MAKALAH KIMIA KOLOID DAN PERMUKAAN

PENYERAPAN PADA PERMUKAAN GAS-PADAT

KELOMPOK 9

ALFIAH ALIFWAODE VEBY VERLYNA

ISMIYATI H. YUSUF

JURUSAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDINMAKASSAR

2012

1

A. PENDAHULUAN

Secara umum peristiwa adsorpsi yang terjadi pada larutan terbagi atas dua

bagian yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Adsorpsi fisika merupakan

adsorpsi yang disebabkan oleh gaya Van der Waals yang ada pada permukaan

adsorbens, panas adsorbens biasanya rendah dan terjadi di lapisan pada

permukaan adsorbens yang umumnya lebih besar dari satu mol.  Sedangkan

adsorpsi kimia adalah adsorpsi yang terjadi karena adanya reaksi antara zat yang

diserap dan adsorbens, lapisan molekul pada permukaan adsorbens hanya satu

lapis dan panas adsorpsinya tinggi (Syabatini, A., 2009).

Adsorpsi adalah proses penyerapan suatu zat di permukaan zat lain. Zat yang

diserap disebut fase terserap dan zat yang menyerap disebut adsorpen. Disebabkan

karena gaya tarik molekul-molekul pada permukaan adsorpen. Pemanfaatan

adsorpsi dalam kehidupan sehari-hari antara lain :

a. Proses pemutihan gula pasir

b. Penyembuhan sakit perut dengan serbuk karbon atau norit

c. Penjernihan air keruh dengan menggunakan tawas (Al2(SO4)3)

d. Penggunaan arang aktif

e. Penggunaan arang halus pada masker, berfungsi untuk menyerap gas yang

beracun

f. Filter pada rokok, yang berfungsi untuk mengikat asap nikotin dan tar.

Kinetika adsorpsi menyatakan adanya proses penyerapan suatu zat oleh

adsorben dalam fungsi waktu. Adsorpsi terjadi pada permukaan zat padat karena

adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat. Molekul-molekul

pada permukaan zat padat atau zat cair, mempunyai gaya tarik ke arah dalam,

2

karena tidak ada gaya-gaya lain yang mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini

menyebabkan zat padat dan zat cair, mempunyai gaya adsorpsi. Adsorpsi berbeda

dengan absorpsi. Pada absorpsi zat yang diserap masuk ke dalam absorbens

sedangkan pada adsorpsi zat yang diserap hanya terdapat pada permukaannya

Monolayer adalah lapisan tipis setebal ukuran atom atau molekul dan mempunyai

kualitas dua-dimensi yang unik. (Sukardjo, 1990).

Syarat adsorpsi yaitu:

(a) Adsorben harus memiliki luas permukaan yang besar

(b) Adsorben harus memiliki micropores dan macropores (misal: karbon aktif

dan zeolit)

(c) Adsorpsi selektif (harus menghindari kelembaban)

(d) Memerlukan waktu kontak yang cukup untuk terjadi pemisahan yang baik

(e) Perlakuan awal untuk komposisi gas yang rendah

(f) Distribusi aliran dalam tumpukan adsorben yang baik

(g) Adsorben harus mudah diregenerasi

(h) Operasi kontinyu memerlukan beberapa bed yang disusun seri

Proses adsorpsi yang terjadi pada kimisorpsi, partikel melekat pada

permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan

cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasinya dengan

substrat. Peristiwa adsorpsi disebabkan oleh gaya tarik molekul-molekul di

permukaan adsorbens. Dimana adsorben yang biasa digunakan dalam percobaan

adalah kabon aktif, sedangkan zat yang diserap adalah asam asetat (Keenan, 1999

3

Jenis –jenis adsorpsi, yaitu:

Peristiwa adsorpsi yang terjadi jika berada pada permukaan dua fasa yang

bersih ditambahkan komponen ketiga, maka komponen ketiga ini akan sangat

mempengaruhi sifat permukaan. Komponen yang ditambahkan adalah molekul

yang teradsorpsi pada permukaan (dan karenanya dinamakan surface aktif).

Jumlah zat yang terserap setiap berat adsorbens, tergantung konsentrasi dari zat

terlarut. Namun demikian, bila adsorbens sudah jenuh, konsentrasi tidak lagi

berpengaruh. Adsorpsi dan desorpsi (pelepasan) merupakan kesetimbangan

(Atkins,  1990).

