[difusi] laporan
DESCRIPTION
.TRANSCRIPT
UNIVERSITAS INDONESIA
LAPORAN PRAKTIKUM
DIFUSI
KELOMPOK 2
ANGGOTA
ANANDA PUTRA S.(1106070703)
FEIZAL IBRAHIM (1106068415)
JOHANNES IVAN DENNIS SILITONGA (1206773300)
OLIVIA CESARAH TARIGAN (1106070754)
YESSICA HANNAULI (1106070880)
FAKULTAS TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
DEPOK
MEI 2014
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN..............................................................................................3
1.1 Tujuan Percobaan...................................................................................3
1.2 Teori Dasar.............................................................................................3
1.2.1 I. 2. 1. Difusi Molekular Gas.................................................................5
1.2.2 Difusi Molekular pada Cairan..............................................................10
BAB II PROSEDUR PERCOBAAN...........................................................................14
2.1. Prosedur Percobaan..............................................................................14
2.1.1. Koefisien Difusi Gas............................................................................14
2.1.2. Koefisien Difusi Cair............................................................................15
BAB III PENGOLAHAN DATA................................................................................17
3.1. Data Percobaan.....................................................................................17
3.1.1. Koefisien Difusi Gas............................................................................17
3.1.2. Koefisien Difusi Cair............................................................................26
BAB IV PEMBAHASAN............................................................................................32
4.1. Difusi Gas.............................................................................................32
4.1.1. Analisa Percobaan................................................................................32
4.1.2. Analisa Hasil........................................................................................32
4.1.3. Analisa Kesalahan................................................................................32
4.2. Difusi Cair............................................................................................32
4.2.1. Analisa Percobaan................................................................................32
4.2.2. Analisa Hasil........................................................................................34
4.2.3. Analisa Kesalahan................................................................................36
BAB V PENUTUP.......................................................................................................37
5.1. Kesimpulan Percobaan.........................................................................37
5.2. Saran.....................................................................................................37
DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................38
|
Page 3
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Percobaan
Mahasiswa dapat menggunakan persamaan dasar perpindahan massa untuk
diaplikasikan pada pengukuran koefisien difusi
1.2 Teori Dasar
Difusi merupakan suatu fenomena yang sering terjadi dalam kehidupan
sehari-hari, seperti lantai yang basah dalam kurun waktu tertentu akan kembali
kering. Difusi merupakan salah satu peristiwa perpindahan massa. Massa akan
berpindah dari suatu keadaan yang memiliki konsentrasi tinggi ke konsentrasi
rendah. Perpindahan massa yang terjadi dapat berlangsung dalam fasa gas maupun
dalam fasa cair. Peristiwa difusi akan terus berlangsung hingga tercapainya
kondisi kesetimbangan antara dua keadaan dimana sebelumnya terdapat
perbedaan besarnya konsentrasi suatu komponen pada masing-masing keadaan.
Oleh karena itu proses difusi akan dapat berlangsung secara kontinyu apabila
dipertahankan perbedaan (gradien) konsentrasinya antara kedua keadaan tersebut.
Hal ini dapat dilakukan dengan mengalirkan fluida yang merupakan tempat akan
berdifusinya suatu molekul.
Difusi molekular dapat didefinisikan sebagai perpindahan atau pergerakan
suatu molekul melewati suatu fluida dengan pergerakan yang acak. Kita dapat
membayangkan suatu molekul yang bergerak lurus dan kemudian akan bergerak
dengan acak akibat tabrakan dengan molekul yang lain. Karena pergerakan
melekul berlangsung dalam gerakan acak, maka pergerakan molekul sering
disebut sebagai Random-Walk Process.
Gambar 1.1. Gerakan acak pada proses difusi |
Page 4
Pada gambar.1 diilustrasikan bahwa proses difusi molekular berlangsung
dalam arah yang acak. Molekul A akan berdifusi melalui molekul B dari bagian
bawah ke bagian atas. Hal ini disebabkan karena molekul A lebih terkonsentrasi
pada bagian bawah dibandingkan pada bagian atas maka molekul A akan nerdifusi
ke bagian atas molekul B.
Sebagai contoh lain adalah tinta biru yang diteteskan dalam air bening.
