ADSORPTION.

Slides:



Advertisements
Presentasi serupa
KESETIMBANGAN KIMIA Erni Sulistiana, s.Pd., M.P. KELAS XI SEMESTER 1
Advertisements

Kecepatan efektif gas ideal
Aplikasi Hukum Newton.
KINETIKA KIMIA Referensi : “Prinsip-prinsip Kimia Modern”
HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA
BAB 1 KONSEP DASAR.
BAB 1 KONSEP DASAR.
BAB IV SIFAT-SIFAT GAS SEMPURNA
GAS NYATA/RIIL Isoterm Gas Nyata.
HUKUM PERTAMA (KONSEP)
ENTROPI, ENERGI BEBAS DAN ARAH REAKSI
AIR DALAM ORGANISME DAN LINGKUNGAN
Siklus Udara Termodinamika bagian-1
Kesetimbangan Kimia Kinetika Kesetimbangan Termodinamika Kesetimbangan
TRANSISI FASE CAMPURAN SEDERHANA
ABSORBSI DAN ADSORPSI.
STANDAR KOMPETENSI: 3. Memahami kinetika reaksi, kesetimbangan kimia, dan faktor-faktor yang mempengaruhinya, serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
LAJU REAKSI KONSEP LAJU REAKSI
SIFAT – SIFAT CAMPURAN LARUTAN DAN KOLOID.
FISIKA TERMAL Bagian I.
ZAT PADAT.
MEMBUAT INFERENSI TENTANG SIFAT TERMAL SUATU BENDA BERDASARKAN DATA PERCOBAAN SABDA ALAM ICP FMIPA UNM.
Proses Spontan dan Kesetimbangan Termodinamika
Pertemuan 12 TEORI GAS KINETIK DAN PERPINDAHAN PANAS(KALOR)
Surface Chemistry Isotherm Model.
BAB 3 PERSAMAAN KEADAAN.
PRINSIP – PRINSIP KESETIMBANGAN KIMIA
Kimia Dasar Oleh : Dr. Aminudin Sulaema
SOLID SURFACES PERMUKAAN PADATAN.
6. 21 Termodinamika Larutan Non ideal 6
PENINGKATAN TITIK DIDIH
Dasar-Dasar Kompresi Gas dan klasifikasi
PEMBENTUKAN LARUTAN dan KONSENTRASI LARUTAN
FLUIDA.
IKATAN KIMIA.
Berkelas.
GETARAN HARMONIK SEDERHANA
MM FENOMENA TRANSPORT Kredit: 3 SKS Semester: 5
TERMODINAMIKA Bagian dari ilmu fisika yang mempelajari energi panas, temperatur, dan hukum-hukum tentang perubahan energi panas menjadi energi mekanik,
PENGEMASAN PRODUK OLAHAN
MODUL 6 Sifat Fisis Material
Karakteristik Umum Larutan Ideal
MM FENOMENA TRANSPORT Kredit: 3 SKS Semester: 5
Proses Termodinamika dan Termokimia
MEKANIKA FLUIDA BY : YANASARI,SSi.
MATA KULIAH : KIMIA DASAR
PEMISAHAN GAS DENGAN MEMBRAN BERPORI
POTENSIAL KIMIA Larutan Ideal Larutan Nonideal.
GAS NYATA.
TEORI KINETIK GAS By. marhen.
BAB 2 SIFAT-SIFAT ZAT MURNI.
STANDAR KOMPETENSI: 3. Memahami kinetika reaksi, kesetimbangan kimia, dan faktor-faktor yang mempengaruhinya, serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
GRAVIMETRIK Gentha Ramadhan Gita Aziza Salis Nur Khairat Tiara Adinda
Termodinamika Sifat – sifat gas
SISTEM DAN PERSAMAAN KEADAAN SISTEM
GAS IDEAL Gas ideal adalah gas teoritis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Konsep gas ideal.
HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA
ASAS KEADAAN YANG BERSESUAIAN
TEORI KINETIK GAS.
Thermos = Panas Dynamic = Perubahan
Fak. Sains dan Tekonologi, UNAIR
Diagram fasa dan kesetimbangan fasa
MEKANISME REAKSI KATALISIS
ADSORPSI.
Termodinamika Nurhidayah, S.Pd, M.Sc.
DIFUSI, TERMODINAMIKA, DAN POTENSIAL AIR
MEKANIKA FLUIDA Sifat – sifat Fluida.
VISIKOSITAS DIFUSI (HUKUM FICK)
Kimia Dasar (Eva/Zulfah/Yasser)
Kecepatan efektif gas ideal Dalam wadah tertutup terdapat N molekul gas bergerak ke segala arah (acak) dengan kecepatan yang berbeda Misalkan : N 1 molekul.
Transcript presentasi:

