A. Judul Percobaan
Isotherm Adsorpsi
B. Tujuan Percobaan
Menentukan isotherm adsorpsi menurut Freundlich bagi proses adsorpsi asam asetat pada arang.
C. Landasan Teori
Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut (solute) yang ada dalam larutan oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu ikatan fisika antara substansi dengan penyerapannya (smk3ea, 2010).
Adsorpsi adalah gejala penggumpalan molekul-molekul suatu zat pada permukaan zat lain, sabagai akibat dari ketidakjenuhan gaya-gaya pada permukaan tersebut (Sumari, 2000)
Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fasa teradsorpsi pada permukaan dengan fasa ruah saat kesetimbangan pada suhu tertentu (smk3ea, 2010).
Menurut smk3ea (2010), adsorpsi dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu:
1. Adsorpsi fisik, yaitu berhubungan dengan gaya van der waals dan merupakan suatu proses bolak-balik apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dan adsoben lebih besar gaya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben
2. Adsorpsi kimia, yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut yang teradsorpsi.
Adsorpsi menggunakan istilah adsorbant dan adsorbent, dimana adsorbent adalah merupakan suatu penyerap yang dalam ini berupa senyawa karbon sedangkan adsorbant adalah suatu media yang diserap (smk3ea, 2010).
Menurut Sumari (2000), untuk proses adsorpsi dalam larutan, jumlah zat yang teradsorpsi tergantunga pada beberapa faktor:
1. Jenis adsorben
2. Jenis adsorbat atau zat yang teradsorpsi
3. Luas permukaan adsorben
4. Konsentrasi zat terlarut
5. Temperatur
Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorph dan berpori yang mengandung 85-95% karbon yang dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon (batubara, kulit kelapa, dan sebagainya) atau dari karbon yang diperlakuan dengan cara khusus baik aktivasi kimia maupun fisika untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan (smk3ea, 2010).
Unsur karbon membentuk sangat banyak senyawa organik dan dewasa ini berkembang pula senyawa organometalik dengan atom karbon terikat secara koordinasi pada ion logam; selain itu secara tradisi dikenal pula dalam senyawa anorganik. Karbon dalam keadaan dasar (ground state) mempunyai konfigurasi elektronik 1s2 2s2 2p2. Kemampuannya membentuk empat ikatan kovalen tunggal menyarankan bahwa atom C mengalami hibridisasi sp3 (sesuai dengan bangun tetrahedron) dengan konfigurasi elektronik tereksitasi 1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1. Sifat unik atom karbon adalah kemampuannya membentuk ikatan antara dirinya sendiri, baik secara kovalen tunggal maupun ganda rangkap dua maupun tiga menghasilkan rantai yang tak terbatas baik terbuka maupun tertutup dan dengan atau tanpa cabang (Sugiyarto, 2004).
Menurut smk3ea (2010), sifat karbon aktif yang paling penting adalah daya serap. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu:
1. Sifat serapan. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari struktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorpsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dan senyawa serapan.
2. Temperatur/suhu. Dalam pemakaian karbon aktif dianjurkan untuk menyelidiki suhu pada saat berlangsungnya proses karena tidak ada peraturan umum yang bias diberikan mengenai suhu yang digunakan dalam adsorpsi. Faktor yang mempengaruhi suhu proses adsorpsi adalah viskositas dan stabilitas thermal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna maupun dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatile, adsorpsi dilakukan pada suhbu kamar atau bila memungkinkan pada suhu yang lebih kecil.
3. pH (derajat keasaman). Untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkuran sebagai akibat terbentuknya garam.
4. Waktu singgung. Bila karbon aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Selisih ditentukan oleh dosis karbon aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel karbon aktif untuk bersinggungan dengan serapan.
Menurut smk3ea (2008), ada tiga jenis hubungan metematik yang umumnya digunakan untuk menjelaskan isotherm adsorpsi, yaitu :
1. Isoterm Langmuir
2. Isoterm Brunauer, Emmet dan Teller (BET)
3. Isoterm Freundlich
Isoterm Langmuir. Isoterm paling sederhana, didasarkan pada asumsi bahwa setiap tempat adsorpsi adalah ekivalen, dan kemampuan partikel untuk terikat di tempat itu tidak bergantung pada di tempati atau tidaknya tempat yang berdekatan (Atkins, 1992).
