A.
Tujuan
Percobaan
1.
Menentukkan
model yang sesuai untuk adsorpsi zat warna oleh karbon aktif.
2.
Menghitung
kapasitansi adsorpsi oleh karbon aktif.
B.
Dasar Teori
1.
Adsorpsi
Adsorbsi secara umum adalah proses penggumpalan subtansi terlarut (soluble)
yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi
suatu ikatan kimia fisika antara subtansi dengan penyerapannya. Adsorbsi dapat
dikelompokkan menjadi dua, yaitu ;
1.
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.
2.
Adsorbsi kimia, yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut
yang teradsorbsi (Atkins, 1997).
Istilah adsorpsi
digunakan untuk menjelaskan kenyataan bahwa ada konsentrasi yang lebih besar
dari molekul yang teradsorpsi pada permukaan padatan daripada dalam fasa gas
atau dalam badan larutan. Secara umum, adsorben padatan dengan ukuran partikel kecil digunakan
dan sering dengan ketidaksempurnaan permukaan seperti keretakan dan lubang yang
dapat meningkatkan luas permukaan persatuan massa. Partikel-partikel berpori
yang kecil tersebut mempunyai luas permukaan spesifik antara 10 – 1000 m2
g-1. Beberapa contoh adsorben yang umum digunakan adalah karbon
aktif, silika gel (SiO2), alumina (Al2O3),
zeolit dan penyaring molekul (Taba, 2011). Ada beberapa faktor yang
mempengaruhi kemampuan adsorpsi suatuadsorben diantaranya adalah sebagai
berikut (Junaidi, 2009) :
1.Luas permukaan adsorben
Semakin luas permukaan adsorben,
semakin banyak adsorbat yang diserap,sehingga proses adsorpsi dapat semakin efektif. Semakin kecil ukurandiameter
pertikel maka semakin luas permukaan
adsorben.
2.Ukuran partikel
Makin kecil ukuran
partikel yang digunakan maka semakin besar kecepatanadsorpsinya. Ukuran
diameter dalam bentuk butir adalah lebih dari 0,1 mm,sedangkan ukuran diameter
dalam bentuk serbuk adalah 200 mesh.
3.Waktu kontak
Semakin lama waktu kontak
dapat memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung
lebih baik. Konsentrasi zat-zat organic akan turun apabila kontaknya cukup dan
waktu kontak biasanyasekitar 10-15 menit.
4.Distribusi ukuran pori
Distribusi pori akan
mempengaruhi distribusi ukuran molekul adsorbat yang masuk kedalam partikel
adsorben. Kebanyakan zat pengadsorpsi atau adsorben merupakan bahan yang sangat
berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau
letak-letak tertentu didalam partikel tersebut.Penyerapan ion-ion logam pada
pada permukaan sel mikroorganisme dapat digambarkan dengan kurva Freundlich
atau Langmuir, menggunakan data konsentrasi logam yang terikat dan yang masih
terdapat dalam larutan, namun pendekatan isoterm Langmuir merupakan pendekatan
yang paling umum digunakan (Mawardi, 2009).
2.
Absorpsi
Absorpsi radiasi berhubungan dengan perubahan
hanya dalam energi rotasional. Suatu spektrum absorpsi vibrasi yang khas
terdiri dari pita-pita kompleks dan bukan garis-garis tunggal (Day dan Underwood,
1994).
Laju
absorpsi θ merupakan laju perubahan penutupan permukaan dan dapat ditentukan
dengan mengamati perubahan penutupan terfraksi terhadap waktu. Laju tertutupnya
permukaan oleh adsorbat, bergantung pada kemampuan substrat untuk menghamburkan
energi partikel datang sabagai gerakan termal, saat partikel itu menabrak
permukaan. Jika energi itu tidak dihamburkan dengan cepat, partikel itu
bermigrasi di atas permukaan, sampai sebuah vibrasi mengeluarkannya ke dalam
gas pelapis, atau partikel itu mencapai tepian. Perbandingan antara tabrakan
dengan permukaan yang menghasilkan adsorpsi, disebut peluang melekat s (Atkins,
1997):
Menurut
Atkins 1997, Isoterm Langmuir adalah isoterm yang paling sederhana, didasarkan
pada asumsi bahwa setiap tempat absorpsi adalah ekuivalen, dan kemampuan
partikel untuk terikat ditempat, tidak bergantung pada ditempati atau tidaknya
tempat yang berdekatan. Dengan konstanta laju ka untuk absorpsi dan
kd untuk desorpsi. Laju perubahan untuk penutupan permukaan karena absorpsi,
sebanding dengan tekanan A sebesar P dan jumlah tempat kosong N(1 - θ), dengan
N merupakan jumlah tempat total:
θ
= kapN(1 – θ)
3.
