Pengertian Absorpsi
Definisi Absorpsi adalah proses
penyerapan suatu zat oleh zat lain. Dalam proses ini, zat yang diserap masuk ke
bagian dalam zat penyerap. Misalnya peristiwa pelarutan (gas ke dalam zat cair
atau zat padat), difusi (zat cair ke dalam zat padat), warna yang diserap oleh
suatu benda (warna absorpsi), penyerapan sinar bias oleh suatu zat pada
peristiwa bias kembar (absorpsi selektif) dan penyerapan energy oleh electron
di dalam satuan atom (spectrum absorpsi). Sedangkan pengertian absorpsimetri
adalah metode analisis untuk menentukan komposisi suatu zat dengan mengukur
cahaya yang diserap bahan itu. Misalnya, dengan mengetahui frekuensi warna
cahaya yang diserap, dapat ditentukan jenis zat penyerap.
LAPORAN OPERASI TEKNIK KIMIA ABSORBSI
Dasar Teori
Absorbsi merupakan salah satu proses pemisahan
dengan mengontakkan campuran gas dengan cairan sebagai penyerapnya. Penyerap
tertentu akan menyerap setiap satu atau lebih komponen gas. Pada absorbsi
sendiri ada dua macam proses yaitu :
a.
Absorbsi fisik
Absorbsi fisik merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan
penyerap tidak disertai dengan reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah
absorbsi gas H2S dengan air, metanol, propilen, dan karbonat. Penyerapan
terjadi karena adanya interaksi fisik, difusi gas ke dalam air, atau pelarutan
gas ke fase cair. Dari asborbsi fisik ini ada beberapa teori untuk menyatakan
model mekanismenya, yaitu :
1.
teori model film
2.
teori penetrasi
3.
teori permukaan yang
diperbaharui
b.
Absorbsi kimia
Absorbsi kimia merupakan absorbsi dimana gas terlarut didalam larutan
penyerap disertai dengan adanya reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah
absorbsi dengan adanya larutan MEA, NaOH, K2CO3, dan
sebagainya. Aplikasi dari absorbsi kimia dapat dijumpai pada proses penyerapan
gas CO2 pada pabrik amoniak. Penggunaan absorbsi kimia pada fase
kering sering digunakan untuk mengeluarkan zat terlarut secara lebih sempurna
dari campuran gasnya. Keuntungan absorbsi kimia adalah meningkatnya koefisien
perpindahan massa gas, sebagian dari perubahan ini disebabkan makin besarnya
luas efektif permukaan. Absorbsi kimia dapat juga berlangsung di daerah yang
hampir stagnan disamping penangkapan dinamik.
Hal-hal yang mempengaruhi dalam prsoses
adsorbsi :
Ø Zat yang diadsorbsi
Ø Luas permukaan yang diadsorbsi
Ø Temperatur
Ø Tekanan
Absorben
Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan
bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun
secara reaksi kimia. Absorben sering juga disebut sebagai cairan
pencuci. Persyaratan absorben :
1. Memiliki daya melarutkan bahan yang
akan diabsorpsi yang sebesar mungkin (kebutuhan akan cairan lebih sedikit,
volume alat lebih kecil).
2. Selektif
3. Memiliki tekanan uap yang rendah
4. Tidak korosif.
5. Mempunyai viskositas yang rendah
6. Stabil secara termis.
7. Murah
Jenis-jenis bahan
yang dapat digunakan sebagai absorben adalah air (untuk gas-gas yang dapat
larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan tetesan cairan), natrium hidroksida (untuk gas-gas yang dapat
bereaksi seperti asam) dan asam sulfat (untuk gas-gas yang dapat bereaksi
seperti basa).
Kolom Absorpsi
Adalah suatu kolom
atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi penyerapan/penggumpalan)
dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan
melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut
dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen
tersebut. Diantara jenis-jenis absorben ini antara lain, arang aktif,
bentonit, dan zeolit.
1. Arang aktif
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 terjadikebocoran 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 aktif faktor 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. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas
dan senyawa-senyawa
kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif,
tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap
arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat arang aktif. Arang
aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan
sebagai penyerap uap. Arang aktif sebgai pemucat, biasanya berbentuk
powder yang sangat halus, diameter pori mencapai 1000 A0,
digunakan dalam fase cair,berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang
menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari
zat-zat penganggu dan kegunaan lain yaitu pada industri kimia dan industri
baru. Diperoleh dari serbukserbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau
dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang
lemah.
Arang aktif sebagai penyerap uap, biasanya
berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar
antara 10-200 A0 , tipe pori lebih halus, digunakan
dalam rase gas, berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut,
katalis,pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh dari tempurung kelapa, tulang,
batu bata atau bahan baku yang mempunyaibahan baku yang mempunyai
struktur keras.
2. Zeolit
Mineral zeolit bukan merupakan mineral tunggal,
melainkan sekelompok mineral yang terdiri dari beberapa jenis unsur. Secara
umum mineral zeolit adalah senyawa alumino silikat hidrat dengan logam alkali
tanah. serta mempunyai rumus kimia sebagai berikut :
M2x/nSi1-xAlxO2.yH2O
Dengan M = e.g Na, K, Li, Ag, NH, H, Ca, Ba
Ikatan ion Al-Si-O adalah pembentuk struktur
kristal, sedangkan logam alkali adalah kation yang mudah tertukar. Jumlah
molekul air menunjukkan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa yang akan
terbentuk bila unit sel kristal zeolit tersebut dipanaskan. Penggunaan
zeolit cukup banyak, misalnya untuk industri kertas, karet, plastik, agregat
ringan, semen puzolan, pupuk, pencegah polusi, pembuatan gas asam, tapal gigi,
mineral penunjuk eksplorasi, pembuatan batubara, pemurnian gas alam, industri
oksigen, industri petrokimia.
