Difusi Cairan

DIFUSI PADA CAIRAN

I.       Tujuan Percobaan

                        Menentukan koefisien difusi asam asetat dalam air dengan prinsip hitung integral.

II. Tinjauan Pustaka

           

            Definisi difusi adalah gerakan suatu komponen melalui suatu campuran, yang berlangsung karena suatu rangsangan fisika. Sering juga difusi didefinisikan sebagai perpindahan massa yang terjadi dalam satu fase. Umumnya difusi disebabkan oleh adanya gradien konsentrasi pada komponen yang terdifusi, sehingga menyebabkan terjadinya gerakan yang dimanfaatkan dalam operasi perpindahan massa.

Selain karena gradien konsentrasi, difusi juga disebabkan karena gradien tekanan, gradien suhu, atau karena medan gaya yang ditetapkan dari luar. Misalnya, difusi molekuler yang terjadi karena gradien tekanan disebut difusi tekanan, atau difusi termal yang disebabkan karena gradien suhu.

Teori Difusi

Sifat bahan daripada difusi dan aliran yang diakibatkannya menyebabkan terjadinya tiga macam situasi :

1.      Hanya satu komponen A yang berpindah dari atau ke antarmuka, dan aliran total sama dengan aliran A, contohnya adalah pada absorpsi.

2.      Difusi komponen A di dalam campuran itu diimbangi oleh aliran komponen B, yang jumlah molnya sama tetapi arahnya berlawanan, contohnya pada distilasi.

3.      Difusi A dan B berlangsung berlawanan arah, tetapi fluks molarnya tidak sama.

Besaran–besaran difusi

Ada lima konsep yang digunakan dalam Teori Difusi :

1.      Kecepatan u, yang didefinisikan dalam panjang / waktu.

2.      Fluks melintas bidang N, mol / luas waktu.

3.      Fluks relatif terhadap kecepatan nol J, mol / luas waktu.

4.      Konsentrasi c dan densitas molar , mol / volume.

5.      Gradien konsentrasi dc/db, dimana b adalah panjang lintas tegak lurus terhadap luas yang dilintasi oleh difusi.

Difusivitas Cairan

§  Dimensi dan satuan difusivitas cairan sama dengan difusivitas gas.

§  Harga difusivitas cairan akan berubah dengan berubahnya konsentrasi solute dalam solvent.

§  Nilainya lebih kecil dari difusivitas gas, yaitu: 1 sampai

Difusivitas didefinisikan bukan terhadap suatu bidang stasioner, tetapi relatif terhadap bidang yang bergerak pada kecepatan rata-rata volume u_o. Fluks molar komponen A, ditandai dengan J_A dan sama dengan fluks A bidang stasioner. Dimana Fluks molar ( J_A ), adalah banyaknya molar A yang dipindahkan tiap waktu tiap satuan luas.

Fluks difusi J_A diandaikan berbanding langsung dengan gradien konsentrasi dc_A/db, dan difusi komponen A, dalam campurannya dengan komponen B ditandai dengan D_AB. Jadi,

                           (1)

Persamaan diatas merupakan pernyataan Hukum Fick tentang difusi untuk cairan biner. Hukum ini berdasarkan tiga keputusan :

1.      Fluks dalam mol/luas waktu.

2.      Kecepatan difusi adalah relatif terhadap rata-rata kecepatan volume.

3.      Potensial pendorong adalah konsentrasi molar (mol komponen A per satuan volume)

Dimana dimensi D_AB adalah panjang kuadrat dibagi waktu, biasanya dinyatakan dalam meter kuadrat per detik atau sentimeter kuadrat per detik. Sehingga bisa dikatakan bahwa D_AB adalah koefisien difusi.