Isotermal Freundlich
Adsorpsi isoterm Freundlich,
merupakan persamaan yang menunjukkanhubungan antara jumlah zat yang terserap
dengan konsentrasi zat dalam larutan,dan dinyatakan dengan persamaan :
= k Cn
dengan m adalah jumlah miligram zat
yang terserap pergram zat penyerap, cadalah konsentrasi zat terserap saat
seimbang, k dan n adalah tetapan. Denganmengukur m sebagai fungsi c dan memplot
log m terhadap log c, maka nilai ndan k dapat ditentukan dari slop dan
intersepnya. Isoterm Freundlich tidak berlaku jika konsentrasi (atau tekanan)
zat terserap terlalu tinggi (Mawardi,2009). Adsorpsi Isoterm Langmuir. Langmuir
menggambarkan bahwa pada permukaan penyerap terdapat sejumlah tertentu pusat
aktif (active sites) yang sebanding dengan luas permukaan penyerap. Pada setiap
pusat aktif hanya satu molekul yang dapat diserap. Ikatan antara zat yang
terserap dengan penyerap dapat terjadi secara fisika (physisorption) atau
secara kimia (chemisorption).Ikatan tersebut harus harus cukup kuat untuk
mencegah perpindahan molekulyang telah terserap sepanjang permukaan penyerap.
Interaksi antar molekul-molekul yang terserap dalam lapisan hasil serapan
diabaikan (Mawardi, 2009).
4. Karbon
Aktif
Karbon atau arang aktif adalah material yang
berbentuk butiran atau bubuk yang berasal dari material yang mengandung karbon
misalnya batubara, kulit kelapa, dan sebagainya. Dengan pengolahan tertentu yaitu
proses aktivasi seperti perlakuan dengan tekanan dan suhu tinggi, dapat
diperoleh karbon aktif yang memiliki permukaan dalam yang luas (Pararaja,
2008).Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon,
dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu
tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran
udara didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut
hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai
bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben(penyerap). Daya serap
ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih
tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan bahan-bahan kimia
ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan
mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia.Arang yang demikian disebut
sebagai arang aktif (Pararaja, 2008).
Rodamin B merupakan zat warna golongan xanthenes
dyes. Rodamin Badalah bahan kimia yang digunakan untuk pewarna merah pada
industri tekstildan plastik. Rodamin B adalah pewarna sintetis yang berasal
dari metanlinilat dan dipanel alanin yang berbentuk serbuk kristal berwarna
kehijauan, berwarna merah keunguan dalam bentuk terlarut pada konsentrasi
tinggi dan berwarna merah terang pada konsentrasi rendah. Rodamin B sering
disalahgunakan untuk pewarna pangan (kerupuk, makanan ringan, es-es dan minuman
yang sering dijual disekolah) serta kosmetik dengan tujuan menarik perhatian
konsumen. Rodamin B (C28N31N2O3Cl) adalah bahan kimia
sebagai pewarna dasar untuk berbagai kegunaan (Syaifuddin, 2009).
Adsorpsi biasanya digambarkan melalui isotherms, yaitu jumlah adsorbat pada
adsorben sebagai fungsi dari tekanan (jika gas) atau konsentrasi (jika cairan)
pada suhu konstan. Kuantitas adsorben hampir selalu dinormalkan oleh
massaadsorben untuk memungkinkan perbandingan pada bahan yang berbeda
(Hunter,2003).
C. Alat
dan Bahan
Pada percobaan ini digunakan alat – alat untuk menunjang berjalannya praktimum, adapun alat
–alat tersebut diantaranya adalah kuvet spektonik, Erlenmeyer 20 mL, kertas
saring, labu ukur 50 mL, labu kur 100 mL, gelas piala 50 mL, corong gelas kecil,
gelas arloji, pipet 10 mL, bola hisap,
rak, alumunium foil, botol aquades, sendok sungu, label, spatula, pipet ukuran
25 mL, pengaduk gelas, shaker, dan gelas piala 150 mL.
Sedangkan bahan –bahan yang digunakan pada percobaan ini
adalah zat warna dan karbon aktif.