Dalam keadaan normal maka ruang hampa dalam
kristal zeolit terisi oleh molekul air bebas yang membentuk bulatan di sekitas
kation. Bila kristal tersebut dipanaskan selama beberapa jam, biasanya pada
temperatur 250-900 oC, maka kristal zeolit yang bersnagkutan
berfungsi menyerap gas atau cairan. Daya serap (absorbansi) zeolit tergantung
dari jumlah ruang hampa dan luas permukaan. Biasanya mineral zeolit mempunyai
luas permukaan beberapa ratus meter persegi untuk setiap gram berat. Beberapa
jenis mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30% dari beratnya dalam
keadaan kering. Pengeringan zeolit biasanya dilakukan dalam ruang hampa dengan
menggunakan gas atau udara kering nitrogen atau methana dengan maksud
mengurangi tekanan uap ari terhadap zeolit itu sendiri.
3. Bentonit
Bentonit adalah istilah pada lempung yang
mengandung monmorillonit dalam dunia perdagangan dan termasuk kelompok
dioktohedral. Penamaan jenis lempung tergantung dari penemu atau peneliti,
misal ahli geologi, mineralogi, mineral industri dan lain-lain. Bentonit
dapat dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan kandungan alu-munium silikat
hydrous, yaitu activated clay dan fuller's Earth. Activated clay adalah lempung
yang kurang memiliki daya pemucat, tetapi daya pemucatnya dapat ditingkatkan
melalui pengolahan tertentu. Sementara itu, fuller's earth digunakan di dalam
fulling atau pembersih bahan wool dari lemak. Sifat bentonit sebagai
adsorben adalah :
Ø mempunyai surface area yang besar (fisika)
Ø bersifat asam yang padat (kimia)
Ø bersifat penukar-ion (kimia)
Ø bersifat katalis (kimia)
Aplikasi Absorbsi
Absorbsi dalam dunia industri digunakan untuk
meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya.
1. Proses Pembuatan Formalin
Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas
dapat dihasilkan melalui proses absorbsi.Teknologi proses pembuatan formalin
Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor
yang berupa gas yang mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga
suhu 55 0C,dimasukkan
ke dalam absorber.Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandunglarutan formalin
dengan kadar formaldehid sekitar 37 – 40%. Bagian terbesar dari metanol,
air,dan formaldehid dikondensasi di bawah air pendingin bagian dari menara, dan
hampir semua removal dari sisa metanol dan formaldehid dari gas terjadi
dibagian atas absorber dengan counter current contact dengan air proses.
2. Proses Pembuatan Asam Nitrat
Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2).Proses
pembuatan asam nitrat Tahap akhir dari proses pembuatan asam nitrat berlangsung
dalam kolom absorpsi. Pada setiap tingkat kolom terjadi reaksi oksidasi NO
menjadi NO2 dan reaksi
absorpsi NO2 oleh air menjadi asam nitrat. Kolom absorpsi mempunyai empat
fluks masuk dan dua fluks keluar. Empat fluks masuk yaitu air umpan absorber,
udara pemutih, gas proses, dan asam lemah. Dua fluks keluar yaitu asam nitrat produk
dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk menghasilkan asam nitrat dengan
konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buang tidak lebih dari 200 ppm.
Aplikasi absorbsi lainnya seperti proses
pembuatan urea,produksi ethanol, minuman berkarbonasi, fire extinguisher,dry
ice,supercritical carbon dioxide dan masih banyak lagi aplikasi absorbsi dalam
industri.
Selain itu
absorbsi ini juga digunakan untuk memurnikan gas yang dihasilkan dari
fermentasi kotoran sapi. Gas CO2 langsung bereaksi dengan larutan
NaOH sedangkan CH4 tidak. Dengan berkurangmya konsentrasi CO2
sebagai akibat reaksi dengan NaOH, maka perbandingan konsentrasi CH4
dengan CO2 menjadi lebih besar untuk konsentrasi CH4.
Absorbsi CO2 dari campuran biogas ke dalam larutan NaOH dapat
dilukiskan sebagai berikut:
CO2(g) +
NaOH(aq) → NaHCO3(aq)
NaOH(aq)
+ NaHCO3 → Na2CO3(s) + HO(l) +
CO2(g) +
2NaOH(aq) → Na2CO3(s) + H2O(l)
Dalam
kondisi alkali atau basa, pembentukan bikarbonat dapat diabaikan karena
bikarbonat bereaksi dengan OH- membentuk CO32-
Prinsip Absorbsi
Udara yang mengandung
komponen terlarut (misalnya CO2) dialirkan ke dalam kolom pada
bagian bawah. Dari atas dialirkan alir. Pada saat udara dan air bertemu dalam
kolom isian, akan terjadi perpindahan massa. Dengan menganggap udara tidak
larut dalam air (sangat sedikit larut),maka hanya gas CO2 saja yang
berpindah ke dalam fase air (terserap). Semakin ke bawah, aliran air semakin
kaya CO2. Semakin ke atas ,aliran udara semakin miskin CO2.
