Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

ADSORPSI Nuzul Wahyuning Diyah Departemen Kimia Farmasi – Fakultas Farmasi UNAIR.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "ADSORPSI Nuzul Wahyuning Diyah Departemen Kimia Farmasi – Fakultas Farmasi UNAIR."— Transcript presentasi:

1 ADSORPSI Nuzul Wahyuning Diyah Departemen Kimia Farmasi – Fakultas Farmasi UNAIR

2 ADSORPSI 1. Tipe Adsorpsi 2. Isoterm Adsorpsi 2.1 Adsorpsi Gas 2.2 Adsorpsi Larutan 3. Faktor-faktor yang mempengaruhi Adsorpsi 4. Adsorben

3 Adsorpsi  Proses yang meliputi tertariknya materi dari suatu fase dan terpusat pada permukaan fase kedua ( akumulasi antar permukaan = Interface accumulation).  Proses akumulasi solut (gas atau cair) pada permukaan zat padat (adsorben), membentuk satu lapisan tipis (film) molekul atau atom

4 Serupa dengan tegangan permukaan, adsorpsi adalah konsekuensi dari energi permukaan. Dalam bulk materi, Semua ikatan (ionik, kovalen, atau logam) yang diperlukan partikel pembentuk materi (atom/molekul) dipenuhi oleh partikel-partikel di dalam materi. Molekul/atom permukaan,  Gaya tarik molekuler tak seimbang (unbalance) atau tak jenuh (unsaturated).  tidak mengalami gaya tarik ke atas  cenderung menarik dan menahan adsorbat (gas atau cair) untuk memenuhi gaya residual

5

6  Fenomena permukaan ini berlawanan dengan absorpsi (  materi mengubah fase larutan, e.g. transfer gas).  adsorpsi ≠ absorpsi absorpsi : proses difusi materi/zat ke dalam zat cair atau padat untuk membentuk “larutan”.

7 d

8  pada absorpsi : molekul zat tidak hanya ditahan di permukaan tetapi menembus masuk dan terdistribusi (tersebar) ke seluruh bagian materi (padat atau cair). Contoh : air diabsorpsi oleh spons uap air diabsorpsi oleh CaCl 2  CaCl 2 hidrat ● Contoh adsorpsi : asam asetat dalam larutan dan berbagai macam gas diadsorpsi oleh arang (charcoal)

9  Adsorbat : materi yang teradsorbsi  Adsorben : materi yang mengadsorbsi. contoh : karbon aktif (activated carbon) resin penukar ion (ion exchange resin)  Proses adsorpsi  terdapat dalam berbagai sistem  banyak digunakan dalam aplikasi industri, seperti : synthetic resins, water purification.  Untuk menghilangkan materi terlarut dari fase larutan (materi nonvolatile, nonbiodegradable) adsorpsi

10

11 Sorpsi  Jika belum diketahui dengan pasti apakah prosesnya adalah adsorpsi atau absorpsi  diberi istilah Sorpsi  Sorpsi meliputi kedua proses adsorpsi atau absorpsi.  Desorpsi adalah proses kebalikan sorpsi.  ion exchange, dan kromatografi kolom  proses sorpsi, adsorbat secara selektif ditransfer dari fase cair ke permukaan partikel padat yang rigid dan tak larut yang tersuspensi dalam tabung atau dikemas dalam kolom.

12 1. Tipe adsorpsi  Adsorpsi adalah (gaya) tarik fisik atau ikatan ion-ion dan molekul di atas permukaan molekul yang lain.  Sifat ikatan tergantung pada jenis substansi yang terlibat, tetapi proses adsorpsi diklasifikasikan dalam : 1) physisorption (karakteristik : gaya van der Waals) 2) Chemisorption (karakteristik : ikatan kovalen)