Menurut smk3ea (2008), Isoterm Langmuir berasal dari asumsi bahwa:
1. Adsorben mempunyai permukaan yang homogeny dan hanya dapat mengadsorpsi satu molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbannya. Tidak ada interaksi antara molekul-molekul yang terserap.
2. Semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme yang sama
3. Hanya terbentuk satu lapisan tungal saat adsorpsi maksimum.
Isotherm Langmuir mengabaikan kemungkinan bahwa mono lapisan awal dapat berlaku sebagai substrat untuk adsorpsi (fisika) selanjutnya. Dalam hal ini, isotherm itu tidak mendatar pada suatu nilai jenuh pada tekanan tinggi, tetapi dapat diharapkan naik secara tak terbatas. Isotherm yang paling banyak digunakan, dalam pembahasan adsorpsi multilapisan diturunkan oleh Stepher Brunauer, Paul Emmett, dan Edward Teller dan disebut isotherm BET (Atkins, 1992).
Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isotherm adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan empiris yang dikemukakan oleh Freunlich. Isotherm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi penyerapan yang berbeda-beda. Persamaan ini merupakan persamaan yang paling banyak digunakan saat ini. Persamaannya adalah :
(smk3ea, 2008).
D. Alat dan Bahan
1. Alat
a. Lumpang dan Alu 1 buah
b. Labu Erlenmeyer bertutup asa 6 buah
c. Labu Erlenmeyer 250 mL 6 buah
d. Stopwatch 1 buah
e. Thermometer 0-100oC 1 buah
f. Labu takar 100 mL 1 buah
g. Pipet volume 5, 10, dan 50 mL 1 buah
h. Buret 50 mL 2 buah
i. Gelas kimia 100 mL 1 buah
j. Ball pipet 1 buah
k. Statif dan klem 1 buah
l. Corong biasa 6 buah
m. Batang pengaduk 1 buah
n. Botol semprot 1 buah
o. Cawan porselin 1 buah
p. Tanur
q. Pipet tetes
r. Neraca analitik
2. Bahan
a. Aquades
b. Kristal asam oksalat (H2C2O4.2H2O)
c. Larutan standar natrium hidroksida (NaOH) 0,1 N
d. Arang aktif
e. Kertas saring
f. Larutan CH3COOH 0,5 M; 0,250 M; 0,125 M; 0,0625 M; 0,0313 M; dan 0,0156 M
g. Indicator PP
E. Cara Kerja
1. Standarisasi Larutan NaOH 0,1 N
a. Menimbang 1,26 gram Kristal asam oksalat
b. Melarutkan Kristal dengan aquades dalam labu ukur 100 mL sampai tanda batas
c. Mengocok larutan sampai semua Kristal larut
d. Memipet 10 mL larutan asam oksalat kemudian memasukkan ke dalam Erlenmeyer 250 mL
e. Menambahkan 3 tetes indicator PP
f. Melakukan titrasi dengan menggunakan larutan standar NaOH 0,1 N sampai larutan berubah warna menjadi merah muda
g. Mengulangi langkah (d) sampai (f) sebanyak 3 kali
h. Mencatat volume NaOH 0,1 N yang dipakai
2. Isoterm Adsorpsi
a. Mengambil sejumlah arang kemudian menggerusnya dengan menggunakan lumpang dan alu
b. Memanaskan arang halus dengn cawan porselin di dalam tanur untuk mengaktifkan arang
c. Memasukkan masing-masing 0,5 gram arang aktif ke dalam 6 buah labu Erlenmeyer bertutup asah
d. Memasukkan masing-masing 50 mL larutan asam asetat dengan konsentrasi 0,5 M; 0,250 M; 0,125 M; 0,0625 M; 0,0313 M; dan 0,0156 M ke dalam Erlenmeyer yang berisi arang aktif
e. Menutup labu Erlenmeyer tersebut dan membiarkan selama 30 menit dan setiap rentang waktu 10 menit, mengocok larutan selama 1 menit dan mencatat temperaturnya.