Faktor-faktor yang berpengaruh pada operasi absorpsi adalah sebagai berikut :
·
Laju alir air. Semakin
besar,penyerapan semakin baik.
·
Komposisi dalam aliran
air. Jika terdapat senyawa yang mampu beraksi dengan CO2 (misalnya
NaOH) maka penyerapan lebih baik.
·
Suhu operasi.Semakin
rendah suhu operasi,penyerapan semakin baik.
·
Tekanan operasi.Semakin
tinggi tekanan operasi, penyerapan semakin baik sampai pada batas tertentu.
Diatas tekanan maksimum (untuk hidrokarbon biasanya 4000-5000 kPa), penyerapan
lebih buruk.
·
Laju alir gas. Semakin
besar laju alir gas, penyerapan semakin buruk.
Operasi absorpsi dapat digambarkan
secara skematik sebagai berikut :
Y1 L,X0 Keterangan
:
G = laju alir udara bebas CO2
Y1 = rasio laju alir CO2 terhadp udara pada aliran gas
keluar
Yn+1
= rasio laju alir CO2 terhadap udara pada aliran gas
masuk
L =
laju alir air bebas CO2
X0
= rasio laju alir CO2 terhadap udara pada aliran air masuk
Xn
= rasio laju alir CO2 terhadap udara pada aliran air keluar
G, Yn+1 Xn
Gambar 1.Skema proses Absorpsi.
Naraca massa total dalam kolom
absorber dapat ditulis sebagai berikit :
G(Yn+1 – Y1)
= L(Xn –X0)
II.
Data Pengamatan
Laju alir Udara = 60
L/menit
Laju alir Air = 4 L/menit
Laju alir CO2 = 2 L/menit
Absorber : Larutan NaOH 0,1 N
(20 Liter)
Larutan
Penitrasi : HCl 0,1 N
Volume Sampling : 10 mL
Tabel Pengamatan Titrasi Sampel
Sampel
ke-
|
t (menit)
|
Volume
HCl ke-1
(a
mL)
|
Volume
HCl ke-2
(b
mL)
|
1
|
0
|
8,0
|
5,0
|
2
|
5
|
7,0
|
9,1
|
3
|
10
|
6,2
|
9,7
|
4
|
15
|
6,0
|
10,2
|
5
|
20
|
5,3
|
10,7
|
6
|
25
|
5,0
|
11,1
|
7
|
30
|
4,7
|
11,5
|
III. Pengolahan
Data
1)
t = 0 menit
n Na2CO3 =
=
=
0.08 mol
n NaHCO3 =
=
=
-0.03 mol
n CO2 =
n Na2CO3 +
n NaHCO3
= 0.08 + (-0.03)
=
0.05 mol
2)
t = 5 menit
n Na2CO3 =
=
=
0.07 mol
n NaHCO3 =
=
=
0.021 mol
n CO2 =
n Na2CO3 +
n NaHCO3
= 0.07 + 0.021
=
0.091 mol
3)
t = 10 menit
n Na2CO3 =
=
=
0.062 mol
n NaHCO3 =
=
=
0.035 mol
n CO2 =
n Na2CO3 +
n NaHCO3
= 0.062 + 0.035
=
0.097 mol
4)
t = 15 menit
n Na2CO3 =
=
=
0.06 mol
n NaHCO3 =
=
=
0.042 mol
n CO2 =
n Na2CO3 +
n NaHCO3
= 0.06 + 0.042
=
0.102 mol
5)
t = 20 menit
n Na2CO3 =
=
=
0.053 mol
n NaHCO3 =
=
=
0.054 mol
n CO2 =
n Na2CO3 +
n NaHCO3
= 0.053 + 0.054
=
0.107 mol
6)
t = 25 menit
n Na2CO3 =
=
=
0.05 mol
n NaHCO3 =
=
=
0.061 mol
n CO2 =
n Na2CO3 +
n NaHCO3
= 0.05 + 0.061
=
0.111 mol
7)
t = 30 menit
n Na2CO3 =
=
=
0.047 mol
n NaHCO3 =
=
=
0.068 mol
n CO2 =
n Na2CO3 +
n NaHCO3
= 0.047 – 0.068
=
0.115 mol
- Kimia Fisika
Hukum gas ideal
Hukum
Keadaan Standar
Tiga hukum Gas
Hukum Boyle: V = a/P (pada T, n tetap)
Hukum Charles: V = b.T (pada P, n tetap)
Hukum Avogadro: V = c.n (pada T, P tetap)
Untuk
melakukan pengukuran terhadap volume gas, diperlukan suatu keadaan standar
untuk digunakan sebagai titik acuan. Keadaan ini yang juga dikenal sebagai STP
(Standart Temperature and Pressure) yaitu keadaan dimana gas mempunyai tekanan
sebesar 1 atm (760 mmHg) dan suhu °C (273,15 K).
Satu
mol gas ideal, yaitu gas yang memenuhi ketentuan semua hukum-hukum gas akan
mempunyai volume sebanyak 22,414 liter pada keadaan standar ini.
Hukum
Gas Ideal
Definisi
mikroskopik gas ideal, antara lain:
- Suatu gas yang terdiri dari
partikel-partikel yang dinamakan molekul.
