PENENTUAN ENTALPI ADSORPSI

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Praktikum kali ini akan dibahas mengenai ‘Penentuan Entalpi Adsorpsi’. Adsorpsi adalah pengumpulan zat terlarut dipermukaan media dan merupakan jenis adhesi yang terjadi pada zat padat atau cair yang kontak dengan zat-zat lainnya. Ada sejumlah hal yang mempengaruhi efektifitas adsorpsi yakni salah satunya adalah jenis adsorban. Salah satu adsorban yang yang biasa diterapkan dalam pengolahan air minum adalah karbon aktif. Arang ini digunakan untuk menghilangkan bau, warna dan rasa air termasuk logam-logam ion berat. Praktikum ini dilaksanakan  agar praktikan bisa mengetahui sifat-sifat adsorpsi dari suatu bahan adsorben.

Dewasa ini  berbagai macam teknik digunakan untuk menjernihkan dan menyisihkan warna maupun organik untuk mendapatkan zat yang diinginkan. Misalnya pada pengolahan limbah tekstil menggunakan sistem koagulasi – flokulasi.  Alternatif pengganti untuk proses koagulasi-flokulasi adalah proses adsorpsi dengan menggunakan karbon aktif.

Proses adsorpsi oleh karbon aktif terbukti memberikan hasil yang baik dalam menyisihkan kandungan warna maupun organik. Untuk menghemat biaya dilakukan modifikasi proses dengan menggunakan sistem kombinasi fisik dan biologi, yaitu dengan memasukkan karbon aktif ke tangki aerasi lumpur aktif. Pemakaian karbon aktif dalam tangki aerasi lumpur aktif menghasilkan efisiensi pengolahan yang lebih baik dan biaya yang lebih ekonomis dibandingkan proses koagulasi-flokulasi dan proses adsorpsi dengan karbon aktif.

1.2  Tujuan Percobaan

Mempelajari secara kuantitatif sifat-sifat adsorpsi dari suatu bahan adsorben.

1.3  Rumusan Masalah

Bagaimana menentukan sifat-sifat adsorpbsi dari suatu bahan adsorben secara kuantitatif ?

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Material Safety Data Sheet (MSDS)

2.1.1 Asam Asetat (CH₃COOH)

Asam asetat, asam etanoat atau asam cuka adalah senyawa kimia asam organik yang dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan. Asam cuka memiliki rumus empiris C₂H₄O₂. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk CH₃-COOH, CH₃COOH, atau CH₃CO₂H. Asam asetat murni (disebut asam asetat glasial) adalah cairan higroskopis tak berwarna, dan memiliki titik beku 16.7°C.

Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana, setelah asam format. Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam lemah, artinya hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion H⁺ dan CH₃COO^-. Asam asetat merupakan pereaksi kimia dan bahan baku industri yang penting. Asam asetat digunakan dalam produksi polimer seperti polietilena tereftalat, selulosa asetat, dan polivinil asetat, maupun berbagai macam serat dan kain. Dalam industri makanan, asam asetat digunakan sebagai pengatur keasaman. Di rumah tangga, asam asetat encer juga sering digunakan sebagai pelunak air. Sifat-sifat asam asetat yaitu :

·         Rumus molekul                       : CH₃COOH

·         Massa molar                            : 60.05 g.mol^-1

·         Densitas                                  : 1.049 g cm⁻³ cairan

  1.266 g cm⁻³  padatan

·         Titik leleh                                : 16.5 °C (289.6 ± 0.5 K) (61.6 °F)

·         Titik didih                               : 118.1 °C (391.2 ± 0.6 K) (244.5 °F)

(Anonim, http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_asetat. 30 Oktober 2011).

   2.1.2 Natrium Hidroksida (NaOH)

Natrium hidroksida (NaOH), juga dikenal sebagai soda kaustik, adalah sejenis basa logam kaustik. Natrium hidroksida membentuk larutan alkalin yang kuat ketika dilarutkan ke dalam air. Ia digunakan di berbagai macam bidang industri, kebanyakan digunakan sebagai basa dalam proses produksi bubur kayu dan kertas, tekstil, air minum, sabun dan deterjen. Natrium hidroksida adalah basa yang paling umum digunakan dalam laboratorium kimia. Natrium hidroksida murni berbentuk putih padat dan tersedia dalam bentuk pelet, serpihan, butiran ataupun larutan jenuh 50%. Ia bersifat lembab cair dan secara spontan menyerap karbon dioksida dari udara bebas. Ia sangat larut dalam air dan akan melepaskan panas ketika dilarutkan. Ia juga larut dalam etanol dan metanol, walaupun kelarutan NaOH dalam kedua cairan ini lebih kecil daripada kelarutan KOH. Ia tidak larut dalam dietil eter dan pelarut non-polar lainnya. Sifat-sifat natrium hidroksida yaitu :