f. Menyaring larutan dengan kertas saring dan filtratnya ditampung dalam Erlenmeyer
g. Memipet 5 mL larutan untuk konsentrasi 0,5 M dan 0,250 M, 10 mL laruran untuk konsentrasi 0,125 M, dan 15 mL larutan untuk konsentrasi 0,0625 M; 0,0313 M; dan 0,0156 M
h. Menambahkan 3 tetes indikator PP dan melakukan titrasi dengan menggunakan larutan standar NaOH yang telah distandarisasi sebelumnya sampai larutan berubah menjadi merah muda
i. Mencatat volume NaOH yang digunakan
F. Hasil Pengamatan
1. Standarisasi larutan NaOH 0,1 N
a. 1,26 gram H2C2O4 + Aquades sampai 100 mL dikocok larutan H2C2O4 0,1 M
b. 10 mL H2C2O4 0,1 M + NaOH 0,1 N indikator PP larutan berwarna merah muda
Titrasi | Volume NaOH |
I | 24,7 mL |
II | 24,3 mL |
III | 24,6 mL |
2. Isoterm Adsorpsi
a. 0,5 gram karbon aktif + 50 mL CH3COOH didiamkan 30 menit dikocok setiap 10 menit selama 1 menit catat suhu = 300C, larutan berwarna hitam disaring filtrat berwarna bening
b. Filtrat + NaOH indikator PP larutan berwarna merah muda
Konsentrasi CH3COOH (M) | Volume CH3COOH (mL) | Volume NaOH (mL) | ||
Titrasi I | Titrasi II | Titrasi III | ||
0,5000 | 5 | 31,6 | 30,3 | 30,9 |
0,250 | 5 | 21,1 | 21,5 | 21,6 |
0,125 | 10 | 15 | 14,8 | 14,7 |
0,0625 | 15 | 11,5 | 11,4 | 11,7 |
0,0313 | 15 | 5,8 | 5,3 | 5,5 |
0,0156 | 15 | 2,8 | 2,5 | 2,3 |
G. Analisis Data
1. Standarisasi larutan NaOH 0,1 N
Dik : m H2C2O4 : 1,26 gram
Mr H2C2O4.2H2O : 126 gram/mol
Volume : 100 mL
Dit : M H2C2O4 …..?
N NaOH…..?
Peny :
M H2C2O4 =
=
=
= 0,1 M
H2C2O4 à 2H+ + C2O42-
H2C2O4 = 2 ekiv
Jadi, N H2C2O4 = ekiv x M
= 2 x 0,1 M
= 0,2 N
V NaOH =
=
=
= 24,53 mL
N NaOH =
=
= 0,082 N
NaOH à Na+ + OH-
N NaOH ~ M NaOH
Jadi, M NaOH = 0,082 M
2. Isoterm Adsorpsi
a. Erlenmeyer I à [CH3COOH] = 0,5 M
Dik : Mr CH3COOH = 60 gram/mol = 0,06 g/mmol
V CH3COOH = 50 mL
V1 NaOH = 31,6 mL
V2 NaOH = 30,3 mL
V3 NaOH = 30,9 mL
Dit : CH3COOH teradsorpsi …..?
Peny :
V NaOH =
=
=
= 30,93 mL
mmol CH3COOH awal = (M x V) CH3COOH
= 0,5 M x 50 mL
= 25 mmol
mmol CH3COOH akhir = mmol NaOH
= fp x (M x V) NaOH
= x 0,082 M x 30,93 mL
= 25,363 mmol
mmol zat yang teradsorpsi = mmol awal – mmol akhir
= 25 mmol – 25,363 mmol
= -0,363 mmol
Massa CH3COOH teradsorpsi = Mr CH3COOH x mmol teradsorpsi
= 0,06 g/mmol x (-0,363 mmol)
= -0,022 gram
CH3COOH teradsorpsi (C) =
=
= -0,007 M
Log C = log (-0,007) = -
= = -0,044
log = log (-0,044) = -
b. Erlenmeyer II à [CH3COOH] = 0,250 M
Dik : Mr CH3COOH = 60 gram/mol = 0,06 g/mmol
V CH3COOH = 50 mL
V1 NaOH = 21,1 mL
V2 NaOH = 21,5 mL
V3 NaOH = 21,6 mL
Dit : CH3COOH teradsorpsi …..?