ADSORPTION

Pengantar Adsorpsi adalah proses akumulasi suatu zat dipermukaan Molekul gas akan teradsorp dipermukaan karena adanya gaya tarik antarmolekuler seperti van der waals Jumlah zat yang teradsorp tergantung pada beberapa parameter, parameter terpenting adalah tekanan parsial molekul P Dipermukaan derajat kebebasan rotasional dan vibrasional molekul biasanya akan tereduksi Beberapa molekul berdifusi secara lateral atau mungkin bereaksi dipermukaan. Sifat ini sangat penting untuk memahami katalisis Laju adsorpsi dan desorpsi akan menentukan besarnya kesetimbangan dipermukaan

Definisi Adsorbate adalah materi yang berada dalam keadaan teradsorp Zat yang akan diadsorp (sebelum berada dipermukaan) disebut adsorpt atau adsorptive Zat dimana proses adsorpsi terjadi dinamakan adsorbent

Adsorbent, adsorpt dan adsorbate

Definisi Jumlah zat yang akan teradsorp di permukaan digambarkan oleh fungsi adsorpsi  = (P, T) yang ditentukan secara eksperiment Grafik antara  vs P pada temperatur konstan disebut isoterm adsorpsi Untuk lebih memahami adsorpsi dan jumlah teradsorp biasanya diturunkan persamaan isoterm adsorpsi yang disesuaikan dengan model teoritis yang digunakan Semua gas, teradsorp dibawah temperatur kritis karena adanya gaya tarik van der waals Secara umum ketika adsorpsi didominasi oleh interaksi fisik ketimbang ikatan kimia, maka istilah yang umum adalah fisisorpsi

Fisisorpsi Energi sublimasi berada pada kisaran 20 – 40 kJ/mol Adsorbate relatif masih bebas berdifusi dipermukaan dan berotasi Struktur molekul solid tidak berubah akibat fisisorpsi kecuali untuk beberapa padatan molekuler mis. Parafin dan polimer Kesetimbangan adsorpsi cepat tercapai, saat tekanan diturunkan gas terdesorp secara reversibel (kecuali pada padatan berpori)

Kemisorpsi Energi sublimasi berkisar 100 – 400 kJ/mol Seringkali ada sisi ikat spesifik (specific binding sites) adsorbate relatif immobil dan biasanya tidak berdifusi dipermukaan Walau pada padatan kovalen atau logam sering terjadi surface reconstruction Akibat ikatan yang kuat, eksperimen pada UHV dimungkinkan karena molekul tidak mengalami desorpsi

Oksidasi dapat dipandang sebagai kemisorpsi oksigen Nikel dan Silikon teroksidasi pd temperatur ruang, oksida yang dihasilkan membentuk layer yang stabil secara termodinamik dan melindungi (passivates) material murni dibawahnya Contoh lain adalah oksidasi alumunium yang menghasilkan logam yang sangat keras dengan ketebalan lapisan Al2O3 100 nm

