ADSORPSI ISOTERM KARBON AKTIF pada asam kloridaSiti Nur Suwaibah, Danu Dwi JatmikoLab. Kimia Fisika Jurusan Kimia Universitas Negeri SemarangGedung D8 Lt 2 Sekaran Gunungpati Semarang, Indonesiasnsuwaibah@gmail.com, 08993263270

AbstrakEksperimen ini bertujuan untuk menentukan isotherm adsorpsi hubungan antara jumlah zat yang teradsorpsi terhadap konsentasi zat terlarut menurut persamaan Freundlinch dan Langmuir. Penentuan isotherm adsorption diperoleh dengan menggunakan karbon aktif sebagai adsorben dan HCl sebagai adsorbat. Metode yang digunakan dalam penentuan konsentrasi zat yang diadsorpsi dilakukan dengan titrasi. Hasil penentuan konsentrasi asam klorida setelah proses adsorpsi berturut-turut 0.2521; 0.1503; 0,0597 M dengan volume HCl berturut-turut 10; 20; 25 mL. Hasil analisis diperoleh semakin negatif nilai log x/m semakin negatif pula nilai log C , dan diperoleh garis linier dengan kemiringan 1/n dan titik potong log k pada sumbu C. Grafik hubungan C terhadap x/m memiliki bentuk garis yang belum setengah trapezium, hal ini dapat dijelaskan melalui jumlah data yang diambil kurang banyak. Sehingga belum menunjukkan apakah grafik ini akan sesui dengan isotherm Langmuir ataukah berbeda. Penentuan hubungan antara jumlah zat yang terlarut dalam cairan terhadap jumlah yang teradsorpsi menghasilkan hubungan yang linier pada persamaan Freundlich, dengan nilai n 1 dan nilai k 2764,3944. Sedangkan menurut isotherm Langmuir belum dapat diambil kesimpulan karena jumlah data yang kurang. Namun demikian, didapat hasil bahwa jumlah adsorbat yang terserap meningkat secara linier dengan peningkatan konsentrasi.Kata kunci : adsorpsi isoterm; karbon aktif; persamaan isoterm Freudlinch dan Langmuir.