Peny :
V NaOH =
=
=
= 21,4 mL
mmol CH3COOH awal = (M x V) CH3COOH
= 0,250 M x 50 mL
= 12,5 mmol
mmol CH3COOH akhir = mmol NaOH
= fp x (M x V) NaOH
= x 0,082 M x 21,4 mL
= 17,548 mmol
mmol zat yang teradsorpsi = mmol awal – mmol akhir
= 12,5 mmol – 17,548 mmol
= -5,048 mmol
Massa CH3COOH teradsorpsi = Mr CH3COOH x mmol teradsorpsi
= 0,06 g/mmol x (-5,048 mmol)
= -0,303 gram
CH3COOH teradsorpsi (C) =
=
= -0,101 M
Log C = log (-0,101) = -
= = -0,606
log = log (-0,606) = -
c. Erlenmeyer III à [CH3COOH] = 0,125 M
Dik : Mr CH3COOH = 60 gram/mol = 0,06 g/mmol
V CH3COOH = 50 mL
V1 NaOH = 15 mL
V2 NaOH = 14,8 mL
V3 NaOH = 14,7 mL
Dit : CH3COOH teradsorpsi …..?
Peny :
V NaOH =
=
=
= 14,83 mL
mmol CH3COOH awal = (M x V) CH3COOH
= 0,125 M x 50 mL
= 6,25 mmol
mmol CH3COOH akhir = mmol NaOH
= fp x (M x V) NaOH
= x 0,082 M x 14,83 mL
= 6,080 mmol
mmol zat yang teradsorpsi = mmol awal – mmol akhir
= 6,25 mmol – 6,080 mmol
= 0,17 mmol
Massa CH3COOH teradsorpsi = Mr CH3COOH x mmol teradsorpsi
= 0,06 g/mmol x 0,17 mmol
= 0,01 gram
CH3COOH teradsorpsi (C) =
=
= 0,0034 M
Log C = log 0,0034 = -2,46
= = 0,02
log = log 0,02 = -1,699
d. Erlenmeyer IV à [CH3COOH] = 0,0625 M
Dik : Mr CH3COOH = 60 gram/mol = 0,06 g/mmol
V CH3COOH = 50 mL
V1 NaOH = 11,5 mL
V2 NaOH = 11,4 mL
V3 NaOH = 11,7 mL
Dit : CH3COOH teradsorpsi …..?
Peny :
V NaOH =
=
=
= 11,53 mL
mmol CH3COOH awal = (M x V) CH3COOH
= 0,625 M x 50 mL
= 3,125 mmol
mmol CH3COOH akhir = mmol NaOH
= fp x (M x V) NaOH
= x 0,082 M x 11,53 mL
= 3,12 mmol
mmol zat yang teradsorpsi = mmol awal – mmol akhir
= 3,125 mmol – 3,12 mmol
= 0,005 mmol
Massa CH3COOH teradsorpsi = Mr CH3COOH x mmol teradsorpsi
= 0,06 g/mmol x 0,005 mmol
= 0,0003 gram
CH3COOH teradsorpsi (C) =
=
= 0,0001 M
Log C = log 0,0001 = -4
= = 0,0006
log = log 0,0006 = -3,222
e. Erlenmeyer V à [CH3COOH] = 0,0313 M
Dik : Mr CH3COOH = 60 gram/mol = 0,06 g/mmol
V CH3COOH = 50 mL
V1 NaOH = 5,8 mL
V2 NaOH = 5,3 mL
V3 NaOH = 5,5 mL
Dit : CH3COOH teradsorpsi …..?
Peny :
V NaOH =
=
=
= 5,53 mL
mmol CH3COOH awal = (M x V) CH3COOH
= 0,0313 M x 50 mL
= 1,565 mmol
mmol CH3COOH akhir = mmol NaOH
= fp x (M x V) NaOH
= x 0,082 M x 5,53 mL
= 1,496 mmol
mmol zat yang teradsorpsi = mmol awal – mmol akhir
= 1,565 mmol – 1,496 mmol
= 0,069 mmol
Massa CH3COOH teradsorpsi = Mr CH3COOH x mmol teradsorpsi
= 0,06 g/mmol x 0,069 mmol
= 0,004 gram
CH3COOH teradsorpsi (C) =
=
= 0,0014 M
Log C = log 0,0014 = -2,854
= = 0,008
log = log 0,008 = -2,097
f. Erlenmeyer VI à [CH3COOH] = 0,0156 M
Dik : Mr CH3COOH = 60 gram/mol = 0,06 g/mmol
V CH3COOH = 50 mL
V1 NaOH = 2,5 mL
V2 NaOH = 2,5 mL
V3 NaOH = 2,3 mL
Dit : CH3COOH teradsorpsi …..?