Waktu Adsorpsi Parameter berguna dalam mengkarakterisasi adsorpsi adalah waktu adsorpsi Jika molekul menabrak permukaan (misal tidak ada gaya yg bekerja), ia akan terpantul secara elastis dengan energi yang sama, tidak ada transfer energi antara molekul gas dan permukaan Konsekuensinya “hot” molekul tidak cool down saat menabrak permukaan dingin. Waktu tinggal dipermukaan dapat diestimasi dengan persamaan

Dimana x ketebalan daerah permukaan dan x = rerata kecepatan normal terhadap permukaan Misal : N2 pada 25oC, x = 1 Å, x = 300 m/s,  ≈ 7 x 10-13 s Ini berada pada kisaran periode vibrasi 10-13 s Adanya gaya tarik antara molekul dan permukaan meningkat waktu tinggal molekul di permukaan  = 0.eQ/kBT, dimana 0 = 10-13, … 10-12 s. Q adalah panas adsorpsi

Panas adsorpsi lebih dari 10 kJ/mol menunjukkan tidak ada adsorpsi dan waktu tinggal dibawah 10 ps. Q = 40 kJ/mol karaktersitik untuk fisisorpsi Molekul yang teradsorpsi secara kimia (Q  100 kJ/mol) tidak meninggalkan permukaan Parameter penting lainnya adalah koefisien akomodasi, didefinisikan oleh temperatur molekul sebelum tabrakan T1, temperatur permukaan T2 dan temperatur molekul yang dipantulkan T3.

Untuk pantulan elastik, kecepatan rerata molekul sebelum dan setelah menabrak permukaan adalah sama sehingga temperatur T1 = T3 dan  = 0 Jika molekul tinggal lama di permukaan, ia akan memiliki temperatur yang sama dengan permukaan setelah desorpsi T2 = T3 dan  = 1 Sehingga koefisien akomodasi mengukur seberapa banyak energi ditransfer sebelum molekul meninggalkan adsorbent kembali.

Klasifikasi Isoterm Adsorpsi Tergantung pada kondisi fisikokimia, beberapa jenis isoterm adsorpsi teramati secara eksperimen Ada 8 jenis yang umum dijumpai yang paling sederhana adalah tipe A yaitu kenaikan linier diuraikan oleh persamaan isoterm adsorpsi Henry  = KH.P KH = konstanta (mol m-2 Pa-1) untuk gas dan (L/m2) untuk larutan

Jenis Isoterm Adsorpsi

Tipe B sangat umum dengan grafik melengkung terhadap absis (sumbu x) Kebanyakan permukaan bersifat heterogen Terdapat beberapa adsorption sites yang memiliki high affinity dan daerah yang memiliki low affinity High affinity sites akan terisi lebih dahulu yang teramati kenaikan tajam pada tekanan rendah Penjelasan lain terkadang adanya tolakan lateral antar molekul teradsorp Tipe isoterm adsorpsi ini diuraikan oleh persaman isoterm adsorpsi Freundlich  = KF.Pq, KF & q (q < 1) adalah konstanta

Tipe C disebut tipe Langmuir karena dapat diuraikan oleh persamaan isoterm adsorpsi Langmuir Dimana  adalah relative coverage dan KL konstanta Langmuir. mon jumlah teradsorp maksimum untuk isoterm Langmuir monolayer Isoterm adsorpsi tipe C dikarakterisasi dengan kejenuhan pada konsentrasi tinggi Alasan bagi hal ini adalah permukaan tertutup seluruhnya oleh molekul teradsorp Isoterm Langmuir teramati pada adsorpsi dari larutan dan jarang untuk adsorpsi gas Tipe adsorpsi ini juga teramati pada material berpori, saat semua pori terisi, isoterm akan jenuh

Isoterm sigmoidal (tipe D) mengindikasikan efek cooperative Satu molekul terikat pada permukaan akan lebih baik jika dapat berinteraksi dengan neighboring adsorbed molecule Konsekuensi dari interaksi lateral ini terjadi kondensasi 2 dimensi Agar isoterm sigmoid ini teramati dibutuhkan adsorbent flat dan homogen