- Molekul-molekul bergerak secara
serampangan dan memenuhi hukum-hukum gerak Newton.
- Jumlah seluruh molekul adalah besar
- Volume molekul adalah pecahan kecil yang
diabaikan dari volume yang ditempati oleh gas tersebut.
- Tidak ada gaya yang cukup besar yang
beraksi pada molekul tersebut kecuali selama tumbukan.
- Tumbukannya elastik (sempurna) dan
terjadi dalam waktu yang sangat singkat.
Gas
merupakan satu dari tiga wujud zat dan walaupun wujud ini merupakan bagian tak
terpisahkan dari studi kimia, bab ini terutama hanya akan membahasa hubungan
antara volume, temperatur dan tekanan baik dalam gas ideal maupun dalam gas
nyata, dan teori kinetik molekular gas, dan tidak secara langsung kimia.
Bahasan utamanya terutama tentang perubahan fisika, dan reaksi kimianya tidak
didisuksikan. Namun, sifat fisik gas bergantung pada struktur molekul gasnya
dan sifat kimia gas juga bergantung pada strukturnya. Perilaku gas yang ada sebagai
molekul tunggal adalah contoh yang baik kebergantungan sifat makroskopik pada
struktur mikroskopik.
Sifat – sifat gas Ideal
Sifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai
berikut.
- Gas bersifat transparan.
- Gas terdistribusi merata dalam ruang
apapun bentuk ruangnya.
- Gas dalam ruang akan memberikan tekanan
ke dinding.
- Volume sejumlah gas sama dengan volume
wadahnya. Bila gas tidak diwadahi, volume gas akan menjadi tak hingga
besarnya, dan tekanannya akan menjadi tak hingga kecilnya.
- Gas berdifusi ke segala arah tidak
peduli ada atau tidak tekanan luar.
- Bila dua atau lebih gas bercampur,
gas-gas itu akan terdistribusi merata.
- Gas dapat ditekan dengan tekanan luar.
Bila tekanan luar dikurangi, gas akan mengembang.
- Bila dipanaskan gas akan mengembang,
bila didinginkan akan mengkerut.
Dari berbagai sifat di atas, yang paling
penting adalah tekanan gas. Misalkan suatu cairan memenuhi wadah. Bila cairan
didinginkan dan volumenya berkurang, cairan itu tidak akan memenuhi wadah lagi.
Namun, gas selalu akan memenuhi ruang tidak peduli berapapun suhunya. Yang akan
berubah adalah tekanannya.
Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan
gas adalah manometer. Prototipe alat pengukur tekanan atmosfer, barometer,
diciptakan oleh Torricelli.
Tekanan didefinisikan gaya per satuan luas,
jadi tekanan = gaya/luas.
Dalam SI, satuan gaya adalah Newton (N),
satuan luas m2, dan satuan tekanan adalah Pascal (Pa). 1 atm
kira-kira sama dengan tekanan 1013 hPa.
1 atm = 1,01325 x 105 Pa = 1013,25
hPa
Namun, dalam satuan non-SI unit, Torr,
kira-kira 1/760 dari 1 atm, sering digunakan untuk mengukur perubahan tekanan
dalam reaksi kimia.
Campuran gas
Di industri-industri
banyak dipakai gas-gas yang merupakan campuran dari be
berapa jenis gas
(disebut komponen atau konstituen ). Campuran gas ini biasanya merupakan
gas buatan yang tidak terdapat di alam dan mempunyai sifat-sifattermodinamika
yang berbeda dengan komponen-komponen penyusunnya
Persamaan
gas ideal
Esensi
ketiga hukum gas di atas dirangkumkan di bawah ini. Menurut tiga hukum ini,
hubungan antara temperatur T, tekanan P dan volume V sejumlah n mol gas dengan
terlihat.
Tiga hukum Gas
Hukum Boyle: V = a/P (pada T, n tetap)
Hukum Charles: V = b.T (pada P, n tetap)
Hukum Avogadro: V = c.n (pada T, P tetap)
Jadi, V sebanding dengan T dan n, dan
berbanding terbalik pada P. Hubungan ini dapat digabungkan menjadi satu
persamaan:
V = RTn/P
(6.4)
atau
PV = nRT
(6.5)
R adalah tetapan baru. Persamaan di atas
disebut dengan persamaan keadaan gas ideal atau lebih sederhana persamaan
gas ideal.
Nilai R bila n = 1 disebut dengan konstanta
gas, yang merupakan satu dari konstanta fundamental fisika. Nilai R beragam
bergantung pada satuan yang digunakan. Dalam sistem metrik, R = 8,2056 x10–2
dm3 atm mol-1 K-1. Kini, nilai R = 8,3145 J
mol-1 K-1 lebih sering digunakan.
Latihan 6.1 Persamaan gas ideal
Sampel metana bermassa 0,06 g memiliki volume
950 cm3 pada temperatur 25°C. Tentukan tekanan gas dalam Pa atau
atm).
Jawab: Karena massa molekul CH4
adalah 16,04, jumlah zat n diberikan sebagai n = 0,60 g/16,04 g mol-1
= 3,74 x 10-2 mol. Maka, P = nRT/V = (3,74 x10-2
mol)(8,314 J mol-1 K-1) (298 K)/ 950 x 10-6 m3)=
9,75 x 104 J m-3 = 9,75 x 104 N m-2=
9,75 x 104 Pa = 0,962 atm
Dengan bantuan tetapan gas, massa molekul
relatif gas dapat dengan mudah ditentukan bila massa w, volume V dan tekanan P
diketahui nilainya. Bila massa molar gas adalah M (g mol-1), akan
diperoleh persamaan (6.6) karena n = w/M.