Partikel sol padat ditempatkan dalam zat cair atau gas, maka partikel zat cair

atau gas akan terakumulasi. Fenomena disebut adsorpsi. Jadi adsorpsi terkait

dengan penyerapan partikel pada permukaan zat. Partikel koloid sol memiliki

kemampuan untuk mengadsorpsi partikel pendispersi pada permukaanya. Daya

adsorpsi partikel koloid tergolong besar Karena partikelnya memberikan sesuatu

permukaan yang luas. Sifat ini telah digunakan dalam berbagai proses seperti

4

penjernihan air. Jika partikel-partikel sol padat diletakkan dalam zat cair atau gas

maka partikel-partikelnya akan terakumulasi pada permukaan zat padat tersebut.

Fenomena ini disebut adsorpsi yang terkait dengan penyerapan partikel pada

permukaan zat. Adsorpsi dengan absorpsi itu berbeda. Bedanya adalah absorpsi

terkait dengan penyerapan partikel sampai ke bawah permukaan zat.           

Partikel koloid sol mempunyai kemampuan untuk mengadsopsi partikel-

partikel pendispersi pada permukaannya, baik itu partikel netral atau bermuatan

(kation dan anion). Daya adsorpsi partikel koloid tergolong besar karena partikel-

partikelnya memberikan suatu permukaan yang sangat luas. Sifat adsorpsi ini

telah digunakan dalam berbagai proses seperti penjernihan air.

Secara umum analisis kinetika adsorpsi terbagi atas tiga bagian yaitu orde

satu, orde dua dan orde tiga. Peristiwa kinetika adsorpsi dapat dipelajari hubungan

konsentrasi spesies terhadap perubahan waktu. Kinetika adsorpsi karbon aktif

terhadap asam asetat dapat ditentukan dengan mengukur perubahan konsentrasi

asam asetat sebagai fungsi waktu dan menganalisisnya dengan analisis harga k

(konstanta kesetimbangan adsorpsi) atau dengan grafik. Ketiga analisis kinetika

adsorpsi tersebut adalah:

5

1. Orde satu

ln C     = – kt + ln Co

Dari persamaan tersebut, diperoleh grafik hubungan antara ln C dengan t,

yang merupakan garis lurus dengan slope k dan intersep ln Co.

2. Orde dua

ln C= kt

Dari persamaan diatas diperoleh grafik hubungan antara 1/C dengan t,

yang merupakan garis lurus dengan slope k dan intersep 1/Co.

3. Orde tiga

ln C = kt

Dari persamaan diatas, maka grafik hubungan antara 1/C2 dengan t, yang

merupakan garis lurus dengan slope 2 k dan intersep 1/Co2 (Tony, 1987).

B. MEKANISME ADSORPSI

Dalam suatu penyerapan gas-padat terdapat 2 jenis adsorpsi yaitu:

a. Isoterm Adsorpsi

Data yang menghubungkan konsentrasi zat teradsorpsi (g/g padatan)

dengan konsentrasi fase gas pada kesetimbangan (g/ mL larutan) dinamakan

isotherm adsorpsi.

Wads = f (P,T)

Tiga bentuk Isoterm Adsorpsi yang umum digunakan:

Langmuir

Freundlich

Brunauer-Emmett-Teller (BET)

6

Isoterm adsorpsi yang banyak digunakan

1. Isoterm Langmuir

Model adsorpsi gas pertama kali disusun oleh Langmuir (1916). Model

Langmuir klasik: adsorpsi monolayer. Diasumsi bahwa molekul gas yang

menabrak permukaan memungkinkan untuk terjadinya adsorpsi. Molekul-molekul

yang telah diadsorpsi, sebaliknya, juga memiliki kemungkinan untuk desorpsi.

Pada kesetimbangan, molekul-molekul teradsorpsi dan terdesorpsi dalam jumlah

yang sama. Kemungkinannya tergantung pada kekuatan interaksi antara

permukaan adsorben dan gas adsorbat.

