Anna's Life as a Mom & Chemical Engineer

5.1 PENDAHULUAN

5.1.1 Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah mempelajari kinetika adsorbsi karbon aktif terhadap asam asetat dalam larutan.

5.1.2. Latar Belakang
Adsorbsi merupakan suatu penyerapan zat pada bagian permukaan zatnya. Adsorbsi terbagi atas dua macam yaitu adsorbsi fisik dan adsorbsi kimia. Pada adsorbsi fisik penyerapan dipengaruhi oleh gaya Van Der Waals. Sedangkan pada adsorbsi kimia, penyerapan dipengaruhi oleh sifat kimia bahan. Adsorbsi digunakan untuk menyatakan bahwa ada zat lain yang terserap pada zat itu besar kecilnya adsorbsi dipengaruhi oleh macam adsorben, macam zat yang diadsorbsi, konsentrasi adsorben dan zat, luas permukaan, temperatur serta tekanan zat yang diadsorbsi merupakan salah satu sifat penting dari permukaan zat tersebut.
Adsorbsi sering digunakan pada pengelolaan limbah pabrik, dimana dengan mengadsorbsi zat-zat yang berbahaya terhadap lingkungan yang berupa limbah yang dihasilkan oleh pabrik. Salah satu contohnya adalah kitosan, dimana kitosan yang telah dibuat sedemikian rupa dengan mencampurkan arang dan limbah (kulit udang) yang dapat digunakan untuk menyerap zat-zat tertentu yang berbahaya yaitu berupa limbah dari suatu pabrik. Aplikasi dari kinetika adsorbsi juga digunakan pada pemisahan senyawa-senyawa menjadi molekul-molekul senyawa tersebut, yaitu dengan menggunakan alat yang disebut dengan resin kolom. Oleh karena itu percobaan ini dilakukan untuk lebih memahami prinsip kinetika adsorbsi dan dapat di aplikasikan dalam dunia industri. Sehingga praktikan dapat memahami konsep adsorbsi oleh karrbon aktif dan dapat diterapkan saat bekerja di dunia industri.

5.2 DASAR TEORI

Adsorbsi (penyerapan) adalah suatu proses pemisahan di mana komponen dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap (adsorben). Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap dilepaskan pada adsorbsi kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap dan zat yang diserap sehingga tidak mungkin terjadi proses yang bolak-balik. Dalam adsorbsi digunakan istilah adsorbat dan adsorban, di mana adsorbat adalah substansi yang terserap atau substansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya, sedangkan adsorban merupakan suatu media penyerap yang dalam hal ini berupa senyawa karbon
(Anonim1, 2008: 1).
Adsorbsi ada dua jenis, yaitu adsorbsi fisik dan adsorbsi kimia. Pada adsorbsi fisik, adsorbsi disebabkan oleh gaya Van Der Waals (penyebab terjadinya kondensasi gas untuk membentuk cairan) yang ada pada permukaan adsorban. Sedangkan pada adsorbsi kimia terjadi reaksi antara zat yang diserap dengan adsorban, banyaknya zat yang teradsorbsi tergantung pada sifat zat padatnya yang merupakan fungsi tekanan dan suhu (Anonim2, 2009:1).
Peristiwa adsorbsi 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 teradsorbsi 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. Adsorbsi dan desorbsi (pelepasan) merupakan kesetimbangan (Atkins, 1997:437).
Dalam kimia adsorbsi, partikel melekat pada permukan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung tempat yang memaksimalkan bilangan kordinasinya dengan substrat. Entalpi kimia adsorbsi dapat terpisah karena tuntunan valensi atau permukaan yang tidak terpenuhi. Adanya fragmen molekul pada permukaan sebagai hasil kimia asorbsi, merupakan salah satu alasan mengapa permukaan mengkatalisanya reaksi (Anonim2, 2009:1).
Daya serap zat padat terhadap gas tergantung dari jenis adsorbens, jenis gas, luas permukaan adsorbens, temperatur gas, dan tekanan gas tersebut. Untuk suatu adsorbens tertentu, banyaknya gas yang dapat diserap makin besar bila temperatur kritis semakin tinggi atau gas makin mudah dicairkan. Makin luas permukaan dari adsorbens, makin banyak gas yang diserap. Luas dari permukaan sukar ditentukan, hingga besarnya daya serap dihitung tiap satuan dari massa adsorbens (Sukardjo, 1997:190).
Molekul-molekul pada permukaan zat padat atau zat cair, mempunyai gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada gaya-gaya lain yang mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat cair, mempunyai gaya adsorbsi. Adsorbsi berbeda dengan absorpsi. Pada absorpsi zat yang diserap masuk ke dalam absorbens, sedang pada adsorbsi, zat yang diserap hanya terdapat pada permukaannya (Sukardjo, 1997:190).
Zat-zat yang terlarut dapat diadsorbsi oleh zat padat, misalnya CH3COOH oleh karbon aktif, NH3 oleh karbon aktif, fenolftalein dari larutan asam atau basa oleh karbon aktif, Ag+ atau Cl- oleh AgCl. C lebih baik menyerap non elektrolit dan makin besar BM semakin baik. Zat anorganik lebih baik menyerap elektrolit. Adanya pemilihan zat yang diserap menyebabkan timbulnya adsorbsi negatif (Sukardjo, 1997:360).
Arang merupakan adsorbens yang paling banyak dipakai untuk menyerap zat-zat warna dalam larutan. Peristiwa penyerapan ini yaitu suatu zat padat permukaan zat lain semacam ini disebut dengan adsorban. Arang dipakai untuk menyerap zat-zat warna dalam larutan. Penyerapan gas oleh zat padat bersifat selektif, yang diserap hanya zat terlarut atau pelarutnya saja (Brady, 1999:579).
Analisa kinetika adsorbsi meliputi :
1. Orde Satu
Reaksi-reaksi orde I adalah reaksi-reaksi yang lajunya berbanding langsung dengan konsentrasi reaktan, yaitu :
..... (5.3)
yang pada integrasi memberikan
ln [C] = ln [C]o – kt
atau
..... (5.4)
[C]o adalah konsentrasi reaktan pada t = 0. Untuk reaksi-reaksi orde I, plot ln [C] atau log [C] terhadap t merupakan suatu garis lurus. Intersep memberikan konsentrasi pada t = 0 dan k dapat dihitung dari kemiringan tersebut.
2. Orde Dua
Dalam reaksi orde dua, laju berbanding langsung dengan kuadrat konsentrasi dari satu reaktan atau dengan hasil kali konsentrasi yang meningkat sampai pangkat satu atau dua dari reaktan-reaktan tersebut.
 Kasus I
2A → produk