Tipe E umum untuk adsorpsi gas Biasanya lengkung pertama berasal dari adsorpsi monolayer Untuk tekanan lebih tinggi, semakin banyak layer teradsorp diatas layer pertama Hingga, jika tekanan mencapai tekanan uap jenuh, kondensasi akan memicu lapisan tebal secara makroskopis Tipe ini dapat dijelaskan oleh persamaan isoterm adsorpsi BET

Tipe F akan terjadi jika ikatan monolayer pertama ke adsorbent lebih lemah dibanding ikatan molekul terhadap molekul yang lebih dulu teradsorp Ini terjadi jika panas adsorpsi lebih rendah panas kondensasi Tipe G adalah isoterm adsorpsi afinitas tinggi. Molekul terikat sangat kuat sehingga tidak ada yang tersisa yang dapat dideteksi pada larutan atau fasa gas Perbedaan dengan tipe Langmuir ada pada aspek kuantitatif bukan secara kualitatif Tipe ini teramati pada adsorpsi oleh polimer atau protein dalam larutan

Isoterm tipe H (seperti anak tangga) teramati pada material berpori dan dicirikan oleh inhibisi kedua Pada tekanan rendah lapisan tunggal monolayer teradsorpsi dipermukaan seperti pada Langmuir Pada tekanan intermediate, multilayer mulai terbentuk dan pori-pori telah terisi Kejenuhan pada tekanan tinggi disebabkan oleh reduksi surface area efektif setelah pori-pori telah terisi penuh

Presentasi Isoterm Adsorpsi Suatu isoterm adsorpsi adalah grafik dari jumlah teradsorp versus tekanan fasa uap (atau konsentrasi jika adsorpsi dari larutan) Jumlah teradsorp dapat diuraikan oleh berbagai variabel diantaranya surface excess  dalam mol/m2 Kita menggunakan konvensi Gibbs (volume interfacial excess V = 0) untuk solid, Gibbs dividing plane ditempatkan dipermukaan solid Sehingga hubungan antara jumlah mol teradsorp N dengan surface excess adalah  = N/A A : total surface area

Adsorpsi sering juga dipelajari menggunakan powder atau porous material karena total surface areanya besar dengan jumlah adsorbent sedikit Dalam eksperimen seperti itu, diukur volume (V) atau massa (m = V/) teradsorp per gram adsorbent Model teoritis biasanya digunakan untuk menghitung adsorpsi per surface area Dalam membandingkan model teoritis dengan hasil adsorpsi secara eksperimen perlu diketahui specific surface area Specific surface area  (m2/kg) adalah surface area per kg adsorbent Jika ini telah diketahui maka luas dapat dihitung A = mad dimana mad massa adsorbent

Termodinamika Adsorpsi Panas adsorpsi adalah sifat penting karena memberikan informasi dari sudut pandang driving force dari adsorpsi Pertama-tama besaran integral energi:

Energi molar integral adsorpsi adalah selisih energi antara N mol gas teradsorp Um (per mol) dan jumlah yang sama bebas di fasa gas Umg Enthalpi molar integral adsorpsi dan entropi molar integral adsorpsi didefinisikan sepertihalnya energi molar integral Selisih energi dan enthalpi adsorpsi biasanya kecil, jika kita perlakukan gas secara ideal maka selisih adUmint = adHmint + RT pada 25oC sekitar 2,4 kJ/mol

Secara eksperimen penentuan energi disesuaikan dengan kondisi alat Pada kondisi volume konstan adUmint sama dengan panas adsorpsi total Pada kondisi diatas gas reservoir dengan volume konstan dihubungkan dengan reservoir adsorbent volume konstan keduanya dicelupkan dalam sel kalorimetrik yang sama Volume total akan sama dan tidak ada kerja volume Panas yang ditukarkan sama dengan energi molar integral dikali jumlah gas teradsorp Q = adUmint . N