·         Rumus molekul                       : NaOH

·         Massa molar                            : 39,9971 g.mol^-1

·         Densitas                                  : 2,1 g.cm^-3

·         Titik leleh                                : 318°C (591 K)

·         Titik didih                               : 1390°C (1663 K)

·         Kelarutan dalam air                 : 111 g/100 ml (20°C)

(Anonim, http://www.id.wikipedia.org/Natrium-Hidroksida.htm, 30 Oktober 2011).

   2.1.3 Karbon aktif

Karbon aktif, atau sering juga disebut sebagai arang aktif, adalah suatu jenis karbon yang memiliki luas permukaan yang sangat besar. Hal ini bisa dicapai dengan mengaktifkan karbon atau arang tersebut. Hanya dengan satu gram dari karbon aktif, akan didapatkan suatu material yang memiliki luas permukaan kira-kira sebesar 500 m² (didapat dari pengukuran adsorpsi gas nitrogen). Biasanya pengaktifan hanya bertujuan untuk memperbesar luas permukaannya saja, namun beberapa usaha juga berkaitan dengan meningkatkan kemampuan adsorpsi karbon aktif itu sendiri (Anonim, http://www.id.wikipedia.org/Karbon-Aktif.htm, 30 Oktober 2011).

2.1.4 Indikator phenolptalein (C₂₀H₁₄O₄)

Indikator asam-basa (fenoftalen) menunjukkan bahwa suatu larutan bersifat asam atau basa. Indikator asam-basa seperti pp (fenoftalen) mempunyai warna tertentu pada trayek pH / rentang pH tertentu => yang ditunjukkan dengan perubahan warna indikator. Kalau indikator pp, merupakan indikator yang menunjukkan pH basa, karena dia berada pada rentang pH antara 8,3 hingga 10,0 (dari tak berwarna - merah pink). Kalau pada percobaan Anda ketika NaOH diberi fenoftalen, lalu warnanya berubah menjadi merah lembayung, maka trayek pH-nya mungkin sekitar 9-10. Sifat-sifat indikator pp yaitu :

                        Massa molar                : 318,32 g/mol

                        Massa jenis                  : 1,277 g/mol pada suhu 32°C

                        Titik leleh                    : 262,5°C

                        Titik didih                   : N/A

                        Kelarutan                    : tidak larut dalam air, benzene

                                                              Sangat larut dalam etanol dan eter

(Anonim,http://www.id.wikipedia.org/Indikator-Phenolptalein.htm,30 Oktober 2011)

2.2 Entalpi Adsorpsi

Adsorpsi atau penyerapan adalah pembentukan lapisan gas pada permukaan padatan atau kadang-kadang cairan. Dalam proses adsorpsi ada zat yang terserap pada suatu permukaan zat lain yang disebut adsorbat, sedangkan zat yang permukaannya dapat menyerap zat lain disebut adsorben. Adsorpsi atau penyerapan berbeda dengan absorpsi atau penyerapan, sebab pada proses absorpsi zat yang terserap menembus ke dalam zat penyerap. Secara kimia absorpsi adalah masuknya gas ke dalam padatan atau lareutan, atau masuknya cairan ke dalam padatan. Sedangkan secara fisika, absorpsi adalah perubahan energi radiasi elektromagnetik, bunyi, berkas partikel, dan lain-lain ke dalam bentuk energi lain jika dilewatkan pada suatu medium. Bila foton diserap akan terjadi suatu peralihan ke keadan tereksitasi (Daintith, 1994:56).

Molekul dan atom dapat menempel pada permukaan dengan dua cara. Dalam fisisorpsi (kependekan dari adsorpsi fisika), terdapat interaksi van der Waals antar adsorpat dan substrat. Antaraksi van der Waals mempunyai jarak jauh, tetapi lemah, dan energi yang dilepaskan jika partikel terfisiorpsi 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 padapermukaan itu, dalam proses yang disebut akomodasi. Entalpi fisorpsi dapat diukur dengan mencatat kenaikan temperatur sampel dengan kapasitas kalor yang diketahui, dan nilai khasnya berada di sekitar 20 kJ mol^-1. Perubahan entalpi yang kecil ini tidak cukup untuk menghasilkan pemutusan ikatan, sehingga molekul yang terfisisorpsi tetap mempertahankan identitasnya, walaupun molekul itu dapat terdistorsi dengan adanya penukaran (Atkins, 1997:285).

