PERCOBAAN 4Isoterm Adsorbsi Zat Warna Oleh Karbon Aktif

A.Tujuan Percobaan1.Menentukan model yang sesuai untuk adsorbsi zat warna oleh karbon aktif2.Menghitung kapasitansi adsorpsi oleh karbon aktif

B.Dasar TeoriAdsorbsi secara umum adalah proses penggumpalan subtansi terlarut (soluble) yang

ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu ikatan kimia fisika antara subtansi dengan penyerapannya. Adsorbsi dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu :1.Adsorbsi fisik, yaitu berhubungan dengan gaya Van der Waals dan merupakan suatu proses bolak-balik apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dan adsorben lebih besar daya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat yang terlarut akan diadsorbsi pada permukaan adsorben.2.Adsorbsi kimia, yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut yang teradsorbsi.

(Atkins. 1997).

Khemisorpsi (adsorpsi kimia)mencakup pembentkan ikatan kimia. Oleh karena itu, sifatnya lebih spesifik daripada adsorpsi fisika. Dalam khemisorpsi, ikatannya dapat sedemikian kuatnya, sehingga spesies aslinya tak dapat lagi ditemukan.

(Alberty dan Daniels, 1983).

Dalam Fisisorpsi (kependakan diri “adsorpsi fisika”), terdapat interaksi van der Waals (contoh disperse atau antaraksi dipolar) antara adsorpat dan subtrakt. Antaraksi van der Waals mempunyai jarak jauh tetapi lemah, dan energi yang dilepaskan jika partikel terfisisorpsi mempunyai orde besaran yang sama dengan entalpi kondensasi. Kuantitas energi sekecil ini dapat diadsorpsi sebagai vibrasi kisi dan dihilangkan sebagai gerakan termal. Molekul yang melambung pada permukaan seperti batuan itu, akan kehilangan energinya perlahan-lahan dan akhirnya teradsorpsi pada permukaan itu, dalam prose situ disebut akomodasi.Entalpi fisisorpsi dapat diukur dengan mencatat kenaikan temperatur sampel dengan kapasitas kalor yang diketahui dan nilai khas berbeda sekitar 20kj. Perubahan entalpi yang kecil ini tidak cukup menghasilkan pemutusan ikatan, sehingga molekul yang terfisopsi tetap mempertahankan identitasnya walaupun molekul itu dapat terdistorsi dengan adanya permukaan.

(Atkins, 1997).

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kemampuan adsorpsi suatu adsorben diantaranya adalah sebagai berikut:1. Luas permukaan adsorben

Semakin luas permukaan adsorben, semakin banyak adsorbat yang diserap, sehingga proses adsorpsi dapat semakin efektif. Semakin kecil ukuran diameter pertikel maka semakin luas permukaan adsorben.

2. Ukuran partikelMakin kecil ukuran partikel yang digunakan maka semakin besar kecepatan adsorpsinya. Ukuran diameter dalam bentuk butir adalah lebih dari 0,1 mm, sedangkan ukuran diameter dalam bentuk serbuk adalah 200 mesh.

3. Waktu kontakSemakin lama waktu kontak dapat memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik. Konsentrasi zat-zat organik akan turun apabila kontaknya cukup dan waktu kontak biasanya sekitar 10-15 menit.

4. Distribusi ukuran poriDistribusi pori akan mempengaruhi distribusi ukuran molekul adsorbat yang masuk kedalam partikel adsorben. Kebanyakan zat pengadsorpsi atau adsorben merupakan bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau letak-letak tertentu didalam partikel tersebut.

(Mawardi, 2009)

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).

(Endang,2010).

Absorpsi radiasi berhubungan dengan perubahan hanya dalam energi rotasional. Suatu spektrum absorpsi vibrasi yang khas terdiri dari pita-pita kompleks dan bukan garis-garis tunggal.

(Day dan Underwood, 1994).

Laju absorpsi θ merupakan laju perubahan penutupan permukaan dan dapat ditentukan dengan mengamati perubahan penutupan terfraksi terhadap waktu. Laju tertutupnya permukaan oleh adsorbat, bergantung pada kemampuan substrat untuk menghamburkan energi partikel datang sabagai gerakan termal, saat partikel itu menabrak permukaan. Jika energi itu tidak dihamburkan dengan cepat, partikel itu bermigrasi di atas permukaan, sampai sebuah vibrasi mengeluarkannya ke dalam gas pelapis, atau partikel itu mencapai tepian. Perbandingan antara tabrakan dengan permukaan yang menghasilkan adsorpsi, disebut peluang melekat.