yang pada integrasi memberikan
..... (5.5)
di mana [A]o adalah konsentrasi reaktan pada t = 0.

 Kasus II
aA + bB → produk
di mana a ≠ b dan [A]o ≠ [B]o. Persamaan laju diferensial adalah

dan pesamaan laju yang diintegrasikan adalah
..... (5.6)
Plot sisi kiri dari persamaan di atas terhadap t akan berupa garis lurus. Konstanta laju dapat dihitung dari kemiringan dan konsentrasi awal reaktan dari intersep tersebut. [A]o dan [B]o adalah konsentrasi reaktan pada t = 0.
3. Orde Tiga
 Kasus I
Laju berbanding langsung dengan pangkat tiga konsentrasi dari suatu reaktan, yakni
3R → P

diintegrasikan dengan [R] = [R]o pada t = 0 adalah
atau ..... (5.7)

 Kasus II
Laju sebanding dengan kuadrat konsentrasi dari reaktan dan pangkat satu dari konsentrasi reaktan kedua, yaitu :

dan bentuk integrasinya adalah
...(5.8)
[R1]o dan [R2]o adalah konsentrasi reaktan pada t = 0.

 Kasus III
Laju sebanding dengan hasil kali konsentrasi dari ketiga reaktan
..... (5.9)
[R1][R2][R3] = konsentrasi reaktan (N)
k = konstanta adsorbsi (s-1)
t = waktu (s)
(Dogra, 1990:632).

5.3 METODOLOGI PERCOBAAN
5.3.1 Alat dan Deskripsi Alat
Percobaan ini menggunakan bahan-bahan antara lain buret 50 ml, gelas bekker 250 mL, erlenmeyer (100 mL dan 250 mL), corong gelas, gelas piala (200 mL dan 500 mL)., pipet gondok (10 mL dan 25 mL), statif dan klem, pengaduk, botol semprot, propipet, pipet tetes, pipet mohr 5 mL, neraca analitik, dan stopwatch.

Deskripsi alat :

Gambar 5.1 Rangkaian Alat Adsorbsi

5.3.2 Bahan
Percobaan ini menggunakan bahan-bahan antara lain CH3COOH (1 N dan 0,5), karbon aktif, NaOH standar 0,5 N, aquadest, indikator pp, dan kertas saring.