D. Cara
Kerja
Pada
percobaan kali ini, ada dua tahapan yang dilakukan yaitu
a. Pembuatan
Kurva Kalibarasi
Tahap pertama dalam pembuatan kurva
kalibrasi dilakukan dengan cara yaitu
larutan zat warna 10 ppm dibuat. Setelah itu dari larutan zat warna 10
ppm tersebut diencerkan untuk mendapatkan larutan standar dengan konsentasi 0,5
ppm, 1 ppm, 2 ppm, 4 ppm, dan 8 ppm masing-masing 50 mL. Kemudian, ditentukan
absorbansinya pada panjang gelombang (λ) yang sesuai dengan zat warna.
b.
Adsorpsi
Isotermal
Pada tahap ini, dilakukan dengan cara larutan zat warna 100 ppm dibuat. Selanjutnya
larutan tersebut diencerkan, untuk mendapatkan larutan dengan
konsentrasi 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, dan 25 ppm masing-masing 100 mL. Disiapkan
lima buah Erlenmeyer 250 mL kering dan bersih. Kemudian, masing-masing
dimasukkan 1 g karbon aktif. Setelah itu, ditambahkan 100 mL larutan zat warna
dengan konsentrasi 5, 10, 15, 20 dan 25 ppm. Kelima erlemeyer tersebut ditutup
menggunakan aluminium foil, kemudian diaduk menggunakan shaker selama 30 menit. Larutan kemudian disaring menggunakan
mengunakan kertas saring untuk memisahkan karbon aktifnya. Kemudian, absorbansi
larutan pada panjang gelombang (λ) zat warna diukur.
E.
Data Pengamatan
1.
Tabel
Tabel
1 kurva Kalibrasi
Konsentrasi
|
Absorbansi
|
0.5 ppm
|
0.020
|
1 ppm
|
0.035
|
2 ppm
|
0.048
|
4 ppm
|
0.062
|
5 ppm
|
0.169
|
Tabel
II Isoterm Absorpsi
Konsentrasi (ppm)
|
Absorpsi
|
5
|
0.101
|
10
|
0.180
|
15
|
0.285
|
20
|
0.416
|
25
|
0.550
|
Tabel
III Isotermal Longmuir
Co (ppm)
|
Ce
|
Qe
|
Co/Qe
|
5
|
4.9
|
-10
|
-0.49
|
10
|
9.0
|
-100
|
-0.09
|
15
|
14.6
|
-40
|
-0.365
|
20
|
21.5
|
150
|
0.143
|
25
|
28.5
|
350
|
0.081
|
Tabel
IV Isotermal Freundlich
Log Ce
|
Log Qe
|
0.69019608
|
1
|
0.954242509
|
2
|
1.164352856
|
1.602059991
|
1.334453751
|
2.176091259
|
1.45484486
|
2.544068044
|
2.
Grafik
1.
Grafik Kurva
Kalibrasi
2. Grafik
Langmuir
3. Grafik
Freundlich
F. Pembahasan
Percobaan
yang berjudul “Isoterm Adsorpsi Zat Warna oleh Karbon Aktif” mempunyai tujuan
menentukkan model yang sesuai adsorsi zat warna oleh karbon aktif dan
menghitung kapasitas adsorpsi oleh karbon aktif. Prinsip dalam percobaan ini
adalah didasarkan pada teori frundlich, yaitu banyaknya zat yang
diadsorpsi pada temperatur tetap oleh suatu adsorban tergantung dari
konsentrasi dan kereaktifan adsorbat mengadsorpsi zat-zat tertentu. Percobaan
ini menggunakan adsorpsi fisika karena adanya gay van der waals antara adsorben
dengan adsorbat yang digunakan sehingga proses adsorpsi hanya terjadi ada
permukaan larutan.
