ISOTERM ADSORPSI KARBON AKTIF

Adsorpsi adalah gejala pengumpulan molekul-molekul suatu zat pada

permukaan zat lain, sebagai akibat dari ketidakjenuhan gaya-gaya pada permukaaan

zat tersebut. Dalam adsorpsi digunakan istilah adsorbat dan adsorban, dimana

adsorbat adalah substansi yang terjerap atau substansi yang akan dipisahkan dari

pelarutnya, sedangkan adsorban adalah merupakan suatu media penyerap yang dalam

hal ini berupa senyawa karbon.

Adsorpsi terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom

atau molekul pada permukaan zat padat. Molekul-molekul pada permukaan zat padat

atau zat cair, mempunyai gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada gaya-gaya lain

yang mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat cair,

mempunyai gaya adsorpsi. Adsorpsi berbeda dengan absorpsi. Pada absorpsi zat

yang diserap masuk ke dalam absorbens sedangkan pada adsorpsi zat yang diserap

hanya terdapat pada permukaannya (Sukardjo, 1990).

Komponen yang terserap disebut adsorbat (adsorbate), sedangkan daerah

tempat terjadinya penyerapan disebut adsorben (adsorbent / substrate).

Berdasarkan sifatnya, adsorpsi dapat digolongkan menjadi adsorpsi fisik dan

kimia.

Tabel 1. Perbedaan adsorpsi fisik dan kimia

Adsorpsi Fisik Adsorpsi Kimia

Molekul terikat pada adsorben oleh

gaya van der Waals

Molekul terikat pada adsorben oleh

ikatan kimia

Mempunyai entalpi reaksi -4 sampai

-40 kJ/mol

Mempunyai entalpi reaksi -40 sampai

-800 kJ/mol

Dapat membentuk lapisan multilayer Membentuk lapisan monolayer

Adsorpsi hanya terjadi pada suhu di

bawah titik didih adsorbat

Adsorpsi dapat terjadi pada suhu tinggi

Jumlah adsorpsi pada permukaan

merupakan fungsi adsorbat

Jumlah adsorpsi pada permukaan

merupakan karakteristik adsorben dan

adsorbat

Tidak melibatkan energi aktifasi

tertentu

Melibatkan energi aktifasi tertentu

Bersifat tidak spesifik Bersifat sangat spesifik

Proses adsorpsi dalam larutan, jumlah zat teradsorpsi tergantung pada

beberapa faktor, yaitu :

a. Jenis adsorben

b. Jenis adsorbat

c. Luas permukaan adsorben

d. Konsentrasi zat terlarut

e. Temperatur (Atkins,  1990).

Jenis adsorpsi

Adsorpsi ada dua jenis, yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia.

a. Physisorption (adsorpsi fisika)

Terjadi karena gaya Van der Walls dimana ketika gaya tarik molekul antara

larutan dan permukaan media lebih besar daripada gaya tarik substansi terlarut dan

larutan, maka substansi terlarut akan diadsorpsi oleh permukaan media.

Physisorption ini memiliki gaya tarik Van der Walls yang kekuatannya relatif kecil.

Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif

rendah sekitar 20 kJ/mol.

Contoh : adsorpsi oleh arang aktif. Aktivasi arang aktif pada temperatur yang

tinggi akan menghasilkan struktur berpori dan luas permukaan adsorpsi yang besar.

Semakin besar luas permukaan, maka semakin banyak substansi terlarut yang

melekat pada permukaan media adsorpsi.

b. Chemisorption (adsorpsi kimia)

Chemisorption terjadi ketika terbentuknya ikatan kimia antara substansi

terlarut dalam larutan dengan molekul dalam media. Chemisorpsi terjadi diawali

dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan

adsorben melalui gaya Van der Walls atau melalui ikatan hidrogen. Dalam adsorpsi

kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya

ikatan kovalen), dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan

koordinasi dengan substrat. Contoh : Ion exchange (Atkin, 1990).

Penentuan Adsorpsi Isoterm

Perubahan konsentrasi adsorbat oleh proses adsorpsi sesuai dengan

mekanisme adsorpsinya dapat dipelajari melalui penentuan isoterm adsorpsi yang

sesuai. Isoterm Langmuir dan Isoterm BET adalah dua diantara isoterm-isoterm

adsorpsi yang dipelajari:

a. Isotherm Langmuir

Meskipun terminology adsorpsi pertama kali diperkenalkan oleh Kayser

(1853-1940), penemu teori adsorpsi adalah Irving Langmuir (1881-1957), Nobel

laureate in Chemistry (1932). Isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas beberapa

asumsi,yaitu :

(1) Adsorpsi hanya terjadi pada lapisan tunggal (monolayer),

(2) Panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan

(3) Semua situs dan permukaannya

Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis

dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-molekul zat yang

diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekulmolekul zat yang tidak

teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut :

C merupakan konsentrasi adsorbat dalam larutan, x/m adalah konsentrasi adsorbat

yang terjerap per gram adsorben, k adalah konstanta yang berhubungan dengan

afinitas adsorpsi dan (x/m)mak adalah kapasitas adsorpsi maksimum dari adsorben.