AbstractThis experiment aims to determine the adsorption isotherm relationship between the amount of substance adsorbed to the concentrations of solutes according Freundlinch and Langmuir equation . Determination of adsorption isotherm obtained by using activated carbon as adsorbent and HCl as adsorbate . The method used in the determination of the concentration of adsorbed done by titration . Results of the determination of the concentration of hydrochloric acid after the adsorption process successive 0.2521 ; 0.1503 ; 0.0597 M HCl with volume 10 in a row ; 20 ; 25 mL . The negative results obtained by analysis of the value of log x / m more negative the value of log C , and obtained linear line with a slope of 1 / n and log k cut points on the axis C. Graph showing the relationship C against x / m has the form of a line that has not been half trapezium , this can be explained by the amount of data captured much less . So do not indicate whether this will be within their chart Langmuir isotherm or different . Determination of the relationship between the amount of a substance dissolved in the liquid to the adsorbed amount produces a linear relationship in the Freundlich equation , with the value of n 1 and k value of 2764.3944 . Meanwhile, according to the Langmuir isotherm can not be concluded because of the amount of missing data . Nevertheless , we got the result that the amount of the adsorbate adsorbed increases linearly with increasing concentration .Keywords : adsorption isotherm ; activated carbon ; Freudlinch and Langmuir isotherm equations .PendahuluanAbsorbansi merupakan salah satu metode dalam kimia yang umum dilakukan. Dalam skala kecil contoh penjernihan dengan absorbansi yaitu penjernihan minyak goreng, dalam skala besar contohnya yaitu penjernihan pada proses pengolahan air di PDAM, atau pengolahan limbah pabrik. Contoh lain yaitu pada industri batik, penggunaan pewarna tekstil pada proses produksi batik menghasilkan limbah yang tidak baik untuk lingkungan, oleh sebab itu digunakan adsorben seperti karbon aktif dalam mengolah limbahnya. Absorben yang dapat digunakan meliputi absorben organik seperti sukrosa, amilum, dan selulosa dan bahan anorganik seperti kalsium dan magnesium karbonat, gel silica, dan aluminium oksida. Adsorben seperti ini memiliki afinitas tinggi terhadap zat terlarut polar, khususnya ketika polaritasnya rendah (Day, R.A dan Underwood, A.L., 2002). Diantara absorben organik yang paling sering digunakan yaitu arang, gula, dan arang aktif. Adsorbansi merupakan suatu proses satu atau lebih unsur-unsur pokok dalam fluida lebih terkonsentrasi pada permukaan padatan (absorben). Dalam proses absorbansi dikenal adsorben dan adsorbat. Adsorben adalah zat yang mengadsorbsi zat lain yang memiliki ukuran partikel yang seragam, kepolarannya sama dengan zat yang diserap, serta berat moleku yang besar. Sedangkan adsorbat adalah zat yang diadsorpsi zat lainnya. Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi yaitu luas permukaan adsorben, ukuran pori adsorben, kelarutan zat terlarut, pH, temperature (Castellan, 1982). Gejala yang biasa digunakan dalam meramalkan komponen yang diadsorpsi lebih kuat adalah kepolaran. Jika faktor lainnya sama, maka semakin polar suatu senyawa maka semakin kuat senyawa itu teradsorpsi. Di sisi lain semakin polar zat pelarut, maka akan terjadi perebutan mengisi tempat-tempat pada permukaan yang semakin besar sehingga zat terlarut akan kurang diasorpsi (Day, R.A dan Underwood, A.L., 2002).Dikenal dua macam adsorpsi yaitu adsorpsi kimia, dan adsorpsi fisika. Adsorpsi fisika terjadi karena adanya gaya van der Walls antara absorbat dan permukaan absorbennya, pada adsorpsi ini gaya yang terjadi lemah dan kalor adsorpsinya rendah, yaitu hanya beberapa kilojoule, dan ada di sekitar panas vaporasi adsorbat. Sedangkan adsorpsi kimia terjadi karena adanya penggunaan bersama pasangan elektron antara adsorben dan adsorbat dalam bentuk ikatan koordinasi. Proses adsorpsi ini disebut dengan kemisorpsi, karena adanya pemutusan kemudian dilanjutkan pembentukan ikatan baru. Pada adsorpsi ini gaya yang terjadi lebih kuat, karena melibatkan ikatan kimia. Adsorbasi isotherm adalah hubungan distribusi adsorben antara fase teradsorpsi dan fase ruah kesetimbangan pada suhu tertentu. Untuk menggambarkan hubungan antara jumlah zat teradsorpsi dan konsentrasi zat dalam larutan pada temperatur tetap digunakan isotherm Freudlinch dalam bentukx/m= k x C1/n Dimana x/m merupakan konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi pada fase padat yang berkesetimbangan dengan suatu larutan dengan konsentrasi zat terlarut C jika n = 1, untuk mendapatkan nilai k dan n, dapat diambil logaritma kedua ruas persamaan Freundlich, yaituLog x/m = log k + (1/n) log CGrafik log x/m terhadap log C merupakan garis yang memiliki kemiringan 1/n dengan titik potong log k pada sumbu C. Persamaan isotherm adsorpsi freundlich didasarkan terbentuknya lapisan monolayer di permukaan adsrben. Berdasarkan persamaan Freundlich dicari hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi dengan konsentrasi zat terlarut pada temperatur tertentu.Grafik yang dihasilkan yaitu linier.Selain isotherm adsorpsi Freundlich, juga dikenal isotherm adsorpsi Langmuir yang berdasarkan asumsi proses adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal, kalor adsorpsi tidak tegantung pada penutupan permukaaan adsorpban dan semua permukaan adsorban dianggap homogen. Persamaan Langmuir merupakan persamaan dengan adsorpsi dengan penutupan satu atau hanya beberapa lapis molekul pada mikroporinya (Supeno, 2009). Persaamaannya yaitu, = + C menyatakan konsentrasi dari adsorbat di dalam larutan, x/m konsentrasi adsorbat yang diadsorpsi, dan k adalah konstanta.Berdasarkan persamaan Freundlich dicari hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi dengan konsentrasi zat terlarut pada temperatur tertentu dan apakah grafik yang dihasilkan linier atau tidak. Selain itu juga ditentukan hubungan antara jumlah zat yang terlarut dengan persamaan Langmuir.MetodeBahan bahan yang digunakan dalam eksperiment ini adalah bahan-bahan pro analisis (p.a) meliputi asam klorida, natrium hidroksida, arang aktif, indikator fenolftalein, air dan akuades. Alat-alat yang digunakan meliputi cawan porselen, gelas arloji, erlenmeyer 100 mL, 150 mL, dam 200 mL, pembakar spirtus, kaki tiga dan kasa, buret dan statip, stopwatch, baskom, neraca analitik, pengaduk dan spatula.Sebelum melakukan eksperimen maka dilakuakan pembuatan larutan HCl yang divariasi 0,3; 0,18dan 0,06 M, dan larutan NaOH 0,19393 M. Karbon aktif pertama kali diaktifkan melalui pemanasan. Dari hasil tersebut ditimbang 1 gram karbon dimasukkan ke dalam erlenmeyer sebanyak tiga buah.Kemudian dimasukkan 100 mL larutan HCl yang divariasi. Erlenmeyer ditutup, lalu dimasukkan ke dalam baskom berisi air untuk menyamakan suhunya menjaga kestabilan adsorben dalam mengadsorpsi adsorbat selama 30 menit dan setiap 10 menit erlenmeyer dikocok selama 1 menit. Pengocokan memungkinkan adanya interaksi yang lebih besar antara adsorben dan adsorbat. Filtratnya kemudian dititasi dengan NaOH.Untuk mencari hunbungan antara jumlah zat yang diadsorpsi dan konsentrasi zat terlarut data konsentrasi HCl, NaOH, dan massa karbon aktif dianalisis dengan menggunakan persamaan Freundlich sebab isotherm Freundlich merupakan persamaan untuk menghubungkan jumlah zat teradsorpsi terhadap konsentrasi bahan dalam larutan (Tim Dosen Kimia Fisika, 2003), juga digunakan persamaan Langmuir.Hasil dan PembahasanHasil penentuan konsentrasi asam klorida setelah proses adsorpsi berturut-turut 0.2521; 0.1503; 0,0597 M dengan volume HCl berturut-turut 10; 20; 25 mL . Banyaknya asam klorida yang teradsorpsi berturut-turut 0.0479; 0,0297; 0,0003 M atau jika dinyatakan dalam massa 0,1748; 0,1084; 0,0010 gram. Sedangkan massa arang yang telah diakifkan melalui pemanasan yaitu 1,0048; 1,0096 dan 1,0041 gram pada masing-masing erlenmeyer. Data-data ini diambil agar didapatkan data-data lain yang dibutuhkan dalam proses analisis. Reaksi yang berlangsung dalam proses penentuan konsentrasi HCl adalah sebagai berikut,NaOH + HCl mula-mula NaCl + H2ONaOH + HCl sisa NaCl + H2OPada mulanya, HCl dititrasi dengan NaOH untuk mendapatkan konsentrasi mula-mula ketika belum diadsorpsi oleh karbon aktif. Namun, langkah ini terlewatkan dilakuakan, sehingga penentuan konsentrasi awal HCl hanya dilakukan dengan cara perhitungan pengenceran. Pada penentuan konsentrasi HCl akhir setelah adsorpsi karbon aktif dilakuakan untuk mengetahui sisa konsentrasi HCl. Ketika HCl diadsorpsi oleh karbn aktif, konsentrasi HCl akan berukrang. Konsentrasi sisa HCl inilah yang bereaksi dengan NaOH saat titrasi. Volume NaOH yang diperlukan pada saat titrasi merupakan volume yang diperlukan untuk menetralkan sisa asam klorida pada larutan, dan selanjutnya digunakan untuk menentukan konsentrasi HCl sisa.Data-data yang sudah diperoleh dapat digunakan untuk menentukan hubungan antara konsentrasi HCl dengan jumalah HCl yang teradsorpsi oleh karbon katif, yang terdapat pada tabel 1.NoMassa ( gr)Konsentrasi asam ( N )X (gram)x/mLog (x/m)Log C