Pada
percobaan ini, dilakukan dua tahapan yaitu berupa tahapan pembentukan kurva
kalibrasi dan adsorpsi isotermal. Tahapan pertama dilakukan dengan pembuatan
larutan dengan variasi konsentrasi yaitu 0,5 ppm, 1 ppm, 2 ppm, 4 ppm, dan 8
ppm. Pembuatan larutan dibuat dari yang paling tidak pekat, hal ini dimaksudkan
agar konsentrasi yang paling encer tidak terpengaruh kepekatannya oleh larutan
yang lebih pekat saat penggunaan alat yang sama karena terdapat larutan pekat
yang masih tertinggal. Dalam percobaan ini, dilakukan pengukuran absorbansi dan panjang gelombang menggunakan
spektofotometer spektronik 20 D+ dengan larutan blankonya berupa air, karena
dalam percobaan ini pelarutnya air, maka dari itu larutan blanko yang digunakan
adalah air. Larutan blanko itu sendiri merupakan sebuah larutan yang digunakan
untuk membuat titik nol konsentrasi dari grafik kalibrasi. Dari percobaan yang
telah dilakukan diperoleh absorbansinya dari konsentrasi 0,5 ppm, 1 ppm, 2 ppm,
4 ppm, dan 8 ppm secara berurutan adalah 0.020, 0.035,
0.048, 0.062, 0.169. Dapat dilihat
bahwa, semakin tinggi konsentrasi maka absorbansinya juga semakin tinggi Hal
ini dikarenakan semakin besar konsentrasi larutan semakin pekat warnanya
sehingga kekuatan untuk menembus warnanya semakin besar. Larutan yang memiliki absorbansi lebih tinggi
dari larutan standar harus diencerkan sampai memenuhi konsentrasi larutan yang
telah ada. Hal ini sesuai dengan hokum Lambert Beer dimana absorbansi sebanding
dengan kepekatan larutan. Dari hasil absorbansi, dapat ditentukkan grafik kurva
kalibrasinya dengan persamaan y = 0.019x +0.008.
Tahapan
selanjutnya yaitu adsorpsi isothermal, yang dilakukan dengan melarutkan zat
warna 100 ppm, dengan konsentrasi 5 ppm, 10 ppm, 20 ppm, 15 ppm, dan 25 ppm.
Dari konsentrasi tersebut absorbansi yang diperoleh secara berturut – turut adalah sebesar 0.101, 1.80, 0.285, 0.416, dan
0.550. Kemudian dalam 5 buah erlenmeyer
yang telah berisi larutan yang telah dincerkan dimasukkan 1 gram karbon aktif. Karbon
aktif ini merupakan salah satu adsorben yang efektif digunakan dalam proses
adsorpsi. Sifat fisik dari karbon aktif itu sendiri ialah terpadat pada jumlah
dan ukuran pori – pori yang dapat diisi adsorbat. Setiap molekul akn mengisi
pori – pori sesuai dengan ukurannya. Sedangkan sifat kimianya yaitu berada apad
gugus pengaktif yang terdapat dalm permukaan karbon aktif dapat berinteraksi
secara kimiawi dengan molekul organik. Dalam percobaan ini, karbon aktif
dimasukkan tidak secara bersamaan dengan larutan, hal ini dikarenakan waktu
kontak antara karbon aktif dengan adsorbat sangat berpengaruh pada proses
adsorpsi. Artinya, jika karbon aktif dimasukkan secara bersamaan dengan
larutan, maka waktu kontak akan semakin lama dengan larutan. Hal ini menjadikan
semakin banyak adsorbat yang mengisi pori – pori karbon aktif. Setelah itu,
lima erlenmeyer tersebut ditutup dengan alumunium foil tujuannya agar karbon
aktif tidak bercampur dengan senyawa lain, dan kemudian diaduk dengan shaker
selama 30 menit, tujuannya agar meningkatkan antara absorben dan adsorpsinya.
Dari tahapan adsorpsi isotemal ini, dapat ditentukan grafik langmuir. Diperoleh
y = 143.8x-3215 dengan R2 = 0.460. Dari grafik Langmuir menunjukkan hubungan
Ce dengan Co/Qe yang mana semakin besar nilai Ce, maka semakin besar pula nilai
Co/Qenya. Tetapi hasil yang diperoleh pada grafik belum sesuai dengan
teori isotherm adsorbsi Langmuir karena seharusnya grafik mengalami kenaikan
dan selanjutnya terjadi kekonstanan. Namun dari hasil percobaan ini grafik
terus mengalami kenaikan. Hal ini mungkin terjadi dalam kesalahan pengenceran
larutan.
Setelah ditentukan grafik absorpsi langmuir, selanjutnya dapat
ditentukan grafik Freundlich yang mana merupakan grafik yang menghubungkan
hasil log dari Ce dan log Qe. Dari grafik Freunlich ini, diperoleh y = 1.857x-3.186
dengan R2 = 0.811. Hal ini menunjukkan hasil yang diperoleh dari
grafik freunlich sudah hampir
sesuai dengan teori isotherm adsorpsi Freundlich yaitu grafik berupa garis
linear. Isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan persamaan sebagai berikut y= mx + b, dari persamaan
ini dapat hitung nilai kanya dengan ka = invers log b. Pada perhitungan ka
Langmuir, didapatkan ka sebesar 6.93 x 10-3. Sedangkan pada
perhitungan ka Freundlich didapatkan 1534.6, hal ini menunjukkan kapasitansi
karbon aktif pada percobaan lebih baik asumsi kapasitansi Langmuir dari pada
Freundlich. Pada grafik Langmuir diperoleh R2 = 0.460, yang artinya
jauh dari 1, sedangkan pada grafik Freunlich diperoleh R2 = 0,811 artinya mendekati 1. Sehingga pada
percobaan adsorbasi isothermal ini, isothermal Freunlich yang lebih sesuai.