5.3.3 Prosedur Percobaan
1. Membuat larutan blanko untuk asam asetat 1 N dan 0,5 N dengan cara menitrasinya dengan NaOH 0,5 N, dimana sebelum menitrasinya, asam asetat terlebih dahulu ditambahkan dengan indikator PP sebanyak dua tetes.
2. Menyiapkan 10 buah erlenmeyer 250 mL.
3. Mengisi 5 buah erlenmeyer dengan larutan asam asetat 1 N masing-masing 25 mL, dan mengisi 5 buah erlenmeyer lainnya dengan asam asetat 0,5 N masing-masing 25 mL.
4. Menimbang 2 gram karbon aktif sebanyak 10 kali.
5. Memasukkan karbon aktif sebanyak 2 gram ke dalam masing-masing erlenmeyer yang berisi larutan asam asetat.
6. Mengaduk larutan asam asetat yang berisi karbon aktif selama 1 menit. Menutupnya dengan kantong plastik hitam dan mengikat dengan karet gelang serta membiarkannya dalam selang waktu masing-masing 15, 30, 45, 60 dan 75 menit.
7. Menyaring larutan tersebut, kemudian mengambil 10 mL dari volume filtrat yang didapat.
8. Menambahkan 2 tetes indikator PP dan menitrasinya dengan NaOH 0,5 N, kemudian mencatat volume titrasinya.

5.4 HASIL DAN PEMBAHASAN

5.4.1 Hasil Pengamatan
Tabel 5.1 Hasil Titrasi CH3¬COOH Blanko
No Konsentrasi CH3COOH (N) V blanko (mL) V titrasi (mL)
1.
2. 0,5
1 10
10 9,1
19,7

Tabel 5.2 Hasil Titrasi CH3COOH 0,5 N dan 0,1 N setelah Adsorbsi
No Waktu (Menit) V. Filtrat (mL) V.Titrasi (mL) CH3COOH 0,5 N V.Titrasi (mL) CH3COOH 1 N
1 15 10 7,7 15,1
2 30 10 7,6 16,2
3 45 10 7,5 16,8
4 60 10 8 17
5 75 10 7,3 15,7

5.4.2 Hasil Perhitungan
Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Konsentrasi Asam Asetat 0,5 N Terserap.
No Waktu
(menit) V titran
(mL) V filtrat
(mL) CO
(N) Cf
(N) Ct
(N) ln C


1.
2.
3.
4.
5. 15
30
45
60
75 7,7
7,6
7,5
8
7,3 10
10
10
10
10 0,455
0,455
0,455
0,455
0,455 0,385
0,380
0,375
0,400
0,365 0,070
0,075
0,080
0,055
0,090 -2,659
-2,590
-2,525
-2,900
-2,407 14,285
13,333
12,500
18,181
11,111 204,081
177,777
156,250
330,578
123,456
R2 0,027 0,007 0,000

Tabel 5.4 Hasil Perhitungan Konsentrasi Asam Asetat 1 NTerserap.
No Waktu
(menit) V titran
(mL) V filtrat
(mL) CO
(N) Cf
(N) Ct
(N) ln C


1.
2.
3.
4.
5. 15
30
45
60
75 15,1
16,2
16,8
17
15,7 10
10
10
10
10 0,985
0,985
0,985
0,985
0,985 0,755
0,810
0,840
0,850
0,785 0,230
0,175
0,145
0,135
0,200 -1,469
-1,742
-1,931
-2,002
-1,609 4,344
5,714
6,896
7,407
5 18,903
32,653
47,562
54,869
25
R2 0,149 0,138 0,129