7

Dapat digunakan untuk menyatakan sistem biner dan ternary

Beberapa physisorption dan hampir semua chemisoption processes dengan

dasar teoritis terbaik yang berasumsi bahwa adsorpsi terbatas pada satu lapisan di

permukaan. Kedua konstanta dapat dicari dengan linierisasi isoterm:

2. Isoterm Freundlich

Isoterm Fruendlich sesuai untuk permukaan heterogen, dengan lapisan

monolayer. Umum digunakan untuk hampir semua adsorpsi dan sesuai untuk

hampir semua data. Merupakan model empiris, meskipun menggunakan dasar-

dasar teoritis.

8

Parameter Isoterm Freundlich

3. Isotherm Brunauer-Emmett-Teller (BET)

Brunauer, Emmett dan Teller (BET) menyusun beberapa model untuk

adsorpsi gas pada padatan yang kemudian menjadi standar untuk pengukuran luas

permukaan. Isoterm BET isotherm sesuai untuk multiple layers pada permukaan

homogen.

Asumsi yang digunakan pada Isoterm BET sederhana:

1. Gas mengadsorpsi pada permukaan padatan yang datar dan seragam dengan

adsorpsi panas yang seragam akibat gaya van der Waals antara gas dan

padatan.

9

2. Tidak ada interaksi lateral antara molekul-molekul yang terdasorpsi.

3. Setelah permukaan tertutup sebagian oleh molekul gas yang teradsorpsi,

molekul gas lain dapat teradsorpsi baik pada permukaan yang masih bebas

maupun di atas lapisan yang telah teradsorpsi sebelumnya. Adsorpsi pada

lapisan kedua dan seterusnya terjadi pada panas adsorpsi sama dengan panas

pencairan gas.

adsorpsi multi-layers

Sesuai untuk hampir semua data adsorpsi gas pada padatan. Mewakili

semua jenis isoterm, termasuk isoterm linier dan langmuir. Memiliki dasar teoritis

yang cukup. Perhitungan untuk satu komponen:

Di mana n adalah jumlah monolayer yang teradsorpsi, dan x = P/P0. dengan, P

adalah tekanan parsial gas yang sesungguhnya dan P0 adalah tekanan uap gas

murni.

10

Untuk mendapatkan parameter-parameter dalam persamaan BET,

persamaan tersebut perlu dilinierkan:

b. Persamaan Empiris untuk Adsorpsi

Korelasi menggunakan logarithmic serie expansion seperti:

Di mana a, b dan c merupakan konstanta yang spesifik untuk senyawa tertentu.

C. ADSORPSI PADA PERMUKAAN PADAT

Adsorpsi karbon aktif merupakan salah satu teknologi yang paling efektif

untuk mengambil bahan organik dan substansi yang berwarna. Adsorpsi

merupakan proses penghilangan substansi yang terdapat pada larutan melalui

penyerapan substansi ke permukaan adsorben solid yaitu karbon aktif. Ini

merupakan proses perpindahan dimana substansi-substansi terikat pada

permukaan partikel adsorben baik itu karena gaya tarik kimia maupun fisika.

Karbon aktif merupakan adsorben yang sangat efektif karena mempunyai pori-

pori yang cukup besar, sehingga memiliki daerah permukaan yang luas relatif

11

terhadap ukuran daripada partikel karbon aktif yang da dilihat dari permukaan

luarnya (Muchayat dan Widjaja, 2004).

Gugus permukaan yang mengandung oksigen pada karbon aktif

Permukaan oksida metal

Koagulan membentuk endapan Fe(OH)3 dan Al(OH)3 yang memiliki

gugus permukaan –OH yang dapat mengadsorpsi senyawa rganic dan berbagai

macam logam

DAFTAR PUSTAKA

12

Atkins, P.W. 1990. Kimia Fisika Jilid 2 Edisi Keempat. Penerbit Erlangga. Jakarta.

Keenan. 1999. Kimia Untuk Universitas. Erlangga. Jakarta.

Muchayat dan Widjaja, T., 2004, Studi Kinerja Pact Proses Dalam Merespon Bahan Organik Berbasis Phenol, Jurnal Ilmiah Sains dan Teknologi 3 (3) 77-83.

Sukardjo. 1990. Kimia Anorganik. Penerbit Rineka Cipta. Jakarta.

Syabatini, A., 2009, Kinetika Adsorpsi (online), www.annisanfushie's_weblog/htm, diakses tanggal 16 April 2009, pukul 19.00 WITA.

Tony, Bird. 1987. Kimia Fisika Untuk Universitas. PT. Gramedia Pustaka Utama.  Jakarta.

13