Proses adsorpsi tergantung pada sifat zat padat yang mengadsorpsi, sifat atom/molekul yang diserap, konsentrasi, temperatur dan lain-lain. Atas dasar fenomena kejadiannya, adsorpsi juga dibedakan menjadi tiga macam. Yang pertama disebut chemisorption, terjadi karena ikatan kimia (chemical bonding) antara molekul zat terlarut (solute) dengan molekul adsorban. Adsorpsi ini bersifat sangat eksotermis dan tidak dapat berbalik (irreversible). Yang kedua, adsorpsi fisika (physical adsorption), terjadi karena gaya tarik molekul oleh gaya van der Waals dan yang ketiga disebut ion exchange (pertukaran ion), terjadi karena gaya elektrostatis. Ada sejumlah hal yang mempengaruhi efektivitas adsorpsi, yaitu:

1.      Jenis adsorban, apakah berupa arang batok, batubara (antrasit), sekam, dll

2.      Temperatur lingkungan (udara, air, cairan): proses adsorpsi makin baik jika temperaturnya makin rendah

3.      Jenis adsorbat, bergantung pada bangun molekul zat, kelarutan zat (makin mudah larut, makin sulit diadsorpsi), taraf ionisasi (zat organik yang tidak terionisasi lebih mudah diadsorpsi).

(Wikipedia,Oktober 2011).

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).Dalam proses adsorpsi dikenal juga kolom adsorpsi dimana kolom adsorpsi itu sendiri 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 (Warnana, 2007 : 49).

Untuk adsorben yang permukaannya besar, maka adsorpsinya juga besar. Semakin besar konsentrasi, semakin besar zat yangdiadsorpsi. Sifat adsorpsi pada permukaan zat padat adalah sangat selektif, artinya pada campuran zat hanya satu komponen yang diadsorpsi oleh zat padat tertentu. Pengaruh konsentrasi larutan terhadap adsorpsi dapat dinyatakan sebagai berikut :

 = K . cⁿ

Dimana :

X = Berat zat yang diadsorpsi

m = berat adsorben

c  = berat adsorben pada keadaan setimbang

n dan K = tetapan adsorben

(Tim Kimia Fisik, 2010 : 3).

Langmuir menganggap permukaan suatu zat padat sebagai terdiri dari ruang elementer yang masing-masing dapat mengadsorpsi satu molekul gas. Ia mengandaikan bahwa semua ruang elementer adalah identik dalam afinitasnya untuk molekul gas dan adanya molekul gas pada satu ruang tak mempengaruhi sifat dari ruang yang ada di dekatnya. Bila θ adalah fraksi permukaan yang ditempati oleh molekul gas, laju penguapan dari permukaan adalah rθ, dengan r adalah sebagai laju penguapan dari permukaan yang tertutup sempurna pada suhu tertentu. Pada kesetimbangan, laju penguapan gas yang teradsorpsi sama dengan laju kondensasi.

atau

Karena volum v dari gas teradsorpsi sebanding dengan θ, maka persamaan diatas dapat ditulis menjadi

dengan v_m sebagai volum gas teradsorpsi bila seluruh permukaan tertutup dan k’=r/k. Jadi v berbanding lurus dengan P pada tekanan sangat rendah, dimana k’/P>>1. Bila tekanan diperbesar, volum teradsorpsi bertambah dan mendekati nilai v_m secara asimtotik. Sehingga

(Alberty,1992:256).

Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat kesetimbangan pada temperatur tertentu.  Isoterm Langmuir  berdasarkan pada:

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.

Namun, biasanya asumsi-asumsi sulit diterapkan karena hal-hal berikut: selalu ada ketidaksempurnaan pada permukaan, molekul teradsorpsi tidak inert dan mekanisme adsorpsi pada molekul pertama sangat berbeda dengan mekanisme pada molekul terakhir yang teradsorpsi. Langmuir mengemukakan bahwa mekanisme adsorpsi yang terjadi adalah sebagai berikut: A_(g) + S  AS, dimana A adalah molekul gas dan S adalah permukaan adsorpsi (Alberty,1992:257).

BAB 3. METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Alat

·                Erlenmeyer 250 mL

·                Buret 50 mL

·                Corong gelas

·                Kertas saring

3.1.2 Bahan

·                Larutan asam asetat 1 N

·                Larutan standar NaOH 0,5 N

·                Karbon aktif

·                Indikator pp

3.2              Skema Kerja

1.     