AwalSisaC

11,00480.30.252110.047890.1747991.74 x 10-5-4.759541925-1.31976

21,00960.180.15030.02970.1084051.07 x 10-5-4.969100028-1.52724

31,00410.060.059730.000270.0009859.81 x 10-8-7.008120338-3.56864

Tabel 1. Perhitungan dataData-data yang tertulis pada Tabel 1 dapat digunakan untuk menentukan hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi dengan konsentrasi zat terlarut pada temperatur 27oC. Hasil analisis diperoleh hubungan logaritmik antara konsentrasi asam klorida (adsorbat) dalam cairan dengan konsentrasi yang teradsorpsi. Semakin negatif nilai log (x/m) semakin negatif pula nilai log C , dan diperolrh garis linier dengan kemiringan 1/n dan titik potong log k pada sumbu C.

Gambar 1. Grafik hubungan antara log x/m dan log C.

Grafik isotherm Freundlich menunjukkan hubungan antara logaritmik (x/m) dan C. Log C Diperoleh grafik linier dengan kelinieran (R) = 1 sesuai dengan isotherm adsorbs freundlich, artimya kurvanya linier. Persamaan grafik isoterm adsorbs freundlichnya yaitu y = 0.9995x - 3.4416, bentuk umum persamaan isotherm adsorbs Freundlich log x/m = log k + n log C. Maka didapat nilai log k = 0,9995 dan 1/n = 0.9995, sehingga diperoleh nilai k adalah 2764,3944 dan nilai n adalah 1.