Tinta akan berdifusi perlahan-lahan ke seluruh bagian air hingga diperoleh kondisi
kesetimbangan (tidak adanya gradien konsentrasi). Untuk menaikkan laju difusi
dapat dilakukan pengadukan, sehingga kondisi kesetimbanga dapat lebih cepat
dicapai.
Difusi tidak terbatas hanya pada perpindahan lapisan stagnan (diam) zat
padat atau zat cair saja. Difusi juga terjadi dalam fase fluida pencampuran fisika
dan pusaran Eddy aliran turbulen, sama seperti aliran kalor dalam fluida dapat
terjadi karena konveksi. Peristiwa ini disebut difusi pusaran (Eddy diffusion).
Pada fluida yang mengandung banyak komponen yang akan berdifusi
dalam keadaan diam berlaku hukum Frick untuk campuran antara hukum A dan
B,yaitu :
J*AZ = -cDAB
dx A
dz (1)
Keterangan :
J*AZ = flux molar komponen A pada arah sumbu z untuk arah molekular
(kgmolA/s.m2)
DAB = difusi molekular molekul A melalui B (m2/s)
z = jarak difusi (m)
c = konsentrasi A dan B (kgmol/m3)
xA = fraksi mol dari A dari campuran A dan B.
Jika c adalah konstan, karena cA = cxA maka :
cdxA = d(cxA) = dcA (2)
Substitusikan persamaan (1) ke persamaan (2) menghasilkan persamaan difusi
untuk konsentrasi yang konstan :
|
Page 5
J*AZ = -DAB
dc A
dz (3)
Persamaan (3) umumnya digunakan dalam berbagai aplikasi proses difusi
molekular. Apabila nilai c bervariasi, maka yang digunakan dalam persamaan (3)
adalah nilai konsentrasi rata-ratanya.
Untuk aliran massa yang turbulen dengan konsentrasi yang konstan
berlaku persamaan :
J*AZ = -(DAB + εM)
dc A
dz (4)
Dimana εM difusivitas massa turbulen ataudengan satuan m2/s.
1.2.1 Difusi Molekular Gas
Pada gambar.2 dua gas A dan B pada tekanan total P dalam dua buah
tangki yang dihubungkan oleh pipa dimana difusi molekular dalam keadaan
steady state terjadi.
Gambar 1.2. Equimolar counterdiffusion untuk gas A dan B
Putaran pengaduk menjaga agar konsentrasi pada setiap tangki adalah
homogen/uniform. Tekanan parsial pA1 > pA2 dan pB2 > pB1. Molekul A akan
berdifusi ke tangki sebelah kanan dan molekul B akan berdifusi ke tangki sebalah
kiri. Karena tekanan total P konstan, maka junlah total molekul A yang berdifusi
ke tangki sebelah kanan harus sama dengan jumlah molekul B yang berdifusi ka
|
Page 6
tangki sebelah kiri. Jika hal ini tidak berlangsung maka tekanan total tidak akan
konstan. Hal ini berarti :
J*AZ = -J*BZ (5)
Dimana subscript z menunjukkan arah difusi molekular.
Hukum fick molekul b untuk konsentrasi yang konstan :
J*B = -DBA
dcB
dz (6)
Karena P = pA + pB = konstan, maka :
c = cA + cB (7)
Dengan mendiferensialkan kedua sisi,
dcA = -dcB (8)
mensubstitusi persamaan (8) ke (6) diperoleh :
J*AZ = -DAB
dc A
dz = -J*B = - (-) DAB
dc A
dz (9)
Mensubstitusi persamaan (8) ke (9) didapat,
DAB = DBA (10)
Persamaan tersebut menunjukkan pada campuran biner gas A dan gas B koefisien
difusi DAB untuk A berdifusi melalui B akan sama dengan DBA, koefisien difusi B
melalui A.
Kasus khusus dimana molekul A berdifusi melalui bagian stagnan, molekul
B tidak berdifusi
Peristiwa berdifusinya molekul A melalui molekul B yang tidak berdifusi
sering terjadi. Pada keadaan ini terdapat daerah batas yang tidak memungkinkan
molekul B berdifusi ke dalam daerah yang lebih banyak molekul B.