G.
Kesimpulan
Dari hasil percobaan, dapt disimpulkan bahwa,
1.
Berdasar
nilai R, dari grafik isotherm Langmuir dan grafik isotherm Freundlich, dapat
diketahui bahwa percobaan yang sesuai dengan adsorbs zat warna karbon aktif
adalah isotherm Freunlich.
2.
Kapasitansi
adsorbs oleh karbon aktif sebesar
Ka Langmuir = 6.93 x 10-3
Ka Freundlich = 1534.6
Daftar Pustaka
Atkin, P.W .1997. Kimia
Fisika Edisi Keempat. Jakarta : Erlangga.
Day, R. A., dan
Underwood, A. L, 1994. Analisis Kimia Kuantitatif Edisi Keempat. Jakarta
: Erlangga
Nurlamba, N. S,
Zackiyah, dan Siswatiningsih, W. 2010 Kajian Kinetika Kitosan – Bentonit dan
Adsorpsi Diazinon Terhadap Kitosan-Bentonit. (http
://www.jstk.de/voll/nurlamba.proof.pdf/ diakses pada tanggal 10 Maret 2013
pukul 12.45 WIB)
Sukardjo.1989.Kimia
Fisika. Jakarta : Bina Aksara
Taba, P. Zakir, M.,
dan Fauziah, S. 2011. Penuntun Praktikum Kimia Fisika . Laboratorium
Kimia Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Hasanuddin. Makassar.
Widjanarkao. P. I. ,
Widiantoro, Soctaredjo, L. F. E, dan Ismadji, S . 2006. Kimetika Adsorbsi Zat
Warna Congo Red Dan Rhodamine B dengan menggunakan Serabut Kelapa Dan Ampas
Tebu, Jurnar Teknik Kimia online (http
://digilib.its.ac.id/public/ITS-undergraduate-10078/ diakses pada tanggal 10
Maret 2013 pukul 12.00 WIB)
Yogyakarta, 21 Maret
2013
Asisten Praktikan
Zakky Amanatul Qudsiyah
Lampiran
Perhitungan
1.
Perhitungan
Ce
y = mx ± c
·
A= 0.101
y = 0.019x +0.008
0.101 = 0.019Ce +0.008
0.101 - 0.008 = 0.019 Ce
0.093 = 0.019 Ce
Ce = 4.9
·
A = 0.180
y = 0.019x + 0.008
0.180 = 0.019Ce + 0.008
0.180 -0.008 = 0.019 Ce
0.17 2= 0.019 Ce
Ce = 9.0
·
A = 0.285
y = 0.019 x + 0.008
0.285 = 0.019Ce + 0.008
0.285-0.008 = 0.019Ce
0.277 = 0.019Ce
Ce = 14.6
·
A = 0.416
y = 0.019 x+0.008
0.416 = 0.019Ce+0.008
0.416-0.008 = 0.019Ce
0.408 = 0.019Ce
Ce = 21.5
·
A= 0.550
y = 0.019x+0.008
0.550 = 0.019Ce+0.008
0.550-0.008 = 0.019Ce
0.542=0.019Ce
Ce = 28.5
2.
Pehitungan Qe
Qe =
x V
Ce =
konsentrai setelah absorbs
Co =
konsentrasi awal
m
= masa absorben = 1 gram
V= Volume total =100 mL
·
Pada saat Co= 5, Ce = 4.9
Qe =
Qe = -10
·
Pada saat Co= 10, Ce = 9.0
Qe =
Qe =-100
·
Pada saat Co= 15, Ce = 14.6
Qe =
Qe =-40
·
Pada
saat Co= 20, Ce = 21.5
Qe =
Qe =150
|
·
Pada
saat Co= 25, Ce = 28.5
Qe =
Qe = 350
|
Menentukan
Nilai Ka dari Grafik
Dari grafik
Langmuir
y = 0.022x - 0.5
Ka =
Ka =
Ka =45.4545
No comments:
Post a Comment