Secara umum adUmint negatif (jika tidak zat tidak akan mengadsorp) dan panas dilepaskan selama proses adsorpsi

Sebagian besar eksperimen kalorimetrik dilakukan pada tekanan konstan, dengan menggerakkan piston tekanan dalam sel meningkat dan panas yang dilepaskan diukur Dalam kasus ini panas yang dipertukarkan sama dengan enthalpi integral adsorpsi Q = adHmint . N Entropi molar integral adsorpsi diukur dengan hubungan termodinamika umum

Kuantitas Differensial Adsorpsi Kuantitas integral merujuk pada fakta bahwa gas teradsorp melibatkan jumlah totalnya Energi molar differensial adsorpsi ditentukan hanya oleh last infinitesimal jumlah teradsorp, didefinisikan :

Ug adalah total energi dalam gas bebas Karena jumlah teradsorp biasanya kecil dibanding jumlah total gas di reservoir maka sifat gas bebas tidak berubah secara signifikan selama adsorpsi sehingga dUg/dN = Umg Persamaan ini mencakup perubahan energi permukaan dalam selama adsorpsi dari jumlah infinitesimal gas pada temperatur konstan dan total surface area

Kita harus membedakan antara kuantitas integral dan diferensial karena energi berubah dengan jumlah teradsorp, ada 3 kasus Pertama sebagian besar surface energetically heterogen dan ada binding sites dengan high energy binding yang pertama ditempati Kedua, monolayer pertama memiliki binding energy berbeda dengan layer berikutnya karena adsorpsi didominasi oleh interaksi solid adsorbent dengan molekul gas Untuk layer kedua interaksi antara molekul gas teradsorp dengan molekul gas sangat penting Ketiga, jika molekul berinteraksi secara lateral dengan neighboring molekul di permukaan, secara energetik lebih disukai molekul teradsorp pada surface yang secara parsial tertutupi

Adsorpsi fisik gas pada padatan hampir selalu digerakkan secara enthalpi atau enthalpically driven (adHmdif < 0) Adsorpsi yang entropically driven bisa juga terjadi namun biasanya entropi molekul dipermukaan lebih kecil dibanding fasa gas Hal ini terjadi karena derajat kebebasan vibrasi, rotasi dan translasi menjadi terbatasi/restricted

Example 9.1

Pada tekanan sangat rendah (P/Po < 0,1) isoterm adsorpsi naik dengan tajam. Molekul teradsorpsi menemukan banyak binding sites yang kosong. Sejumlah kecil molekul dipermukaan memiliki peluang terikat pada strong binding sites di grain boundaries Hal ini bisa dilihat dari kalor adsorpsi differensial, pada coverages dibawah 0,3 mol/m2, kalor adsorpsi menunjukkan maksimal

Monolayer coverage dicapai pada tekanan P/Po ≈ 0,1 Monolayer coverage dicapai pada tekanan P/Po ≈ 0,1. pada titik ini slope tajam dari isoterm adsorpsi berakhir Untuk monolayer pertama, kalor adsorpsi yang konstan (secara umum) akan teramati pada 43 kJ/mol Nilai ini sekitar 0,9 kJ/mol lebih tinggi dibanding panas kondensasi benzene

Pada tekanan tinggi (P/Po > 0,1) mulai terbentuk multilayer Pada tekanan tinggi (P/Po > 0,1) mulai terbentuk multilayer. Didaerah multilayer ini slope kurva naik tajam lagi sejalan dengan kenaikan tekanan Untuk P  Po layer teradsorp akan sangat tebal karena terjadi kondensasi makroskopik Kalor adsorpsi differensial sedikti diatas panas kondensasi tetapi lebih kecil (secara signifikan) dibanding nilai pada monolayer pertama