5.4.3 Pembahasan
Adsorbsi dipengaruhi oleh beberapa faktor dan diantaranya adalah konsentrasi adsorbat dan waktu penyerapanlah yang akan diketahui melalui percobaan ini. Pada percobaan ini adsorbsi yang terjadi adalah adsorbsi fisik, karena adsorbsi yang terjadi antara karbon aktif dan asam asetat terjadi karena adanya gaya Van Der Waals antara asam asetat dan karbon aktif. Gaya Van Der Waals dapat terjadi karena adanya interaksi dwikutub-dwikutub, yaitu tarikan elektrostatik diantara dua molekul dengan moment dwikutub permanen. Karbon aktif juga merupakan zat yang memiliki sejumlah jaringan pori-pori, sehingga proses adsorbsi dapat terjadi pada permukaan karbon aktif. Adsorbat yang digunakan adalah asam asetat dan sebagai adsorban adalah karbon aktif.
Untuk adsorbsi pada tekanan standar dan temperatur kamar karbon aktif terhadap asam asetat, konsentrasidari larutan asam asetat dan waktu adsorbsi sangat berpengaruh. Semakin lama waktu yang digunakan untuk proses adsorbsi maka akan semakin berkurang konsentrasi dari larutan asam asetat atau semakin besar konsentrasi asam asetat yang diserap karbon aktif. Sedangkan untuk pengaruh konsentrasi, jika konsentrasi adsorbat lebih besar, maka semakin banyak konsentrasi adsorbat terserap.
Konsentrasi asam asetat yang digunakan pada percobaan ini sebesar 0,5 N dan 1 N dengan variasi selang waktu 15, 30,45,60, dan 75 menit. Variasi waktu bertujuan agar praktikan mengetahui pengaruh waktu adsorbsi terhadap besar konsentrasi terserap. Untuk konsentrasi asam asetat yang lebih tinggi (1N), konsentrasi yang akan diserap oleh adsorbat lebih besar daripada asam asetat
0,5 N. Mengetahui besar konsentrasi asam asetat yang diserap dapat dihitung dengan menghitung selisih konsentrasi asam asetat blanko dengan konsentrai asam asetat filtrat. Konsentrasi asam asetat filtrat ditentukan dengan titrasi asam asetat filtrat dengan NaOH. Menggunakan indikator PP untuk menunjukkan titik ekuivalen dari titrasi. PP memiliki trayek pH sebesar 8,0-9,6. PP memiliki warna asam tidak berwarna dan warna basa berwarna merah. Sehingga PP berwarna bening di dalam asam asetat dan berwarna pink pada saat titik ekuivalen. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O
Pengocokan juga sangat berpengaruh pada proses adsorbsi, bertujuan agar karbon aktif lebih besar daripada berat jenis asam asetat. Pada percobaan ini larutan asam asetat 1N memiliki volume titrasi lebih besar daripada larutan asam asetat 0,5 N. Hal ini membuktikan semakin besar konsentrasi maka volume titrasi juga semakin besar. Hasil yang diperoleh pada percobaan ini untuk konsentrasi asam asetat 0,5 N yang diserap dalam jangka waktu 15, 30,45,60, dan 75 menit secara berturut-turut adalah 0,070 N; 0,075 N; 0,080 N; 0,055 N; 0,090 N. Sedangkan untuk asam asetat 0,1 N dalam jangka waktu 15, 30,45,60, dan 75 menit secara berturut-turut adalah 0,230 N; 0,175 N; 0,145 N; 0,135 N; 0,200 N. Dari hasil percobaan dilihat bahwa penyerapan asam asetat tidak selalu naik seiring pertambahan waktu, akan tetapi ada yang turun. Hal ini karena kurang sempurnanya proses pengadukan yang dilakukan terhadap karbon aktif dan asam asetat, sehingga keduanya tidak tercampur dengan baik.
Dari hasil perhitungan yang diperoleh maka dapat dibuat grafik hubungan waktu dengan perubahan konsentrasi yang terjadi untuk asam asetat 0,5 N. Grafik tersebut adalah hubungan antara waktu dengan ln C, hubungan waktu dengan 1/C dan hubungan waktu dengan 1/C2 yaitu sebagai berikut :

Gambar 5.2 Grafik Hubungan antara ln C dengan t (menit)


Gambar 5.3 Grafik Hubungan antara 1/C dengan t (menit)


Gambar 5.4 Grafik Hubungan antara 1/C2 dengan t (menit)

Berdasarkan gambar diatas untuk gambar 5.3 adalah grafik orde reaksi 1 dimana nilai R2 adalah 0,0027, sedangkan grafik 5.4 dan 5.5 adalah hubungan waktu dengan 1/C dan hubungan waktu dengan 1/C2 merupakan orde reaksi 2 dan 3, dimana nilai R2 adalah 0,007 dan 0,000. Nilai R2 adalah nilai yang menunjukkan bagus tidaknya variasi model regerasi. Apabila nilai R2 mendekati 1 atau lebih tinggi dari R2 lainnya, maka itulah regerasi yang diinginkan. Berdasarkan grafik diatas nilai R2 yang terbesar adalah 0,027 pada hubungan waktu dengan ln C yang berarti reaksi berlangsung pada orde satu. Pada grafik 5.3 grafik mengalami penaikan, akan tetapi pada t = 60 menit graik turun dan naik kembali pada t = 75 menit. Pada grafik 5.4 grafik mengalami penurunan, akan tetapi pada t = 60 menit graik naik dan turun kembali pada t = 75 menit. Pada grafik 5.5 grafik mengalami penurunan, akan tetapi pada t = 60 menit graik naik dan turun kembali pada t = 75 menit. Perbedaan fluktuatif grafik unuk ketiga orde dikarenakan kurang telitinya praktikan ketika menitrasi filtrat asam asetat dan cara pengocokan yang berbeda, sehingga adsorban yang terdistribusi tidak merata.
Sedangkan grafik hubungan waktu dengan perubahan konsentrasi yang terjadi untuk asam asetat 1 N. Grafik tersebut adalah hubungan antara waktu dengan ln C, hubungan waktu dengan 1/C dan hubungan waktu dengan 1/C2 yaitu sebagai berikut:


Ganbar 5.6 Grafik Hubungan antara ln C dengan t (menit)


Gambar 5.7 Grafik Hubungan antara 1/C dengan t (menit)


Gambar 5.8 Grafik Hubungan antara 1/C2 dengan t (menit)
Berdasarkan gambar diatas untuk gambar 5.6 adalah grafik orde reaksi 1 dimana nilai R2 adalah 0,149, sedangkan grafik 5.7 dan 5.8 adalah hubungan waktu dengan 1/C dan hubungan waktu dengan 1/C2 merupakan orde reaksi 2 dan 3, dimana nilai R2 adalah 0,138 dan 0,129. Nilai R2 adalah nilai yang menunjukkan bagus tidaknya variasi model regerasi. Apabila nilai R2 mendekati 1 atau lebih tinggi dari R2 lainnya, maka itulah regerasi yang diinginkan. Berdasarkan grafik diatas nilai R2 yang terbesar adalah 0,149 pada hubungan waktu dengan ln C yang berarti reaksi berlangsung pada orde satu. Pada grafik 5.6 grafik mengalami penaikan, akan tetapi pada t = 60 menit grafik turun dan naik kembali pada t = 75 menit. Pada grafik 5.7 grafik mengalami penurunan, akan tetapi pada t = 60 menit graik naik dan turun kembali pada t = 75 menit. Pada grafik 5.8 grafik mengalami penurunan, akan tetapi pada t = 60 menit graik naik dan turun kembali pada t = 75 menit. Perbedaan fluktuatif grafik unuk ketiga orde dikarenakan kurang telitinya praktikan ketika menitrasi filtrat asam asetat dan cara pengocokan yang berbeda, sehingga adsorban yang terdistribusi tidak merata. Pada asam asetat 0,5 N dan 1 N reaksi semua berjalan pada orde satu, sehingga dapat disimpulkan bahwa kinetika adsorbsi yang terjadi oleh karbon aktif terhadap asam asetat merupakan reaksi orde satu dan memiliki slope positif.
Hasil percobaan kinetika adsorbsi ini tidak sesuai dengan konsep adsorbsi secara teoritis. Secara teoritis adsorbsi dipengaruhi oleh waktu. Semakin lama waktu yang dibutuhkan, maka akan semakin banyak asam asetat yang diserap. Namun pada percobaan ini molekul asam asetat yang terserap tidak selalu naik seiring bertambahnya waktu. Berdasarkan teori semakin besar konsentrasi adsorbat maka semakin besar molekul asam asetat yang terserap. Teori ini sesuai dengan hasil percobaan yang telah dilakukan.

5.5 PENUTUP

5.5.1 Kesimpulan
Kesimpulan dari percobaan ini adalah:
1. Kinetika adsorbsi dipengaruhi oleh waktu adsorbsi dan konsentrasi adsorbat.
2. Adsorbsi yang terjadi pada karbon aktif terhadap asam asetat 1N dan 0,5 N adalah adsorbi fisik dan merupakan reaksi orde satu.
3. Konsentrasi yang terserap pada CH3COOH 0,5 N dalam waktu 15, 30, 45, 60 dan 75 menit secara berturut-turut yaitu 0,070 N; 0,075 N; 0,080 N; 0,055 N; 0,090 N.
4. Konsentrasi yang terserap pada CH3COOH 1 N dalam waktu 15, 30, 45, 60 dan 75 menit secara berturut-turut yaitu 0,230 N; 0,175 N; 0,145 N; 0,135 N; 0,200 N.
5. Semakin lama waktu proses adsorbsi mengakibatkan semakin besar konsentrasi adsorban yang terserap.
6. Semakin besar konsentrasi adsorban maka akan semakin besar juga konsentrasi adsorban yang terserap.

5.5.2 Saran
Saran dari percobaan ini adalah sebaiknya praktikan lebih teliti saat menitrasi asam asetat dengan NaOH karena akan mempengaruhi hasil volume titrasi. Selain itu perlu diperhatikan saat pengocokan agar karbon aktif terdistribusi merata.


semoga manfaat