat merupakan fungsi linier dari 2 Log (100 E) vs Log (t/L2) yang menunjukkan semakin lama waktu operasi difusi maka akan semakin banyak asam oksalat yang terdifusi ke dalam air.

Pada percobaan kami semakin kecil normalitas suatu larutan atau senyawa maka koefisien difusivitasnya semakin kecil.

DAFTAR PUSTAKAHardjono. 1989. Diktat Kuliah Operasi Teknik Kimia II . Hal 1 4. Fakultas Teknik Jurusan Teknik Kimia. UGM Yogyakarta.Brown, G.G., 1950, Unit Operation, John Willey and Sons, Inc. New York

*