Model Adsorpsi – Isoterm Adsorpsi Langmuir Langmuir mengasumsikan bahwa dipermukaan ada sejumlah tertentu binding sites per unit area S. S memiliki satuan mol/m2 (atau m-2) Diantara binding sites ini ada S1 yang ditempati oleh adsorbate sehingga So = S – S1 akan kosong/belum terisi Laju adsorpsi dalam mol per detik dan per unit area berbanding lurus terhadap jumlah binding sites kosong So dan tekanan kadPSo Laju desorpsi berbanding lurus dengan jumlah molekul teradsorp S1 dan sama dengan kdeS1 dimana kde konstanta

Skema Model Adsorpsi Langmuir

Saat setimbang, laju adsorpsi sama dengan laju desorpsi sehingga: kdeS1 = kadPSo = kadP(S – S1)  kdeS1 + kadPS1 = kadPS  S1/S = kadP/(kde+ kadP) S1/S adalah coverage  dimana KL = kad/kde sehingga persamaan Langmuir menjadi

Tipikal isoterm adsorpsi Langmuir ditunjukkan oleh gambar 9 Tipikal isoterm adsorpsi Langmuir ditunjukkan oleh gambar 9.6 untuk konstanta Langmuir yang berbeda Jika adsorpsi melibatkan larutan maka tekanan P diganti dengan konsentrasi c

Alternatif persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat juga ditulis dalam jumlah teradsorp mol per gram surface area Disini mon adalah jumlah mol teradsorp per gram atau per unit area subtrat saat semua binding sites ditempati dan monolayer molekul terbentuk mon berkaitan dengan surface area yang ditempati oleh satu molekul teradsorp A dengan persamaan mon = /(N0A) atau

Alternatif persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat juga ditulis dalam jumlah teradsorp mol per gram surface area Disini mon adalah jumlah mol teradsorp per gram atau per unit area subtrat saat semua binding sites ditempati dan monolayer molekul terbentuk mon dihubungkan dengan surface area yang ditempati oleh satu molekul teradsorp A dengan persamaan mon = /(N0A) atau mon = 1/(N0A)

Untuk konstanta Langmuir didapat:

Harus diingat Laju adsorpsi terhitung adalah batas atas, ini bisa digunakan untuk menghitung laju kondensasi liquid Koefisien kondensasi atau sticking probability adalah rasio antara kondensasi aktual dengan batas atas. Nilai ini bisa diukur dengan ekperimen molecular beam Untuk N2 pada tungsten sticking probability pada 27oC sebesai 0,61. O2 pada es 200 K hampir satu

Persamaan Langmuir memiliki persyaratan kondisi antara lain: Molekul terikat pada well determined binding sites pada adsorbent Tiap-tiap binding sites hanya dapat mengikat satu molekul Energi ikat/binding tidak tergantung pada adanya molekul lain yang terikat

Isoterm Adsorpsi BET Pada Langmuir, adsorpsi maksimal adalah monolayer, isoterm ini akan jenuh pada tekanan tinggi Kondisi ini tidak realistik untuk beberapa kasus sehingga untuk mengakomodasi multilayer, Brunauer, Emmett dan Teller mengembangkan teori Langmuir menjadi isoterm adsorpsi BET. Ide dasar dari isoterm adsorpsi BET adalah asumsi isoterm Langmuir pada tiap-tiap layer

Dalam isoterm BET diasumsikan bahwa kalor adsorpsi layer pertama memiliki nilai tertentu Q1 dan untuk semua layer setelahnya dianggap kalor adsorpsi Qi berkorelasi dengan kalor kondensasi liquid Kondisi lainnya adalah adsorpsi dan desorpsi hanya terjadi antara vapor dan surface Molekul teradsorp tidak dimungkinkan bergerak dari satu layer ke layer yang lain Pada kesetimbangan laju desorpsi tiap-tiap layer sama dengan laju adsorpsi