Sebagai contoh adalah berdifusinya aseton (A) yang terdapat pada bagian
bawah pipa kapiler menuju bagian atas dimana terdapat molekul udara (B) yang
mengalir pada bagian atas. Dapat diilustrasikan pada gambar 3.
|
Page 7
Gambar 1.3. difusi komponen A melalui komponen B yang tidak bergerak : (a) difusi aseton ke
udara, (b) ammonia diabsorb oleh air.
Molekul udara (B) tidak dapat berdifusi ke daerah yang mayoritas aseton,
hal ini disebabkan oleh karena adanya daerah batas 1 dimana udara tidak dapat
larut dalam aseton. Pada titik 2 tekanan parsial pA= 0, karena tidak sebanding
dengan volume udara yang melalui titik tersebut.
Contoh lainnya adalah seperti ditunjukkan pada gambar dimana terjadi
absorbsi uap NH3 (A) yang berada dalam udara menuju air. Permukaan air bersifat
imepermebel terhadap uadara (B), karena udara hanya sedikit larut dalam air.
Karena komponen B tidak dapat berdifusi, maka NB = 0.
Untuk menurunkan persamaan difusi komponen A melalui komponen B
yang tidak dapat berdifusi dapat disubstitusi dengan persamaan umum :
NA = -cDAB
dx A
dz +
c A
c (NA + NB), untuk NB = 0, maka :
NA = -cDAB
dx A
dz +
c A
c (NA + 0) (11)
Karena tekanan total p adalah konstan, dengan mensubstitusi persamaan c=P/RT,
pA=xAP, cA/c=pA/P ke persamaan (11) diperoleh :
NA =
DAB
RT
dp A
d z +
P A
P NA (12)
Dengan menyusun ulang persamaan tersebut untuk kemudian diintegrasikan :
|
Page 8
NA = (1−
PA
P ) = -
DAB
RT
dp A
d z (13)
NA ∫z1
z2
dz=
DAB
RT∫PA 2
P A 1 dPA
1−p A / P(14)
NA =
DAB P
RT ( z2−z1 )ln
P−PA 2
P−PA 1 (15)
Persamaan (15) merupakan persamaan akhir yang dapat digunakan untuk
menghitung flux A. karena P = pA1 + pB2 = pA2 + pB2, maka pB1 = P – pA1 dan pB2 = P
– pA2. Persamaan tersebut juga sering dituliskan dalam bentuk lain, nilai log mean
inert B dapat didefinisikan sebagai berikut :
PBM =
PB 2−PB 1
ln (PB 2 /PB 1)=
PA 2−PA 1
ln [( P−PA 2 )/( P−P A 1 )] (16)
Dengan mensubstitusikan dengan persamaan sebelumnya diperoleh :
NA =
DAB P
RT ( z2−z1 )PBM
( PA 1−PA 2 )(17)
Koefisien Difusi Gas
Salah satu metode penentuan koefisien difusi gas adalah dengan
menggunakan tabung kapiler yang diisi dengan cairan A murni dengan di atas
bibir tabung dialirkan gas B horizontal. Laju transfer massa diberikan oleh
persamaan :
NA =
DAB PT ( PA 1−PA 2 )RTLPBM (18)
Akibat penguapan maka cairan dalam tabung akan berkurang. Laju
pengurangan cairan dalam tabung adalah sama dengan flux NA dikalikan dengan
luas area penampang tabung,
NAA =
ρA
BM A
AdLdt (19)
|
Page 9
Gabungan persamaan (18) dan (19) menghasilkan :
ρA
BM A
Mdt =
DAB PT
R . T . L. PBM
(P A 1−P A 2 )(20)
Dengan mengintegrasikan diperoleh :
ρA
BM A∫L0
L
LdL =
DAB PT
R . T . L. PBM
PBM
( PA 1−PA 2)∫to
t
dt(21)
L2 – L02 =
2 BM A D AB PT ( PA 1−PA 2 )ρA R . T . PBM
t(22)
Karena gas B terus mengalir, maka konsentrasi gas A di bibir tabung selalu sama
dengan nol atau pA2 = 0.
Plot antara L2-L02 terhadap t akan memberikan slope S.