	Asam asetat

 

-          Dibuat masing-masing larutan asam asetat sebanyak 50 mL, dengan konsentrasi (normalitas) 1;0,8;0,6;0,4;0,2;0,1

-          Diambil setiap larutan sebanyak 25 mL dimasukkan ke dalam erlenmeyer

-          Ditambahkan ke dalam masing-masing larutan 1 gram adsorben (karbon aktif), dikocok dan ditutup dengan kertas saring dan didiamkan selama 30 menit.

-          Diambil masing-masing filtrat sebanyak 10 mL dan diberi indikator pp sebanyak 3 tetes

-         

Hasil

Dititrasi dengan larutan standar 0,5 N larutan NaOH, sehingga dapat diketahui asam asetat sisa yang ada dalam larutan.Asam asetat yang diadsorpsi dapat  ditentukan.

BAB 4. HASIL PERCOBAAN

4.1 Tabel Hasil Percobaan

Titrasi I (sebelum penambahan karbon aktif)
N asam asetat(N)	Volume NaOH(ml)
1.00	22.50
0.80	18.80
0.60	14.10
0.40	8.60
0.20	4.70
0.10	2.20

Titrasi II (setelah penambahan karbon aktif)
N asam asetat(N)	Volume NaOH(ml)
1.00	20.00
0.80	16.40
0.60	12.80
0.40	7.40
0.20	3.70
0.10	1.60

m (gram)	a (ml)	b (ml)	c (gram)
1.00	22.50	20.00	2.99
1.00	18.80	16.40	3.20
1.00	14.10	12.80	2.57
1.00	8.60	7.40	4.02
1.00	4.70	3.70	2.79
1.00	2.20	1.60	2.42

Keterangan:

m= massa karbon awal

a= volume NaOH sebelum asam asetat ditambah karbon aktif

b= volume NaOH setelah asam asetat ditambah karbon aktif

c= berat karbon setelah ditambahkan pada larutan asam asetat

x (gram)	ln c	ln x/m
0.075	1.09	-2.59
0.072	1.16	-2.63
0.039	0.94	-3.24
0.036	1.39	-3.32
0.030	1.03	-3.51
0.018	0.88	-4.02

Keterangan:

x= massa zat yang teradsorpsi

4.2 Grafik ln c terhadap ln x/m

BAB 5. PEMBAHASAN

Pada praktikum kali ini akan dibahas tentang entalpi adsorbsi. Adsorpsi atau penyerapan adalah pembentukan lapisan gas pada permukaan padatan atau kadang-kadang cairan. Dalam proses adsorpsi ada zat yang terserap pada suatu permukaan zat lain yang disebut adsorbat, sedangkan zat yang permukaannya dapat menyerap zat lain disebut adsorben. Adsorpsi adalah pengumpulan zat terlarut dipermukaan media dan merupakan jenis adhesi yang terjadi pada zat padat atau cair yang kontak dengan zat-zat lainnya. Karbon aktif, atau sering juga disebut sebagai arang aktif, adalah suatu jenis karbon yang memiliki luas permukaan yang sangat besar.

Percobaan ini mempelajari sifat-sifat adsorpsi secara kuantitatif dari suatu bahan. Prinsip dasar dari adsorpsi itu sendiri yaitu pengumpulan zat terlarut dipermukaan media dan merupakan jenis adhesi yang terjadi pada zat padat atau cair yang kontak dengan zat-zat lainnya atau penyerapan pada permukaan adsorben. Dalam hal ini sampel adsorben yang digunakan adalah karbon aktif.

Karbon aktif yang telah ditimbang dibungkus dengan aluminium foil agar karbon yang diperoleh tidak menyerap zat lain yang dapat mempengaruhi perubahan massa dari zat tersebut. Contohnya kemampuan karbon aktif untuk menyerap air karena bersifat hidroskopis.

Langkah pertama yang dilakukan pada percobaan ini yaitu membuat larutan asam asetat sebanyak 50 ml dengan konsentrasi (normalitas) sebesar 1,0 N ; 0,8N ; 0,6 N; 0,4 N; 0,2 N dan 0,1 N karena bahan yang disediakan hanya memiliki konsentrasi sebesar 1,0 N sehingga untuk membuat larutan dengan konsentrasi yang berbeda-beda dilakukan pengenceran menggunakan akuades. Ketika dilakukan pengenceran  diperlukan akuades dengan volume sebesar 40,30,20,10 dan 5 ml untuk membuat larutan asam asetat dengan konsentrasi berturut-turut 0,8 N ; 0,6 N ; 0,4 N ; 0,2 N dan 0,1 N.