Model BET untuk Adsorpsi

Laju Adsorpsi dan Desorpsi Adsopsi ke vacant surface sites kad1PS0 Desorpsi dari layer pertama = a1S1e-Q1/RT Adsorpsi ke layer ke-i kadiPSi-1 Desorpsi dari layer ke-i = aiSie-Qi/RT Dimana a1 dan ai adalah faktor frekuensi seperti halnya 1/0 sehingga didapat

Dimana n adalah jumlah total mol teradsorp per unit area, nmon adalah jumlah mol teradsorp dalam satu monolayer penuh per unit area (masing-masing binding sites terisi satu molekul) P0 tekanan uap saat kesetimbangan dan Persamaan 9.37 menunjukkan n/nmon tak berhingga saat P/P0  1 hal ini terjadi karena adanya kondensasi

Isoterm adsorpsi BET cukup luas digunakan, ada 2 parameter yang biasa ditentukan Maka Penting untuk dicermati bahwa  = P/P0

Pentingnya Paramater C Grafik berikut menunjukkan bagaimana isoterm BET sangat tergantung pada parameter C Untuk C tinggi, binding molekul uap/gas langsung ke surface adalah kuat dibanding gaya antar molekuler Oleh karenanya, pada tekanan rendah isoterm Langmuir akan diperoleh, hanya pada tekanan tinggi, molekul mulai membentuk multilayer Untuk nilai C yang rendah molekul lebih suka binding antar mereka saat binding energy ke surface rendah Sehingga monolayer pertama hanya terbentuk pada tekanan relatif tinggi, sekali terbentuk akan lebih mudah untuk molekul berikutnya teradsorp

Gambar 9.9

Adsorpsi pada Permukaan Heterogen Surface biasanya tidak sepenuhnya homogen, beberapa faktor penyebabnya adalah : different crystal faces adanya cacat dan deviasi lainnya adanya jenis zat yang berbeda misal pada steel (Fe, C, Ni, Co) atau pada gelas (SiO2, B, Na, K) yang masing-masing memiliki konsentrasi berbeda-beda dipermukaan

Pada permukaan heterogen, binding energy suatu adsorbat umumnya tidak memiliki nilai tertentu tapi ada distribusi binding energy Probabilitas menemukan binding site pada interval energi Q …Q + dQ diuraikan oleh fungsi distribusi (Q)dQ Adsorpsi teramati secara eksperimen adalah jumlah semua peristiwa adsorpsi pada semua jenis binding sites

Pada temperatur tertentu, coverage didefinisikan Untuk isoterm adsorpsi pada well determined homogeneous part H(Q,P) biasa digunakan persamaan Langmuir

Isoterm adsorpsi Freundlich diturunkan dari distribusi adsorpsi eksponensial berdasarkan (Q)  e-Q/Q* dengan asumsi perilaku Langmuir untuk H Q* adalah konstanta yang mencirikan distribusi energi adsorpsi Persyaratan dalam menurunkan persamaan ini adalah Q* > kBT

Teori Potensial Polanyi Polanyi melakukan pendekatan berbeda untuk menjelaskan fenomena adsorpsi Dia mengasumsikan molekul dekat permukaan ‘merasakan’ potensial (seperti halnya gravitasi bumi) akibat gaya tarik van der waals Potensial ini menekan gas dekat permukaan secara isotermal, saat tekanan lebih tinggi dari tekanan uap setimbang, gas akan terkondensasi

Jumlah mol teradsorp per unit area didefinisikan oleh persaman: Dimana xf jumlah mol teradsorps per unit area, VmL volume molar liquid, C  BCAB/3 dan D0 jarak atau jari-jari molekul

Contoh 9.3

Which one is best? Teori mana yang cocok untuk aplikasi tertentu? Teori adsorpsi Henry aplicable pada tekanan rendah Isoterm adsorpsi yang luas dipakai adalah persamaan BET, biasanya cocok dengan hasil eksperimen untuk 0,05 < P/P0 < 0,35 Untuk tekanan yang sangat kecil, fitting kurang sempurna karena adanya heterogenitas Untuk tekanan tinggi, teori potensial lebih cocok, setidaknya untuk adsorbent homogen dan flat. Juga dapat digunakan pada nilai P/P0 dari 0,1 sd 0,8 Untuk P/P0 > 0,35 adsorpsi didominasi oleh material berpori.