(Atkins, 1997)

Jumlah teradsorpsi per gram padatan bergantung pada luas permukaan spesifik dari padatan, konsentrasi padatan, konsentrasi kesetimbangan zat terlarut dalam larutan (atau tekanan dalam kasus adsorpsi dari fase gas, suhu dan sifat molekul yang terlibat. Dari pengukuran pada suhu tetap, kurva jumlah molekul yang teradsorpsi per gram adsorben ( N) terhadap konsentrasi kesetimbangan zat terlarut (c) diperoleh. Kurva ini disebut isotermal adsorpsi.

(Atkins, 1997).

Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat kesetimbangan pada temperatur tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik yang umumnya digunakan untuk menjelaskan isoterm adsorpsi : 1. Isotermal Langmuir

Isoterm ini berdasar asumsi bahwa: a. Adsorben mempunyai permukaan yang homogen dan hanya dapat mengadsorpsi satu

molekul adsorbat untuk setiap molekul adsorbennya. Tidak ada interaksi antara molekul-molekul yang terserap.

b. Semua proses adsorpsi dilakukan dengan mekanisme yang sama. c. Hanya terbentuk satu lapisan tunggal saat adsorpsi maksimum. 2. Isotermal Freundlich

Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isoterm adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan empirik yang dikemukakan oleh Freundlich. Isoterm 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

x/m = kC1/n

dengan: x = banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi (mg) m = massa dari adsorben (mg) C = konsentrasi dari adsorbat yang tersisa dalam kesetimbangan k,n,= konstanta adsorben

Dari persamaan tersebut, jika konstentrasi larutan dalam kesetimbangan diplot sebagai ordinat dan konsentrasi adsorbat dalam adsorben sebagai absis pada koordinat logaritmik, akan diperoleh gradien n dan intersep k. Dari isoterm ini, akan diketahui kapasitas adsorben dalam menyerap air. Isoterm ini akan digunakan dalam penelitian yang akan dilakukan, karena dengan isoterm ini dapat ditentukan efisiensi dari suatu adsorben. 3. Isotermal Brunauer, Emmet, and Teller (BET).

Isoterm ini berdasar asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yanghomogen. Perbedaan isoterm ini dengan Langmuir adalah BET berasumsi bahwa molekul-molekul adsorbat bisa membentuk lebih dari satu lapisan adsorbat di permukaannya. Pada isoterm ini, mekanisme adsoprsi untuk setiap proses adsorpsi berbeda-beda. Mekanisme yang diajukan dalam isoterm ini adalah:Isoterm Langmuir biasanya lebih baik apabila diterapkan untuk adsorpsi kimia, sedangkan isoterm BET akan lebih baik daripada isotherm Langmuir bila diterapkan untuk adsoprsi fisik.

(Http/chem-is-try.org)

Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. 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, yang disebut arang aktif.

(http://Chem-is-try.org)

Karbon aktif adalah bentuk umum dari berbagai macam produk yang mengandung karbon yang telah diaktifkan untuk meningkatkan luas permukaannya. Karbon aktif berbentuk kristal mikro karbon grafit yang pori-porinya telah mengalami pengembangan kemampuan untuk mengadsorpsi gas dan uap dari campuran gas dan zat-zat yang tidak larut atau yang terdispersi dalam cairan. Luas permukaan, dimensi, dan distribusi karbon aktif bergantung pada bahan baku, pengarangan, dan proses aktivasi. Berdasarkan ukuran porinya, ukuran pori karbon aktif diklasifikasikan menjadi 3, yaitu mikropori (diameter <2 nm), mesopori (diameter 2–50 nm), dan makropori (diameter >50 nm). Penggunaan karbon aktif di Indonesia mulai berkembang dengan pesat, yang dimulai dari pemanfaatannya sebagai adsorben untuk pemurnian pulp, air, minyak, gas, dan katalis.

(http://Chem-is-try.org)

zat warna atau zat , lebih tepat digunakan istilah zat warna, tetapi dalam industri tekstil istilah cat lebih populer. Zat warna biasanya ialah persenyawaan organik yang bewarna atau campuran, yang dapaT digunakan untuk memberi warna yang cukup permanen pada bahan atau zat lain: kain, kertas, plastik, kulit, dll. Kebanyakan zat warna yang ada dalam perdagangan ialah zat-zat yang dibuat dari hidrokarbon-hidrokarbon aromatik dan bahan-bahan dari ter batu bara. Zat warna sebenarnya merupakan gabungan daripada oksochrom dengan chromogen.

(Shadily, 1997 ).