Prosedur selanjutnya yang dilakukan praktikan dalam percobaan kali ini yaitu menitrasi asam asetat sebelum ditambah karbon aktif dan asam asetat setelah ditambah karbon aktif dengan NaOH . Larutan tersebut diambil sebanyak 10 ml pada tiap konsentrasi yang berbeda . Kemudian ditambah dengan indikator pp dan dititrasi dengan NaOH. Penambahan indikator pp disini sebagai penentu titik akhir titrasi yang ditandai dengan perubahan warna larutan menjadi agak keunguan, dimana jumlah titrat dan titran sama. Konsentrasi asam asetat sangat berpengaruh dan menentukan dalam proses adsorpsi yang dilakukan oleh karbon aktif. Ketika konsentrasi asam asetat yang digunakan cukup besar, proses adsorpsi yang dilakukan semakin tinggi dan zat yang teradsorpsi juga semakin banyak. Hal ini dapat ditunjukkan oleh data pengamatan dimana volume NaOH yang digunakan untuk titrasi juga semakin banyak. Waktu yang digunakan untuk titrasi juga semakin lama kerena penentuan titik ekivalen dan titik akhir titrasi semakin lambat pada konsentrasi asam asetat yang lebih  besar. Kemudian setelah diberikan adsorben, jumlah NaOH yang digunakan lebih sedikit daripada NaOH yang digunakan pada titrasi asam asetat tanpa karbon aktif. Hal ini dikarenakan adanya asam asetat yang teradsorpsi oleh karbon, sehingga proses titrasi berlangsung lebih cepat. Yaitu dengan ditunjukkan bahwa NaOH yang digunakan jumlahnya lebih kecil dibanding yang digunakan pada titrasi pertama. Pada titrasi pertama diperlukan NaOH sebanyak 22.5; 18.80; 14.10; 8.60; 4.70; 2.20 ml, dan pada titrasi asam asetat yang ditambahkan karbon aktif diperlukan NaOH sebanyak 20.00; 16.40; 12.80; 7.40; 3.70; 1.60 ml pada masing-masing konsentrasi berturut-turut 1; 0.8; 0.6; 0.4; 0.2; 0.1 N Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa jika konsentrasi asam asetat semakin besar, maka proses adsorpsi yang dilakukan adsorben karbon aktif semakin cepat hal ini dapat dilihat dengan semakin cepatnya titik ekivalen dan titik akhir yang dicapai saat titrasi dengan semakin berkurangnya konsentrasi asam asetat. Reaksi saat titrasi adalah sebagai berikut

CH₃COOH_(aq) + NaOH_(aq)                       CH₃COONa_(aq) + H₂O_(l)

 Langkah terakhir yang dilakukan adalah menimbang karbon untuk memperoleh berat adsorben dalam keadaan setimbang ( c ). Penimbangan dilakukan saat karbon dalam keadaan kering atau berbentuk serbuk lagi. Dari penimbangan didapat nilai c. Dan kemudian dihitung nilai ln c untuk dibandingkan dengan banyaknya massa zat yang teradsorpsi dalam grafik. Dari grafik dapat diketahui bahwa banyaknya zat yang teradsorpsi semakin berkurang dengan semakin berkurangnya konsentrasi asam asetat yang digunakan.

BAB 6. PENUTUP

6.1 Kesimpulan

1.      Adsorpsi adalah peristiwa penyerapan pada permukaan suatu adsorben. Adsorpsi dapat terjadi ketika suatu fluida atau cairan terikat pada suatu padatan atau cairan (adsorben) dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis pada permukaannya. Adsorpsi dapat dipengaruhi oleh macam adsorpsi, macam zat yang diadsorpsi, konsentrasi masing-masing zat, luas permukaan, temperatur dan tekanan.

2.      Semakin besar konsentrasi zat yang diadsorpsi, maka adsorben akan menyerap lebih banyak zat tersebut.

6.2 Saran

1.      Sebaiknya praktikan membaca terlebih dahulu langkah-langkah praktikum dengan teliti agar tidak terjadi kesalahan pada saat praktikum berlangsung.

DAFTAR PUSTAKA

Alberty,Robert. 1992. Kimia Fisika Jilid I. Jakarta : Erlangga

Atkins, P.W. 1993. Jilid 1 Kimia Fisika. Jakarta : Erlangga

Dainith, J., 1994, Kamus Lengkap Kimia. Jakarta : Erlangga

Tim Kimia Fisika. 2011. Penuntun Praktikum Termodinamika Kimia. Jember : Laboratorium Kimia Fisika Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas  Jember.

Warnana, Dwa Desa, dkk. 2007. Termodinamika. Jakarta : Universitas Terbuka.

http://www.wikipedia/adsorpsi diakses tanggal 30 Oktober 2011