PV = wRT/M
(6.6)
maka
M = wRT/PV
(6.7)
Latihan 6.2 Massa molekular gas
Massa wadah tertutup dengan volume 0,500 dm3
adalah 38,7340 g, dan massanya meningkat menjadi 39,3135 g setelah wadah diisi
dengan udara pada temperatur 24 °C dan tekanan 1 atm. Dengan menganggap gas
ideal (berlaku persamaan (6.5)), hitung "seolah" massa molekul udara.
Jawab: 28,2. Karena ini sangat mudah detail
penyelesaiannya tidak diberikan. Anda dapat mendapatkan nilai yang sama dari
komposisi udara (kira-kira N2:O2 = 4:1).
Massa jenis gas
JIka kita ingin mengukur massa jenis gas , kita harus mengetahui
volum dan massa gas. Bag. cara kita mengukur massa gas ?
Kita dapat mengukur massa gas
dengan menggunakan hukum termodinamika.
Persamaan umum gas kita ketahui :
P.V = n.R.T
(P=tekanan gas, V=volume gas,
n=jumlah mol gas, R=tetapan Gay Lussac-Avogadro, T=suhu gas)
Maka dengan menyeting P, V, dan T
pada nilai tertentu kita akan bisa menghitung n.
n = P.V/(R.T)
Massa gas bisa kita dapatkan dengan
mengalikan jumlah mol gas yang terhitung dengan massa molar gas tersebut (M).
Difusi gas
Definisi difusi
adalah penyebaran molekul zat dan gas / cairan yang konsentrasinya tinggi
(hipertonis) ke gas / cairan yang konsentrasinya lebih rendah (hipotonis).
Misalnya, penyebaran bau minyak wangi ke seluruh ruang dan menyebarnya tinta di
dalam air.
Tingkat difusi suatu gas tergantung pada berat molekulnya, makin ringan molekul
gas, makin cepat difusinya. Jika dua macam gas diletakkan berdekatan dalam
wadah yang terbuat dari bahan yang memungkinkan gas berdifusi melewati dinding,
maka gas yang ringan akan berdifusi lebih cepat, dari gas yang berat.
Biasanya difusi merupakan proses dua arah. Jika ada dua macam gas atau cairan
tercampur karena difusi, maka masing-masing bergerak dari tempat yang padat ke
tempat yang lebih renggang. Jika dua jenis zat cair dipisahkan oleh dinding
kedap air, maka cairan akan berdifusi satu sama lain dengan segera setelah
selaput dihilangkan. Proses difusi akan berjalan terus sampai setiap cairan
tersebar dan menyeluruh.
Faktor
yang mempengaruhi difusi :
- Suhu, makin tinggi difusi makin cepat
- BM makin besar difusi makin lambat
- Kelarutan dalam medium, makin besar
difusi makin cepat
- Perbedaan Konsentrasi, makin besar
perbedaan konsentrasi antara dua bagian, makin besar proses difusi yang terjadi.
- Jarak tempat berlangsungnya difusi,
makin dekat jarak tempat terjadinya difusi, makin cepat proses difusi yang
terjadi.
- Area Tempat berlangsungnya Difusi, makin
luas area difusi, makin cepat proses difusi.
Kelarutan Gas dalam Air
Kelarutan hydrogen
dan karbon monoksidaa dalam air, oktena, toluene dan nonanal dalam range
298-373 K dan tekana 0,5-1,5 MPa telah dipelajari.
Hasil eksperimen
kelarutan H2 dan CO pada 353 K, 363 K, dan 373 K ditentukan menggunakan metode absorpsi sebagai
fungsi dari tekanan gas dalam pelarut. Hasil eksperimen dibandingkan dengan
teori prediksi dari kelarutan dan diperoleh kesamaan dengan kesalahan relatif
rata-rata 2,6%.
Contoh
Eksperimen Kelarutan Air
Sejumlah volume
pelarut dimasukkan ke dalam autoclave dan dipanaskan hingga temperatur yang
diinginkan. Setelah kesetimbangan termal tercapai,
ruang kosong dalam reactor dengan hati-hati dituangkan gas dan zat pemberi
tekanan hingga level tertentu. Campuran kemudian diaduk selama 10 menit untuk
mengimbangkan fasa cair dalam gas. Tekanan dalam autoclave berubah hingga
mencapai tekanan konstan, yang menunjukkan fasa cair telah mencapai titik
jenuh. dari tekanan awal hingga akhir yang terbaca, kelarutan dihitung dalam fraksi mol.
Eksperimen ini diulang sebanyak tiga kali.
Kelarutan hydrogen dan
karbon monoksida dalam air, oktena dan nonanal dihitung pada 353 K, 363 K dan
373 K dalam tekanan 0,5-1,5 MPa. Pengaruh tekanan ditemukan linear untuk setiap
sistem. Dibawah ini merupakan tabel kelarutan hydrogen dan karbon
monoksida dalam berbagai pelarut, yang dihitung berdasarkan hukum Hendry : KH =
P/c (MPa m3/kmol)
Kelarutan secara
teori dihitung menggunakan hukum Hendry, yaitu :
- Dimana x2 adalah fraksi mol gas terlarut
dalam fasa cair. F2L dan f20 adalah fugasitas gas murni. adalah
fraksi mol pelarut; v2 adalah volume molar cairan pada gas terlarut; δ1
dan δ2 adalah parameter kelarutan untuk pelarut dan gas terlarut.