13 1.1. Adsorpsi Fisik [Physisorption ]  Suhu lingkungan rendah, selalu di bawah suhu kritik adsorbat;  Entalpi (kalor adsorpsi) rendah : ΔH < 20 kJ/mol;  Energi pengaktifan (activation energy) rendah.  Gaya tarik tidak pada tempat spesifik, adsorbat relatif bebas bergerak pada permukaan  adsorpsi berlangsung dalam multilayer  Keadaan energi adsorbat tidak berubah.  Keseimbangan adsorpsi reversibel.  adsorbat melekat pada permukaan hanya melalui interaksi Van der Waals (interaksi intermolekuler yang lemah).  Karakteristik :

14 Adsorpsi Fisik  Energi yang menyertai adsorpsi = energi pencairan gas (gaya van der Waals)  Penggunaan :  penentuan luas permukaan adsorben  analisis kromatografi (KLT, Kolom, KCKT/HPLC)  pemurnian gas, perlindungan korosi Adsorpsi H 2 pada Nikel : peristiwa fisik / kimia Suhu rendah  fisik Suhu tinggi  kimia  Contoh : adsorpsi N 2 pada besi pada 80 K, adsorpsi gas oleh arang

15 1.2. Adsorpsi Kimia [Chemisorption ]  molekul melekat pada permukaan melalui pembentukan ikatan kimia yang kuat; dapat berupa ikatan kovalen antara adsorbat dan permukaan (adsorben)  Karakteristik :  Suhu tinggi  Entalpi tinggi :50 kJ/mol <ΔH< 800 kJ/mol.  Kalor adsorpsi  kalor reaksi kimia  ikatan kimia pembentukan senyawa permukaan  Derajat spesifisitas tinggi  adsorpsi monolayer  Molekul adsorbat tidak bebas bergerak pada permukaan  Terdapat kenaikan densitas elektron pada antar permukaan adsorben-adsorbat.  Jarang reversibel ; hanya terjadi pada suhu tinggi

16

17  Contoh : adsorpsi O 2 dan CO pada wolfram adsorpsi O 2 pada Ag, Au, Pt adsorpsi H 2 pada Ni (suhu tinggi)  Penggunaan chemisorption : dalam reaksi terkatalisis.  sangat penting untuk katalisis heterogen (jika katalis dalam fase padat) — terutama katalis logam transisi.  Dalam beberapa contoh, kedua reagen kimia (reaktan) akan mengikat permukaan katalitik (adsorben)  ikatan kimia terbentuk dan elektron bergerak menjauh dari ikatan chemisorption  molekul (produk) kemudian terdesorpsi dan bebas meninggalkan permukaan. Adsorpsi Kimia

18 Adsorbat  materi/zat yang diikat pada permukaan adsorben.  Berdasarkan jenis adsorbat,  adsorpsi padat – gas  adsorpsi padat – solut (larutan)  Jumlah adsorbat yang teradsorpsi tergantung faktor-faktor : a) tipe adsorben b) adsorbat : tipe, ukuran, konsentrasi. c) suhu d) tekanan

19  Jika adsorben dan adsorbat kontak cukup lama  akan tercapai kesetimbangan antara : - jumlah adsorbat yang teradsorbsi dan - jumlah adsorbat (“yang tertinggal”) dalam larutan/gas  Hubungan kesetimbangan  isoterm adsorpsi 2. Isoterm Adsorpsi yaitu hubungan antara jumlah adsorbat yang teradsorpsi pada adsorben dengan tekanan (untuk gas) atau konsentrasi (untuk zat cair) pada suhu konstan.  Ada 5 tipe isoterm adsorpsi (lihat gambar)

20 Kurva Adsorpsi Isoterm TIPE I  Jumlah adsorbat/gram adsorben meningkat relatif cepat ~ tekanan/ konsentrasi  menjadi lebih lambat begitu permukaan tertutup oleh molekul adsorbat.  Adsorpsi kimiawi : adsorpsi Tipe I  Adsorpsi fisik : meliputi semua Tipe.

21 Kurva Adsorpsi Isoterm TIPE II TIPE III B Adsorpsi isoterm TIPE II – III :  Multimolekuler, multilayer  lapisan molekul ganda Teori Brunauer, Emmet, Teller (BET) :  Menentukan luas permukaan adsorben dengan cara menentukan titik B pada kurva TIPE II, yaitu saat tepat terjadi adsorpsi lapisan molekul tunggal.