Klasifikasi zat warna berdasarkan sumber diperolehnya terdiri dari zat warna alam dan zat warna buatan. Zat warna yang dibuat dengan menggunakan tumbuh-tumbuhan, binatang dan mineral, sedangkan zat warna buatan adalah zat warna yang dibuat dari hasil penyulingan residu dan minyak bumi. Klasifikasi zat warna menurut pemakaiannya terbagi menjadi dua yaitu zat warna yang larut dalam air dan yang tidak larut dalam air. Zat warna yang larut dalam air diantaranya zat warna asam, zat warna basa, zat warna direk, zat warna mordan dan kompleks logam, zat warna belerang, zat warna reaktif, dan zat warna bejana. Zat warna yang tidak larut dalam air yaitu zat warna pigmen dan zat warna dispersi.

(Pudjaatmaka,1999).

C.Alat dan Bahan1.Alat

Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah erlenmeyer 125 mL, labu takar 100 mL,

pipet volume 10 mL, shaker, kuvet spektronik, corong gelas kecil, gelas arloji, kertas saring,

alumunium voil, spektronik 2D, labu ukur 25 mL, bola hisap, rak, botol aquades, sendok

sungu, label, spatula, dan gelas beker 150 mL.

2.BahanBahan yang digunakan adalah zat warna, karbon aktif, dan aquades.

D.Cara KerjaPercobaan pertama yaitu pembuatan kurva kalibrasi. Zat warna dibuat menjadi

larutan dengan konsentrasi 10 ppm. Kemudian larutan standard dengan konsentrasi 0,5 ppm, 1 ppm, 2 ppm, 4 ppm, dan 8 ppm masing-masing 50 mL dibuat dengan cara larutan zat warna 10 ppm diencerkan. Setelah itu masing-masing larutan ditentukan absorbansinya pada panjang gelombang (α) yang sesuai dengan zat warna tersebut.Percobaan yang ke dua yaitu adsorpsi isotermal. Zat warna dibuat menjadi larutan dengan konsentrasi 100 ppm. Kemudian larutan diencerkan untuk dibuat larutan dengan konsentrasi 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, dan 25 ppm masing-masing 100 mL. Kemudian 5 buah erlenmeyer dibersihkan dan dikeringkan. Masing- masing erlenmeyer dimasukkan 1 g karbon aktif. Kemudian 100 mL larutan zat warna dengan konsentrasi 5, 10, 15, 20, dan 25 ppm dimasukkan kedalam erlenmeyer. Kelima erlenmeyer ditutup dengan alumunium foil, kemudian diaduk dengan shaker selama 30 menit. Larutan kemudian disaring dengan kertas saring untuk memisahkan karbon aktifnya. Kemudian masing-masing larutan diukur absorbansinya pada panjang gelemboang(α) yang sesuai dengan zat warna tersebut.

D.Hasil Percobaan

1.a.Kurva Kalibrasi:

No Konsentrasi (ppm) Absorbansi (nm)

1 0,5 0,012

2 1 0,016

3 2 0,029

4 4 0,052

5 8 0,096

Tabel 1.1

b.Kurva kalibrasi Co vs Absorbansi

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0.020.040.060.08

0.10.12

f(x) = 0.0113037634408602 x + 0.00595833333333335R² = 0.999418109100446

Absorbansi

AbsorbansiLinear (Absorbansi)Linear (Absorbansi)

2.a.tabel isoterm langmuir

Adsorpsi isotermal

Co (ppm) Absorbansi

5 0,069

10 0,096

15 0,148

20 0,186

25 0,231

Tabel 1.2

Co Ce Qe Ce/Qe Co/Qe

5 5,73 0,073 78,49315 68,49315

10 8,36 0,164 50,97561 60,97561

15 12,91 0,209 61,77033 71,77033

20 16,36 0,364 44,94505 54,94505

25 20,45 0,455 44,94505 54,94505

b. Kurva Langmuir Ce vs Ce/Qe

4 10 16 220

50

100

f(x) = − 1.84432163979597 x + 79.7632327670762R² = 0.592907239277524

Ce vs Ce/Qe

Ce/QeLinear (Ce/Qe)

Ce

Ce/Q

e

3.a.tabel isoterm freundlich

b. Kurva Freundlich log Ce vs log Qe

Log Ce Log Qe

0,758155 -1,13668

0,922206 -0,78516

1,110926 -0,67985

1,213783 -0,4389

1,310693 -0,34199

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4

-1.2-1

-0.8-0.6-0.4-0.2

0

f(x) = 1.37644680087838 x − 2.1398880475881R² = 0.962634516530482

Ce vs log Qe

log QeLinear (log Qe)

E.PembahasanTelah dilaksanakan percobaan yang berjudul Isoterm Adsorpsi Zat Warna Oleh

Karbon Aktif pada tanggal 07-03-2013. Pada percobaan kali ini bertujuan untuk menentukan

model yang sesuai untuk adsorpsi zat warna karbon aktif serta menghitung kapasitansi

adsorpsi oleh karbon aktif. Pada perobaan kali ini praktikan diminta mengerti prinsip –

prinsip dari alat spektronik 20, pada percobaan kali ini alat ini berfungsi untuk mengukur

nilai absorbansi dengan cara memasukan sampel kedalam alat dan melewatkan cahaya

monokromatis melalui sampel. Lalu praktikan juga diminta dapat membuat kurva isoterm

Freundlich dan isoterm Langmuir.