- Gas Non Ideal
Hukum gas
non ideal
Gas ideal adalah ide
teoritis - sebuah gas dimana tidak ada gaya tarik menarik antara molekul, dan
di mana molekul-molekul mengambil ruang tidak. Kedua asumsi ini tidak benar.
Kita tahu bahwa perilaku PVT gas telah dianggap sesuai dengan yang Boyle
Hukum, untuk memberikan dasar umum untuk skala temperatur absolut, dan agar
sesuai dengan
Hipotesis Avogadro.
Semua ini dirangkum ke dalam persamaan gas ideal
Mari kita katakan bahwa V adalah volume aktual dari 1 mol gas dan bukan
kuantitas yang diukur dari
Persamaan PV = RT.
kemudian,
untuk
Ideal gas: PV / (RT) = 1
Nonideal gas: PV / (RT) ¹ 1
Kita menyebutnya Z = PV / (RT) sebagai
faktor kompresibilitas, yang mengukur sejauh mana
nilai PV / (RT) menyimpang dari 1.
Dengan demikian, untuk
Ideal gas: Z = 1
sedangkan untuk
Nonideal gas: Z ¹ 1
Persamaan gas non
ideal
Pada Tekanan Rendah atau menengah
Sebuah hubungan linear yang diamati antara Z dan P.
Pada tekanan tinggi,
Sebuah Z vs P menyimpang dari linearitas.
Lihat Gambar 1,9
Dalam rangka mengakomodasi perilaku PVT untuk gas tak ideal, kita menulis
persamaan berdasarkan
pada data eksperimental.
Z = PV / (RT) = 1 + BPP + CP P2 + ............... (14)
Dimana BP disebut koefisien virial kedua, CP disebut koefisien virial ketiga,
dan seterusnya
Ini disebut sebagai Persamaan virial. Kata virus berasal
dari kekuatan kata Latin.
Dengan demikian koefisien dalam persamaan virial tergantung pada kekuatan
interaksi antara
molekul-molekul gas.
Difusi gas non ideal
Difusi gas
didasarkan pada hukum Graham, yang menyatakan bahwa tingkat efusi gas berbanding
terbalik dengan akar kuadrat dari massa molekulnya. Sebagai
contoh, dalam sebuah kotak dengan membran semi-permeabel yang berisi campuran
dua gas, molekul yang lebih ringan akan
pingsan wadah lebih
cepat daripada molekul yang lebih
berat. Gas yang meninggalkan
wadah agak diperkaya
dalam molekul lebih ringan,
sedangkan gas sisa agak habis. Sebuah kontainer tunggal dimana proses
pengayaan terjadi melalui difusi gas disebut
diffuser.
uranium heksafluorida
UF6 adalah senyawa uranium hanya cukup
stabil untuk digunakan dalam proses difusi gas.
Untungnya, fluor hanya
terdiri dari sebuah 19F isotop tunggal, sehingga perbedaan 1% dalam
berat molekul antara 235UF6
dan 238UF6 ini
disebabkan hanya oleh perbedaan
bobot dari isotop uranium. Untuk alasan ini, UF6 adalah pilihan hanya
sebagai bahan baku untuk proses difusi
gas. [3] UF6,
padat pada suhu kamar, menyublim pada 56,5
° C (133 ° F) pada 1 atmosfir [4]. Titik
triple pada 64,05
° C dan 1,5
bar [5] Penerapan Hukum Graham untuk
heksafluorida uranium.:
Kelarutan gas non ideal dalam air
Molekul dan ion yang diadsorpsi pada antarmuka dinamakan zat-aktif
permukaan atau surfaktan. Pernyataan lain adalah amfifil, yang mengingatkan
bahwa molekul atau ion mempunyai afinitas tertentu baik terhadap pelarut polar
maupun nonpolar, amfifil secara dominan (kuat) bisa hidofilik, lipofilik, atau
berada tepat diantara kedua ekstrem. Sebagai contoh, alkohol-alkohol rantai
lurus, amina-amina dan asam-asam adalah amfifil yang berubah dari hidrofilik
dominan menjadi lipofilik apabila jumlah atom karbon dalam rantai alkil naik.
Jadi, etil alkohol bercampur dengan air dalam segala perbandingan. Sebagai
bandingan, kelarutan dalam air dari amil alkohol adalah sangat kecil,
Referensee
·
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika
Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.
·
Halliday dan Resnick. 1991. Fisika
Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.
·
Tipler, P.A. 1998. Fisika
untuk Sains dan Teknik-Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga.
·
Young, Hugh D. & Freedman,
Roger A. 2002. Fisika Universitas (Terjemahan). Jakarta : Penerbit
Erlangga.