Harga koefisien difusi tergantung pada:

1.      Komposisi zat-zat penyusun system.

2.      Temperatur.

3.      Tekanan.

Untuk menentukan kofisien difusi, secara sederhana dapat dimisalkan seperti suatu zat A dilarutkan dalam pelarut B ( cairan biner yang encer ), yang dinyatakan dalam persamaan Wilke- Change 

Dimana:

MB  : berat molekul solven B, gram/gram mol

T      : suhu, K  

 µ_B   : viskositas solven B, kg/ms

VA   : volume molal solute murni pada titik didih normal, cm³/mol

             j_B    :  parameter asosiasi solven B (air = 2.26, methanol = 1.9, etanol =1.5)

Volume Molar Solut VA Ditentukan Berdasarkan

Tabel 1. Difusivitas Cairan

Solut A	Solven B	Temperatur ( º C )	Konsentrasi solut (9 mol/t)	Difusivitas cm² x 10/ dtk
Khlor Hidrogen klorid Amonia CO2 Natrium klorid Natrium klorid Metanol Asam cuka Etanol N.Butanol Karbondioksida Khloroform	Air Air Air Air Air Air Air Air Air Air Etanol Etanol	16 0 10 16 5 15 10 20 18 18 15 12.5 10 15 17 20	0.12 9 2 9 2.5 0.5 3.5 1.0 0 0 0.05 0.2 1.0 3.0 0 1.0 0.01 3.75 0.05 0 0 2.0	1.26 2.7 1.8 3.3 2.5 2.44 1.24 1.77 1.46 1.77 1.26 1.21 1.24 1.36 1.28 0.82 0.91 0.50 0.83 0.77 3.2 1.25

Tabel 2. Parameter Asosiasi Beberapa Solven

Solven	Parameter Asosiasi
Air Metanol Etanol Benzena, eter, heptan, dan selain yang tidak terasosiasi	2.6 1.9 1.5 1.0

Selain itu penentuan koefisien difusi dapat dicari secara analitik berdasarkan pada neraca massa pada elemen volume. Dengan anggapan bahwa perpindahan massa hanya berlangsung pada arah yang sejajar dengan sumbu pipa (z), maka neraca massa pada elemen volume adalah :

Neraca massa :

Laju massa masuk- laju massa keluar = akumulasi

Dimana A adalah luas permukaan dan D adalah difusivitas.

Jika persamaan (3) dibagi dengan A . Δz dan limit Δz mendekati nol, maka :

Jika : kondisi awal (le)   =    C_A (Z, 0) = C_A0

kondisi batas (BC) =   C_A (1, t) = 0

C_A (0, t) = limite

C_A (Z, S) = 0

 (0, t) = 0

Dengan kondisi awal dan kondisi batas tersebut, maka persamaan (4) dapat disusun menjadi persamaan :

                  

     (MC.Cabe,dkk,1985)

III. ALAT DAN BAHAN

A.    Alat

1.      Alat suntik

2.      Buret

3.      Botol timbang

4.      Ember

5.      Erlenmayer

6.      Gelas arloji

7.      Gelas ukur

8.      Karet hisap

9.      Klem

10.  Labu ukur

11.  Media penjejal

12.  Pipa kapiler

13.  Pipet tetes

14.  Pipet ukur

15.  Pipet volume

16.  Statif

B.     Bahan

1.      Aquades

2.      Air

3.      Asam asetat glasial

4.      Asam oksalat 1N

5.      Indikator PP

6.      NaOH 1N

  

Gambar Alat

IV. CARA KERJA

1.      Membuat larutan asam asetat dari campuran asam asetat glasial : air dengan perbandingan 80 : 20 (ml).

2.      Membuat larutan NaOH 1N dan membuat larutan asam oksalat 1N lalu standarisasi kedua larutan tersebut.

3.      Melakukan standarisasi larutan asam asetat dengan larutan NaOH sebelum dilakukan difusi.

4.      Mengukur panjang pipa kapiler.

5.      Memasukkan asam asetat ke dalam pipa kapiler dengan cara disuntikkan.

6.      Tempatkan pipa kapiler dalam media berisi penjejal (usahakan tinggi air sama dengan tinggi pipa kapiler). Lakukan proses difusi.

7.      Mengeluarkan asam asetat hasil difusi dengan alat suntik, lalu lakukan standarisasi dengan larutan NaOH (lakukan tiap 10 menit)

8.      Ulangi langkah 5-7 sampai tabung ke 5.