Peny :
V NaOH =
=
=
= 2,43 mL
mmol CH3COOH awal = (M x V) CH3COOH
= 0,0156 M x 50 mL
= 0,78 mmol
mmol CH3COOH akhir = mmol NaOH
= fp x (M x V) NaOH
= x 0,082 M x 2,43 mL
= 0,658 mmol
mmol zat yang teradsorpsi = mmol awal – mmol akhir
= 0,78 mmol – 0,658 mmol
= 0,122 mmol
Massa CH3COOH teradsorpsi = Mr CH3COOH x mmol teradsorpsi
= 0,06 g/mmol x 0,122 mmol
= 0,0073 gram
CH3COOH teradsorpsi (C) =
=
= 0,0024 M
Log C = log 0,0024 = -2,619
= = 0,0146
log = log 0,0146 = -1,836
No | m (gram) | Konsentrasi (M) | x (gram) | Log | Log C | ||
awal | akhir | ||||||
1 | 0,5 | 0,5 | -0,007 | -0,022 | -0,044 | - | - |
2 | 0,5 | 0,250 | -0,101 | -0,303 | -0,606 | - | - |
3 | 0,5 | 0,125 | 0,0034 | 0,01 | 0,02 | -1,699 | -2,46 |
4 | 0,5 | 0,0625 | 0,0001 | 0,0003 | 0,0006 | -3,222 | -4,0 |
5 | 0,5 | 0,0313 | 0,0014 | 0,004 | 0,008 | -2,097 | -2,854 |
6 | 0,5 | 0,0156 | 0,0024 | 0,0073 | 0,0146 | -1,836 | -2,619 |
Grafik Hubungan Log C dan Log x/m
Grafik Hubungan Log C dan Log x/m
k = 0,751
n = tanα =
=
=
= 0,989
H. Pembahasan
Percobaan ini bertujuan untuk menentukan isotherm adsorpsi menurut Freundlich pada proses adsorpsi asam asetat oleh arang. Pada percobaan ini digunakan larutan NaOH yang distandarisasi lebih dahulu dengan menggunakan larutan asam oksalat (H2C2O4). Dari hasil analisis data diperoleh konsentrasi NaOH merupakan larutan standar sekunder yang konsentrasinya mudah berubah saat proses penyimpanan. Hal ini karena konsentrasi NaOH berubah dari 0,1 N menjadi 0,082 N.
Percobaan selanjutnya adalah penentuan isotherm adsorpsi. Adapun zat pengadsorpsi yang digunakan adalah arang. Fungsi arang adalah untuk mengadsorpsi larutan asam asetat dengan tingkat konsentrasi yang berbeda-beda. Sebelum digunakan arang terlebih dahulu digerus untuk memperluas permukaan arang. Setelah itu arang dipanaskan. Fungsi pemanasan adalah untuk mengaktifkan arang sehingga pori-pori arang menjadi lebih besar dan memperluas permukaan arang (adsorben) untuk mempermudah proses adsorpsi.
Pada percobaan ini digunakan asam asetat dengan konsentrasi yang bervariasi. Hal ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh konsentrasi terhadap banyaknya zat yang teradsorpsi. Pada percobaan ini dilakukan proses pengocokan yang bertujuan agar asam asetat dapat terserap dengan baik oleh arang.
Untuk mengetahui benyaknya asam asetat yang teradsorpsi oleh arang, maka larutan distandarisasi dengan larutan standar NaOH 0,082 N. pada proses ini, digunakan volume asam asetat yang bervariasi. Hal ini dilakukan karena jika volume yang dipakai sama untuk semua konsentrasi, maka untuk larutan dengan konsentrasi tinggi, larutan NaOH yang dipakai untuk mencapai titik akhir titrasi akan sangat banyak. Pada titrasi ini digunakan indikator PP (phenolphthalein) untuk mengetahui titik akhirtitrasi dengan perubahan warna menjadi merah muda.
Dari hasil pengamatan dan analisis data diketahui bahwa semakin besar konsentrasi asam asetat, maka semakin besar pula yang terserap oleh arang. Dari hasil perhitungan diperoleh nilai C (Konsentrasi asam asetat yang teradsorpsi) dan (massa asam asetat yang teradsorpsi berbanding massa arang sebelum adsorpsi). Dari hasil ini dapat diperoleh nilai log C dan log yang dapat diplotkan pada grafik menurut Freundlich. Dari kurva diperoleh harga-harga dari tetapan adsorben (n) dan k pada proses adsorpsi asam asetat oleh arang. Nilai k sebesar 0,751 dan n sebesar 0,989
Tidak ada komentar:
Posting Komentar