Kurva isoterm adsorpsi Langmuir dapat disajikan seperti pada Gambar 1.

b. Persamaan Isoterm Adsorpsi Freundlich

Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich didasarkan atas terbentuknya lapisan

monolayer dari molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Namun pada

adsorpsi Freundlich situs-situs aktif pada permukaan adsorben

bersifat heterogen. Persamaan isoterm adsorpsi Freundlich dapat dituliskan

sebagai berikut.

Log (x/m) = log k + 1/n log c.................................................................(2),

sedangkan kurva isoterm adsorpsinya disajikan pada Gambar 2.

Bagi suatu sistem adsorpsi tertentu, hubungan antara banyaknya zat yang

teradsorpsi persatuan luas atau persatuan berat adsorben dengan konsentrasi yang

teradsorpsi pada temperatur tertentu disebut dengan isoterm adsorpsi ini dinyatakan

sebagai:

x/m = k. Cn.........................................................................................................

(1)

dalam hal ini :

x = jumlah zat teradsorpsi (gram)

m = jumlah adsorben (gram)

C = konsentrasi zat terlarut dalam larutan, setelah tercapai kesetimbangan

adsorpsi

k dan n = tetapan, maka persamaan (1) menjadi :

log x/m = log k + n log c................................................................................(2)

persamaan ini mengungkapkan bahwa bila suatu proses adsorpsi menuruti isoterm

Freundlich, maka aluran log x/m terhadap log C akan merupakan garis lurus. Dari

garis dapat dievaluasi tetapan k dan n (Tim Dosen Kimia Fisika, 2012).

Arang Aktif

Arang adalah padatan berpori hasil pembakaran bahan yang mengandung

karbon. Arang tersusun dari atom-atom karbon yng berikatan secara kovalen

membentuk struktur heksagonal datar dengan sebuah atom C pada setiap sudutnya

(Gambar 3). Susunan kisi-kisi heksagonal datar ini tampak seolah-olah seperti pelat-

pelat datar yang saling bertumpuk dengan sela-sela di antaranya.

Gambar 3 Struktur grafit karbon aktif

Sebagian pori-pori yang terdapat dalam arang masih tertutup oleh

hidrokarbon dan senyawa organik lainnya. Komponen arang ini meliputi karbon

terikat, abu, air, nitrogen, dan sulfur. yang mempunyai luas permukaan dan jumlah

pori sangat banyak (Baker 1997).

Setyaningsih (1995) membedakan karbon aktif menjadi 2 berdasarkan

fungsinya, yaitu Karbon adsorben gas (gas adsorbent carbon): Jenis arang ini

digunakan untuk mengadsorpsi kotoran berupa gas. Pori-pori yang terdapat pada

karbon aktif jenis ini tergolong mikropori yang menyebabkan molekul gas akan

mampu melewatinya, tetapi molekul dari cairan tidak bisa melewatinya. Karbon aktif

jenis ini dapat ditemui pada karbon tempurung kelapa. Selanjutnya adalah karbon

fasa cair (liquid-phase carbon). Karbon aktif jenis ini digunakan untuk mengadsorpai

kotoran atau zat yang tidak diinginkan dari cairan atau larutan. Jenis pori-pori dari

karbon aktif ini adalah makropori yang memungkinkan molekul berukuran besar

untuk masuk. Karbon jenis ini biasanya berasal dari batu bara, misalnya ampas tebu

dan sekam padi.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins PW. 1997. Kimia Fisika. Ed ke-4. Kartohadiprodjo II, penerjemah; Jakarta:

Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry.

Baker FS, Miller CE, Repik AJ, Tollens ED. 1997. Activated carbon. Di dalam:

Ruthven DM, editor. Encyclopedia of Separation Technology, Volume 1 (A

kirk-Othmer Encyclopedia). New York: J Wiley.

Setyaningsih H. 1995. Pengolahan limbah batik dengan proses kimia dan adsorpsi

karbon aktif [tesis]. Jakarta: Program Pascasarjana, Universitas Indonesia.

Sukardjo. 1990.  Kimia Anorganik.  Penerbit Rineka Cipta.  Jakarta.

Tim Dosen Kimia Fisika.2012.Diktat Petunjuk Praktikum Kimia Fisik.Semarang:

FMIPA UNNES.