Gambar 1. Grafik hubungan antara log x/m dan log C.Grafik hubungan C terhadap x/m memiliki bentuk garis yang belum setengah trapesium (Castellan, 1983), hal ini dapat dijelaskan melalui jumlah data yang diambil. Sehingga belum menunjukkan apakah grafik ini akan sesui dengna isotherm Langmuir ataukah berbeda. Dapat dikatakan grafiknya belum selesai. Namun demikian, kedua grafik itu didapatkan bahwa jumlah zat yang teradsorpsi akan sebanding dengan konsentrasi yang ditambahkan (Oscik, 1982). Jadi jumlah adsorbat yang terserap meningkat secara linier dengan peningkatan konsentrasi. Hal ini dapat dijelaskan semakin banyak molekul adsorbat yang yang ada dalam larutan maka terjadi peningkatan pula pada kemungkinan interaksi dengan adsorbat, sehingga adsorpsi juga meningkat.KesimpulanPenentuan hubungan antara jumlah zat yang terlarut dalam cairan terhadap jumlah yang teradsorpsi menghasilkan hubungan yang linier pada persamaan Freundlich, dengan nilai n 1 dan nilai k 2764,3944. Sedangkan menurut isotherm Langmuir belum dapat diambil kesimpulan grafiknya akan membentuk setengah trapezium atau tidak karena jumlah data yang kurang. Namun, keduanya memberi hasil bahwa jumlah adsorbat yang terserap meningkat secara linier dengan peningkatan konsentrasi.Daftar PustakaCastellan, Gilbert W., 1982. Physical chemistry. New York : Addison-Wesley publishing CompanyDay, R.A. dan Underwood, A. L.2002. Analisi Kimia Kuantitatif. Jakarta : Erlangga, ed 6Oscik, J. 1982. Adsorption. John Willey and Sons. New York.Supeno, Minto.2009. Bentotit Terpilar dan Aplikasi. Medan: Universitas Sumatra Utara PressTim Dosen Kimia Fisika. 2003. Kimia Fisika 2. Semarang: Universitas Negeri Semarang

LAMPIRANPerhitungan Konsentrasi Larutan NaOH Titran 0,19393MPerhitungan Pembuatan Larutan HCl 0,6 MN1 x V1= N2 x V21 x M1 x V1= 1 x M2 x V212 x V1= 0,6 x 200V1=10Perhitungan Konsentrasi Larutan HClHCl 0,3 MN1 x V1= N2 x V21 x M1 x V1= 1 x M2 x V2M1 x 100= 0,6 x 50V1=0,3 MHCl 0,24 MN1 x V1= N2 x V21 x M1 x V1= 1 x M2 x V2M1 x 100= 0,6 x 40V1= 0,24 MHCl 0,18 MN1 x V1= N2 x V21 x M1 x V1= 1 x M2 x V2M1 x 100= 0,6 x 30V1= 0,18 MHCl 0,12 MN1 x V1= N2 x V21 x M1 x V1= 1 x M2 x V2M1 x 100= 0,6 x 20V1= 0,12 MHCl 0,06 MN1 x V1= N2 x V21 x M1 x V1= 1 x M2 x V2M1 x 100= 0,6 x 10V1= 0,06 MPerhitungan Volume Titran NaOH yang Dibutuhkan Untuk Menitrasi HClHCl 0,6 M Sebelum DiadsorbsiNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x VNaOH= 1 x 0,6 x 10VNaOH= 30,94 mLHCl 0,3 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x VNaOH= 1 x 0,3 x 10VNaOH= 15,47 mLHCl 0,24 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x VNaOH= 1 x 0,24 x 20VNaOH= 24,75 mLHCl 0,18 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x VNaOH= 1 x 0,18 x 20VNaOH= 18,56 mLHCl 0,12 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x VNaOH= 1 x 0,12 x 25VNaOH= 15,47 mLHCl 0,06 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x VNaOH= 1 x 0,06 x 25VNaOH= 7,73 mLPerhitungan Konsentrasi HCl Setelah Diadsorbsi Karbon AktifHCl 0,6 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x 65= 1 x MHCl x 10MHCl= 1,26 MHCl 0,3 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x 13= 1 x MHCl x 10MHCl= 0,25 MHCl 0,24 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x 33,5= 1 x MHCl x 20MHCl= 0,32 MHCl 0,18 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x 15,5= 1 x MHCl x 20MHCl= 0,15 MHCl 0,12 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x 23,5= 1 x MHCl x 25MHCl= 0,18 MHCl 0,06 MNNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl1 x MNaOH x VNaOH = 1x MHCl x VHCl1 x 0,19393 x 7,7= 1 x MHCl x 25MHCl= 0,059

Danu Dwi Jatmiko30 September 2013Siti Nur SuwaibahKimia Fisika