Percobaan dilakukan pertama dengan membuat larutan zat warna 100ppm namun

bahan yang disediakan berupa zat warna padat sehingga praktikan diharuskan untuk

mengencerkan zat warna dan mengkonversi dalam satuan ppm.setelah di encerkan dan

dikonversi lalu larutan zat warna di atur menjadi beberapa variasi dan dimasukan kedalam

erlenmeyer 250ml setelah itu ditambah dengan karbon aktif disetiap variasi sampel. Karbon

aktif disini berperan sebagai zat penyerap warna atau absorben. Setelah itu erlenmeyer

ditutup dengan aluminium foil untuk mencegah keluarnya uap. Lalu sampel di masukan ke

alat shaker untuk mencampurkan campuran agar sempurna menjadi homogen.

Pencampuran dengan shaker dilakukan selama 30 menit dan setelah selesai sampel diamati

absorbansinya dengan alat spektronik 20. Setelah diamati didapatlah data sesuai tabel 1.2.

dari data yang didapat dapat dilihat bahwa nilai absorbansi meningkat seiring meningkatnya

konsentrasi sampel hal ini menunjukan bahwa karbon aktif semakin kuat daya serapnya

seiring bertambahnya konsentrasi senyawa adsorbat.

Sementara larutan tahap pertama di shaker, dibuat larutan zat warna berikutnya

dengan konsentrasi 10 ppm kemudian diencerkan menjadi larutan dengan konsentrasi yang

lebih kecil menjadi 0,5ppm,1ppm,2ppm,4ppm,8ppm Kemudian dihitung absorbansi tiap-tiap

larutan dengan menggunakan spektronik 20. Dan didapatlah hasil sesuai tabel 1.1. untuk

langkah yang kedua ini digunakan untuk membuat kurva kalibrasi. Berdasarkan data yang

diperoleh dapat dibuat tiga grafik yaitu grafik kurva kalibrasi,kurva langmuir, dan kurva

freundlich. pada kurva kalibrasi diperoleh hubungan antara konsentrasi vs absorbansi,

absorbansi meningkat seiring meningkatnya konsentrasi sampel sehingga diperoleh

persamaan y = 0,011x + 0,006 dari persamaan tersebut dapat diperoleh nilai konsentrasi

kedua Ce= x dengan cara memasukkan nilai absorbansi zat karbon aktif sebagai niilai Y,

sehingga di peroleh nilai Ce yang dibutuhkan dalam grafik kurva langmuir. lalu dibuat grafik

kurva lungmuir antara Ce dengan Ce/Qe dan diperoleh persamaan y = -1,844x + 79,76

dengan Ka = 0,54 . Dan yang terakhir pada kurva freundlich dibuat hubungan antara log Ce

vs log Qe dan didapatkan persamaan y = 1,376x - 2,139 sehingga diperoleh nilai Ka =

7,26x10-3 dengan R² = 0,96 R2<1 yang berarti R2 mendekati 1 sehingga isoterm freundlich

lebih cocok dibanding dengan isoterm langmuir.

F. Kesimpulan.

1.Model adsorpsi yang sesuai untuk adsorpsi zat warna oleh karbon aktif yaitu isoterm Freundlich.

2.harga Ka untuk isoterm freundlich adalah Ka = 7,26x10-3 dan Harga Ka untuk isoterm langmuir

adalah Ka = 0,54

G.Daftar Pustaka

Alberty, R. A., Danniels, F., 1983, Kimia Fisika versi S1 edisi kelima jilid 1, diterjemahkan oleh N.M. Surdia, Erlangga, Jakarta.

Atkins, P. W., 1997, Kimia Fisika, Jilid 2, Erlangga, Jakarta.Day, R. A., dan Underwood, A. L., 1994, Analisis Kimia Kuantitatif Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta.Endang, K., 2007, Larutan Absorben (online), http://lppm.uns.ac.id/tag/larutan-absorben/Mawardi, 2009, Biosorpsi, Universitas Negeri Padang, Padang.Pudjaatmaka, Hadyana, A. 1999. Kamus Kimia. Jakarta: Balai Pustaka.Shadily, Hassan danprof. Pringgodigdo, Mr. Ag. 1973. Ensiklopedi Umum.Yogyakarta: Kanisius.Http://chem-is-try.org