- Pengaruh suhu terhadap viscositas
Pengaruh suhu
terhadap viscositas
Viskositas
dapat dinyatakan sebagai tahanan aliaran fluida yang merupakan gesekan antara
molekul – molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah
mengalir dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahan
– bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi. Pada
hukum aliran viskos, Newton menyatakan hubungan antara gaya – gaya mekanika
dari suatu aliran viskos sebagai : Geseran dalam ( viskositas ) fluida
adalah konstan sehubungan dengan gesekannya. Hubungan
tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara tegangan
geser (s) dengan kecepatan geser (g) nya konstan. Parameter inilah yang disebut
dengan viskositas. Aliran viskos dapat digambarkan dengan dua buah bidang
sejajar yang dilapisi fluida tipis diantara kedua bidang tersebut. Suatu bidang
permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal h, sejajar
dengan suatu bidang permukaan atas yang bergerak seluas A. Jika bidang bagian
atas itu ringan, yang berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida
dibawahnya, maka tidah ada gaya tekan yang bekerja pada lapisan fluida. Suatu
gaya F dikenakan pada bidang bagian atas yang menyebabkan
bergeraknya bidang atas dengan kecepatan konstan v, maka fluida dibawahnya akan
membentuk suatu lapisan – lapisan yang saling bergeseran.Setiap lapisan
tersebut akan memberikan tegangan geser (s) sebesarF/A yang
seragam, dengan kecepatan lapisan fluida yang paling atas sebesar vdan
kecepatan lapisan fluida paling bawah sama dengan nol. Maka kecepatan geser (g)
pada lapisan fluida di suatu tempat pada jarak y dari bidang tetap, dengan
tidak adanya tekanan fluida
Konsep Viskositas
Fluida, baik
zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang
berbeda. Viskositas alias kekentalan sebenarnya merupakan gaya gesekan antara
molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk
suatu fluida saling gesek-menggesek ketika fluida tersebut mengalir. Pada zat
cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik
antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh
tumbukan antara molekul.
Fluida yang
lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida
yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dkk.
Hal ini bisa dibuktikan dengan menuangkan air dan minyak goreng di atas lantai
yang permukaannya miring. Pasti air ngalir lebih cepat daripada minyak goreng
atau oli. Tingkat kekentalan suatu fluida juga bergantung pada suhu. Semakin
tinggi suhu zat cair, semakin kurang kental zat cair tersebut. Misalnya ketika
ibu menggoreng paha ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya kental menjadi
lebih cair ketika dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu suatu zat gas,
semakin kental zat gas tersebut.
Perlu diketahui
bahwa viskositas alias kekentalan cuma ada pada fluida riil (rill = nyata).
Fluida riil/nyata tuh fluida yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari,
seperti air, sirup, oli, asap knalpot, dan lainnya. Fluida riil berbeda dengan
fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari.
Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis
aliran fluida (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan Fluida
Dinamis). Mirip seperti kita menganggap benda sebagai benda tegar, padahal
dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya tidak ada benda yang benar-benar
tegar/kaku. Tujuannya sama, biar analisis kita menjadi lebih sederhana.
Satuan Sistem
Internasional (SI) untuk koofisien viskositas adalah Ns/m2 = Pa.s (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter
gram sekon) untuk si koofisien viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (P). Viskositas juga sering dinyatakan
dalam sentipoise (cP). 1 cP = 1/100 P. Satuan poise digunakan untuk mengenang
seorang Ilmuwan Perancis, almahrum Jean Louis Marie Poiseuille (baca :
pwa-zoo-yuh).
1 poise = 1 dyn
. s/cm2 = 10-1 N.s/m2
Fluida
|
Temperatur (o C)
|
Koofisien Viskositas
|
Air
|
0
|
1,8 x 10-3
|
20
|
1,0 x 10-3
|
|
60
|
0,65 x 10-3
|
|
100
|
0,3 x 10-3
|
|
Darah (keseluruhan)
|
37
|
4,0 x 10-3
|
Plasma Darah
|
37
|
1,5 x 10-3
|
Ethyl alkohol
|
20
|
1,2 x 10-3
|
Oli mesin (SAE 10)
|
30
|
200 x 10-3
|
Gliserin
|
0
|
10.000 x 10-3
|
20
|
1500 x 10-3
|
|
60
|
81 x 10-3
|
|
Udara
|
20
|
0,018 x 10-3
|
Hidrogen
|
0
|
0,009 x 10-3
|
Uap air
|
100
|
0,013 x 10-3
|
Setiap zat cair
mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat cair dengan zat cair yang
lain. Salah satunya adalah viskositas. Viskositas merupakan tahanan yang
dilakukan oleh suatu lapisan fluida terhadap suatu lapisan lainnya. Sifat
viskositas ini dimiliki oleh setiap fluida, gas, atau cairan. Viskositas
suatu cairan murni adalah indeks hambatan aliran cairan. Aliran cairan dapat
dikelompokan menjadi dua yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran
laminar menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah
kecil. Sedangkan aliran turbulen menggambarkan laju aliran yang besar dengan
diameter pipa yang besar. Penggolongan ini berdasarkan bilangan Reynoldnya.
Viskositas
menentukan kemudahan suatu molekul bergerak karena adanya gesekan antar lapisan
material. Karenanya viskositas menunjukkan tingkat ketahanan suatu cairan untuk
mengalir. Semakin besar viskositas maka aliran akan semakin lambat. Besarnya
viskositas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti temperatur, gaya tarik
antar molekul dan ukuran serta jumlah molekul terlarut. Fluida, baik zat cair
maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda.
Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik
menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan
oleh tumbukan antara molekul.
Fluida yang
lebih cair biasa
nya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida
yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dll.
Tingkat kekentalan fluida dinyatakan dengan koefisien viskositas (h).
Kebalikan dari Koefisien viskositas disebut fluiditas, , yang merupakan ukuran
kemudahan mengalir suatu fluida.
Viskositas
cairan adalah fungsi dari ukuran dan permukaan molekul, gaya tarik menarik
antar molekul dan struktur cairan. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam
kedudukan setimbang, maka sebelum sesuatu lapisan melewati lapisan lainnya
diperlukan energy tertentu. Sesuai hokum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah
molekul yang memiliki energy yang diperlukan untuk mengalir, dihubungkan oleh
factor e-E/RT dan viskositas sebanding dengan e-E/RT. Secara kuantitatif pengaruh suhu terhadap
viskositas dinyatakan dengan persamaan empirik,
h = A e-E/RT
A merupakan
tetapan yang sangat tergantung pada massa molekul relative dan volume molar
cairan dan E adalah energi ambang per mol yang diperlukan untuk proses awal
aliran.
Cara menentukan
viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Ada beberapa
tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain :
1. Viskometer kapiler / Ostwald
Viskositas dari
cairan yang ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan
tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika mengalir karena gravitasi melalui
viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu
yang dibutuhkan bagi suatu zat yang viskositasnya sudah diketahui (biasanya
air) untuk lewat 2 tanda tersebut (Moechtar,1990).
2. Viskometer Hoppler
Berdasarkan
hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi keseimbangan sehingga gaya
gesek = gaya berat – gaya archimides. Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan
bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui tabung gelas yang berisi zat cair yang
diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel
(Moechtar,1990).
3. Viskometer Cup dan Bob
Prinsip
kerjanya sample digeser dalam ruangan antaradinding luar dari bob dan dinding
dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengah-tengah. Kelemahan viscometer
ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan geseran yang tinggi di
sepanjangkeliling bagian tube sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi.
Penurunan konsentras ini menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar
memadat. Hal ini disebut aliran sumbat (Moechtar,1990).
4.Viskometer Cone dan Plate
Cara
pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian
dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan
bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam ruang semitransparan yang
diam dan kemudian kerucut yang berputar (Moechtar,1990).
Viskositas
cairan juga dapat ditentukan berdasarkan jatuhnya benda melalui medium zat
cair, yaitu berdasarkan hukum Stokes. Dimana benda bulat dengan radius r dan
rapat d, yang jatuh karena gaya gravitasi melalui fluida dengan rapat dm/db,
akan dipengaruhi oleh gaya gravitasi sebesar :
F1 = 4/3 πr3 ( d-dm ) g
Perbedaan
antara viskositas cairan dengan viskositas gas adalah sebagai berikut :
Jenis Perbedaan
|
Viskositas Cairan
|
Viskositas Gas
|
Gaya gesek
|
Lebih besar untuk mengalir
|
Lebih kecil disbanding viskositas cairan
|
Koefisien viskositas
|
Lebih besar
|
Lebih kecil
|
Temperatur
|
Temperatur naik,viskositas turun
|
Temperatur naik,viskositas naik
|
Tekanan
|
Tekanan naik,viskositas naik
|
Tidak tergantung tekanan
|
Pengaruh Temperatur Pada Viskositas
Koefisien
viskositas berubah-ubah dengan berubahnya temperature, dan hubungannya adlah :
log η = A + B/T ( a )
dimana A dan B
adalah konstanta yang tergantung pada cairan. Persamaan di atas dapat ditulis
sebagai :
η = A’eksp ( -∆Evis/RT )
Konversi Satuan PPM, PPB, Mg/L
PPM (Part per Million) atau dalam bahasa
Indonesianya "Bagian per Sejuta Bagian" adalah satuan konsentrasi
yang sering dipergunakan dalam di cabang Kimia Analisa. Satuan ini sering
digunakan untuk menunjukkan kandungan suatu senyawa dalam suatu larutan
misalnya kandungan garam dalam air laut, kandungan polutan dalam sungai, atau
biasanya kandungan yodium dalam garam juga dinyatakan dalam ppm.
konsentrasi ppm merupakan perbandingan antara
berapa bagian senyawa dalam satu juta bagian suatu sistem. Sama halnya denngan
“persentase” yang menunjukan bagian per seratus.
Konversi
satuannya:
1
ppm = 1000 ppb
1 ppb = 1/1000 ppm
1
ppm = 1 mg/L
PPB adalah bagian per miliar atau ‘part per billion’ juga sebagai satuan kadar
atau konsentrasi.
mg/l adalah micro-gram/l.
konversi satuannya:
1 micro-g/L = 0.001 ppm
1 micro-g/m3 = 0.000001 juta ppm
= 1 ppb (part per billion)
dimana : 1 m3 = 1000 L
Daftar pustaka
Giancoli, Douglas C.
2001. Fisika Jilid I
(Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.
Halliday dan Resnick.
1991. Fisika Jilid I
(Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.
Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I
(Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga.
Young, Hugh D. &
Freedman, Roger A. 2002. Fisika
Universitas (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.
download Link: http://cur.lv/g6fx
Mirror: http://cur.lv/g6fy
ISBN: 812190546X
Kimia fisika..
ReplyDelete