Prosedur Pengukuran Luas Permukaan Spesifik Untuk semua eksperimen dengan porous material atau powder, kita perlu mengetahui luas permukaan spesifik Biasanya luas permukaan spesifik ditentukan dari eksperimen adsorpsi Jika adsorpsi suatu sampel dapat dijelaskan dengan Langmuir, dari fitting hasil eksperimen kita peroleh mon dalam satuan mol/g Lalu kita asumsikan nilai yang rasional untuk cross sectional area dari satu gas A dan diperolehlah luas permukaan spesifik  = monANA

Pada sebagian besar aplikasi praktis, isoterm adsorpsi BET lebih sering digunakan karena dapat difiiting lebih baik Pertama-tama kita mengukur isoterm adsorpsi massa tertentu adsorbent kemudian mem-fittingkannya dengan persamaan BET Biasanya model BET menguraikan adsorpsi untuk 0,05 < P/P0 < 0,35 dengan cukup baik Sebagai hasil pengukuran kita akan memperoleh volume gas teradsorp Vad yang jika kita ketahui tekanan dan temperatur maka akan lebih membantu Biasanya digunakan kondisi standard untuk T & P

Untuk analisis kita harus mentransformasi persamaan adsorpsi BET, mula-mula kita tuliskan jumlah mol teradsorp dengan volume: n/nmon = Vad/Vadmon,dimana Vadmon adalah volume gas yang dibutuhkan untuk memperoleh satu monolayer lengkap Dengan mengatur ulang persamaan akan diperoleh

Untuk analisis kita harus mentransformasi persamaan adsorpsi BET, mula-mula kita tuliskan jumlah mol teradsorp dengan volume: n/nmon = Vad/Vadmon,dimana Vadmon adalah volume gas yang dibutuhkan untuk memperoleh satu monolayer lengkap Dengan mengatur ulang persamaan akan diperoleh Dari slope dan intersep, maka C dan Vadmon dapat ditentukan

Adsorpsi pada padatan berpori - Histeresis Dalam aplikasi praktis sebagian besar material industri dan alam memiliki pori. Berdasarkan rekomendasi IUPAC pori diklasifikasikan menjadi: Makropori, memiliki diameter besar dari 50 nm. Makropori demikian lebarnya sehingga gas seolah-olah teradsorp di permukaan flat Mesopori berada pada range 2-50 nm, kondensasi kapiler sering mendominasi pengisian mesopori, dibawah temperatur kritis terbentuk multilayer. Pori disatu sisi membatasi jumlah layer, namun disisi lain dapat mendorong kondensasi kapiler Mikropori kecil dari 2 nm. Dalam mikropori, struktur fluida teradsorp berbeda dengan struktur makroskopis ruah. Liquid yang terjebak merupakan objek penelitian yang intens karena memiliki sifat-sifat unik. Contoh materialnya adalah zeolit

Adsorpsi pada porous material biasa dicirikan dengan histeresis dalam perilaku adsorpsi Fenomena ini teramati saat setelah proses adsorpsi. Eksperimen desorpsi dilakukan dengan menurunkan tekanan secara progresiv dari nilai maksimumnya hingga isoterm desorpsi terukur Selama proses desorpsi, fasa liquid menguap dari pori. Isoterm desorpsi tidak mengikuti jalur yang sama dengan adsorpsi tapi berada diatasnya Biasanya isoterm lebih datar dengan nilai P/P0 tinggi karena pengisian pori menurunkan available surface area

Gambar 9.14

Gambar 9.15