22 Kurva Adsorpsi Isoterm TIPE IV TIPE V Adsorpsi Isoterm TIPE IV – V :  Adsorpsi multilayer  pembentukan saluran satu lapisan molekul  Contoh : kondensasi gas pada pori dan kapiler.

23  Persamaan matematik pertama untuk isoterm ini diperkenalkan oleh Freundlich dan Küster (1894)  merupakan rumus empirik murni untuk adsorbat gas. x = jumlah yang diadsorbsi m = massa adsorben P = tekanan adsorbat k dan n = tetapan empirik untuk tiap pasangan adsorben-adsorbat pada suhu tertentu.  Persamaan ini mempunyai asymptotic maximum  Jika suhu naik, tetapan k dan n berubah  mencerminkan pengamatan empirik :  jumlah adsorpsinya meningkat lebih lambat  dibutuhkan tekanan yang lebih tinggi untuk menjenuhkan permukaan.

24  Pada dasarnya semua zat padat (solid) dapat mengadsorpsi gas dalam jumlah tertentu  Hukum adsorpsi hanya dapat diterapkan jika adsorben mempunyai luas permukaan yang besar untuk sejumlah massa tertentu.  Contoh : silika gel dan arang/karbon  sangat efektif sebagai pengadsorpsi (adsorbing agent) karena : - strukturnya sangat porous - permukaan kontak luas 2.1. Adsorpsi gas

25  Jumlah adsorpsi dapat ditingkatkan dengan mengaktifkan adsorben melalui beberapa cara. Contoh : arang kayu dipanaskan 350 o C – 1000 o C 1g arang mengadsorpsi CCl 4 0,011g  1,48g (24 o C)  Aktivasi : membuka ruang/pori antar molekul untuk adsorpsi  melepaskan (desorpsi) molekul gas yang terikat Adsorpsi gas  Jumlah gas yang teradsorpsi tergantung : - Sifat adsorben, luas permukaan adsorben - Sifat adsorbat : suhu kritik gas - Suhu dan tekanan

26  suhu kritik gas >  mudah dicairkan  mudah teradsorpsi  Adsorpsi gas oleh zat padat selalu disertai pelepasan panas  panas/kalor adsorpsi (heat of adsorption)  Suhu : suhu meningkat  jumlah gas teradsorpsi menurun. contoh : 1 g arang pada 600 mmHg mengadsorpsi 10 cc N 2 (0 o C); 20 cc N 2 ( -29 o C); 45 cc N 2 ( -78 o C) Tabel. Volume gas-gas (NTP) yang diadsorbsi 1 g arang pada 288 K makin mudah dicairkan

27 Persamaan Freundlich untuk adsorpsi gas Y = k. P 1/n Y = x/m : jumlah adsorbat (volum gas) teradsorpsi per massa adsorben P : Tekanan gas k & n : tetapan empirik  tergantung sifat gas, adsorben, suhu. log Y = 1/n log P + log k Persamaan regresi (garis lurus) : Y  log Y 1/n : arah lereng (slope) X  log P log k : intersep Jumlah zat teradsorpsi  tekanan gas PERSAMAAN FREUNDLICH : Bentuk logaritme :

28 Persamaan adsorpsi Langmuir  Berdasarkan teori kinetik gas  Asumsi : 1. Gas yang teradsorpsi  lapisan satu molekul tunggal (monomolekul layer) 2. Molekul yang teradsorpsi terlokalisir kedudukannya  tak ada interaksi antar molekul 3. Proses adsorpsi = 2 proses yang berlawanan - kondensasi molekul gas pada permukaan (adsorpsi) - penguapan molekul dari permukaan (desorpsi)

29 Definisi lain :  q e = massa materi teradsorbsi (pada kesetimbangan) per massa adsorben  X/m  C e = konsentrasi kesetimbangan dalam larutan/ gas jika jumlah yang teradsorbsi = q e.  q e /C e  hubungan yang tergantung pada tipe adsorpsi : multi-layer, kimia, fisik, dll.

30  Lebih umum untuk model multi-layer.  Asumsi : - isoterm Langmuir berlaku untuk tiap layer dan tidak terjadi transmigration antar layer. - Energi adsorpsi untuk tiap layer sama, kecuali untuk layer pertama. isoterm BET (Brunauer, Emmett and Teller) :

31 Isoterm Adsorpsi

32  Permukaan zat padat dapat mengadsorpsi : a. zat dari larutan (solut) b. pelarut  Contoh adsorpsi solut : 2.2. Adsorpsi larutan  karbon aktif  asam asetat dalam air, amonia dari larutan amonium hidroksida, fenolftalein dari larutan asam/basa, zat warna, dll.  Sol AgCl (baru)  ion Ag + atau Cl -  Sol As 2 S 3  ion S 2-

33  Adsorpsi pelarut  fenomena Adsorpsi negatif : Kecenderungan adsorben untuk menarik pelarut dari larutan tertentu  konsentrasi solut > (setelah adsorpsi)  Contoh : KCl encer + arang  adsorpsi negatif KCl pekat + arang  adsorpsi positif •- Karbon aktif lebih efektif mengadsorpsi non elektrolit • daripada elektrolit. - BM adsorbat makin tinggi  jumlah adsorpsi makin besar •- Zat padat anorganik  mengadsorpsi elektrolit lebih mudah • daripada non elektrolit.

34  Suhu naik  adsorpsi berkurang  Luas permukaan adsorben makin besar  adsorpsi bertambah  Melibatkan keseimbangan antara : Jumlah zat teradsorpsi  konsentrasi solut dalam larutan Y = k. C 1/n Y : massa zat/solut teradsorpsi per massa adsorben = x/m C : konsentrasi solut k & n : tetapan empirik PERSAMAAN FREUNDLICH : Prinsip Adsorpsi Solut = Adsorpsi Gas

35  Y  gram atau mol adsorbat (solut) per gram adsorben.  C  mol per liter larutan Bandingkan dengan persamaan untuk adsorpsi gas : Y = k. P 1/n  Y  volum gas (cc) per gram adsorben  C  P  tekanan gas dalam sistem (mmHg) log Y = 1/n log C + log k 1/n : arah lereng log k : intersep Bentuk persamaan regresi/ garis lurus antara log Y vs log C :

36 Isoterm adsorpsi spesifik untuk karbon aktif.  sumbu horizontal  konsentrasi (mg/mL)  sumbu vertikal  jumlah karbon yang diperlukan (mg/g)

37 3. Faktor-faktor yang mempengaruhi jumlah adsorpsi  dan isoterm : a. Adsorbat : Kelarutan  Umumnya, kelarutan solut meningkat  jumlah adsorpsi turun (Hukum “Lundelius”)  Ikatan solut-solid bersaing dengan gaya tarik solut-solven.  Faktor-faktor yang mempengaruhi kelarutan :  Ukuran molekul (BM tinggi – kelarutan rendah),  ionisasi (kelarutan minimum jika senyawa tidak bermuatan),  polaritas (polaritas meningkat  kelarutan lebih tinggi karena air adalah solven polar).

38 pH •pH mempengaruhi muatan permukaan adsorben dan juga muatan solut. •Umumnya, untuk materi organik jika pH turun  adsorpsi meningkat. Suhu •Adsorpsi bersifat eksotermik   H negatif •Dalam reaksi adsorpsi dihasilkan panas  jika T meningkat, jumlah adsorpsi turun.

39 c. Adsorben : •Tiap permukaan padat mempunyai kapasitas untuk mengadsorpsi solut. •Untuk pengolahan air limbah/ air  karbon aktif adalah adsorben pilihan b. Adanya solut lain  kompetisi untuk tempat adsorpsi yang terbatas  menurunkan jumlah adsorpsi Faktor-faktor yang mempengaruhi jumlah adsorpsi :

40 4. Adsorben Karakteristik dan persyaratan umum :  pada umumnya berbentuk sferik pellets, rods, moldings, atau monoliths dengan diameter hidrodinamik antara 0,5 – 10 mm.  harus mempunyai daya tahan abrasi yang tinggi,  Stabilitas termal tinggi,  diameter pori kecil  area permukaan kontak lebih luas  kapasitas permukaan untuk adsorpsi lebih tinggi.  Adsorben juga harus mempunyai struktur pori yang jelas  mampu dengan cepat membawa uap-uap gas.

41 Sebagian besar adsorben untuk industri dibagi dalam 3 kelompok : 1.Oxygen-containing compounds – bersifat hidrofilik dan polar, meliputi : silika gel dan zeolit. 2.Carbon-based compounds – bersifat hidrofobik dan non-polar, meliputi : karbon aktif dan grafit. 3.Polymer-based compounds – gugus fungsi polar atau non- polar dalam matriks polimer yang porous.

42 Silika gel  Bersifat inert, nontoksik, polar dan stabil secara dimensional (< 400 °C)  Bentuk amorf SiO 2, dibuat dengan reaksi antara natrium silikat dan asam sulfat yang dilanjutkan dengan beberapa after- treatment process seperti aging, pickling, dll.  metode after treatment mengakibatkan distribusi ukuran pori bervariasi.  Penggunaan : a) pengeringan udara (e.g. oksigen, gas alam) b) adsorpsi hidrokarbon berat (polar) dari gas alam c) analisis kromatografi

43 Zeolit  Aluminosilikat kristalin alami atau sintetik yang mempunyai jaringan pori berulang dan melepaskan air pada suhu tinggi.  Zeolit alami bersifat polar.  Penggunaan : pengeringan udara, penghilangan CO 2 dari gas alam, penghilangan CO dari reforming gas, pemisahan udara, catalytic cracking, serta sintesis katalitik dan reforming. Struktur molekuler mikro-porous zeolit, ZSM-5

44 Karbon Aktif  Zat padat amorf, mikrokristalin dengan kisi grafit, sangat porous.  Dibuat dalam bentuk pellet atau serbuk.  Bersifat non-polar, mudah terbakar.  Dibuat dari bahan-bahan berkarbon : batubara (bituminous, subbituminous, dan lignite), tanah humus, kayu, atau tempurung buah (i.e., kelapa).  Proses pembuatannya terdiri dari 2 fase : Karbonasi dan Aktivasi.  Aktivasi pada suhu 300 – 1000 o C

45 Karbon aktif  Penggunaan :  - Adsorpsi zat organik dan adsorbat non polar (penjernihan kristal)  - Pengolahan air (water treatment), gas limbah, dan air limbah  - Adsorben dalam sediaan obat antidiare (Norit), antidotum universal Adsorpsi Isoterm karbon aktif – nitrogen menunjukkan perilaku mikroporous tipe I

46 Increasing magnification  Luas permukaan karbon aktif sangat besar  mikroporus dan makroporus.  Luas : m 2 /gram.

47 Contoh : Adsorpsi Gas 1. Berikut ini data adsorpsi CO oleh 2,964 g arang aktif pada 0 o C. Tekanan P adalah mm Hg, sedangkan x adalah volume gas dalam cc, diukur pada kondisi standar. P x 73 7, , , , ,3 a.Tentukan tetapan k dan n b.Jika tekanan gas terukur adalah 340 mmHg, berapa cc gas CO yang diadsorpsi oleh 1 g arang aktif ?

48 PX (vol)X/2,964 log P (mmHg)(cc)(Y)log Y(log X) 737,52,53040,40321, ,55,56680,74562, ,18,46830,92782, ,112,85431,10902, ,317,64511,24662,9455 Slope (B)0,7816 Intersep (A)-1,0342 r0,9984

49

50 SELAMAT BELAJAR


Download ppt "ADSORPSI Nuzul Wahyuning Diyah Departemen Kimia Farmasi – Fakultas Farmasi UNAIR."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google