S =
2 BM A D AB PT ( PA 1 )ρA R . T . PBM (23)
DAB =
ρA R . T . PBM 2BM A D AB PT (P A 1 )2 BM A DAB p (24)
Dimana, ρ A = densitas cairan A
PBM =
PB 2−PB 1
ln (PB 2 /PB 1)
PA1 = tekanan uap cairan A pada keadaan 1
DAB = koefisien difusi A dalam B
BMA = berat molokul A
P1 = tekanan total
T = temperature absolute
Persamaan gas ssecara semi empiris dapat dapat dituliskan melalui persamaan
fuller sebagai berikut :
|
Page 10
DAB =
1. 00 x10−7 T1 .75 .(1/ M A+1/ M B)0 .5
P[ (∑ v A )1
3+(∑ vB )1
3]2
(25)
Tabel 1.1. Difusifitas untuk berbagai jenis gas
SistemTemperatur Difusifitas
0C 0F (cm2/s)
Udara-NH3 0 273 0.198
Udara-H20
0 273 0.220
25 298 0.260
42 315 0.288
Udara-CO2
3 276 0.142
44 317 0.177
Udara-H2 0 273 0.611
Udara-C2H5OH 25 298 0.135
Udara-n-heksana 21 294 0.080
Udara-benzene 25 298 0.0962
Udara-toluena 25.9 298.9 0.086
Udara-n-butanol0 273 0.0703
25.9 298.9 0.087
H2-CH4 25 298 0.726
H2-N2
25 298 0.784
85 358 1.052
H2-benzena 38.1 311.1 0.404
1.2.2 Difusi Molekular pada Cairan
Difusi yang terjadi pada suatu larutan sangat penting dalam proses
industri, khususnya pada proses separasi misalnya ekstraksi cair-cair, absorpsi gas |
Page 11
dan distilasi. Difusi cairan juga terjadi di alam misalnya berdifusinya garam pada
air laut.
Laju difusi molekular untuk cairan lebih kecil apabila dibandingkan
terhadap laju difusi molekul gas. Hal ini disebabkan jarak antara molekul dalam
fasa liquid lebih rapat apabila dibandingkan dalam fasa gas. Umumnya koefisien
difusi untuk gas lebih besar hingga 105 kali koefisien difusi cairan. Namun flux
pada gas tidak berbeda jauh dari flux dalam liquid yaitu 100 kali lebih cepat, hal
itu disebabkan karena konsentrasi liquid lebih besar daripada konsentrasi dalam
fasa gas.
Persamaan difusi untuk cairan
Jarak molekul dalam cairan lebih rapat daripada dalam fasa gas, maka
densitas dan hambatan difusi pada cairan akan lebih besar. Hal ini juga
menyebabkan gaya interaksi antar molekul sangat penting dalam difusi cairan.
Perbedaan antara difusi cairan dan difusi gas adalah bahwa pada difusi cairan
difusifitas sering bergantung pada konsentrasi daripada komponen yang berdifusi.
Equimolar counterdiffusion, dimulai dengan persamaan umum fick kita
dapat mensubstitusi untuk NA = NB pada keadaan steady state,
N A=D AB(C A 1−C A 2 )
z2−z1
=D AB C AV ( x A 1−c A 2 )
z2−z1 (26)
Dimana, NA adalah flux komponen A dalam kgmol.A/s.m2, DAB adalah
difusifitas A melalui B dalam m2/s, cA1 merupakan konsentrasi komponen A
dalam kgmol/m3 pada keadaan 1, dan xA1 fraksi mol komponen A dalam keadaan
1, dan cAV disefinisikan sebagai :
CAV = ( ρ
M )av=
( ρ1
M 1
+ρ2
M 2)
2 (27)
Dimana cAV merupakan konsentrasi rata-rata total dari A+B dalam
kgmol/m3, M1 merupakan berat molekul rata-rata larutan pada keadaan 1 dalam kg
masssa/ kgmol, dan ρ1 merupakan densitas rata-rata pada keadaan 1.
Koefisien Difusi Cairan |
Page 12
Pada penentuan koefisien difusi cairan digunakan sel difusi. Sel difusi
tersebut terdiri atas N pipa kapiler yang panjangnya 5 mm dan diameternya 1 mm.
Untuk satu pipa kapiler proses difusi dapat digambarkan pada alat :
Gambar 1.4. Percobaan difusi cairan
Transfer nilai difusi :
JA = −D
dc A
dL=
c A 1−c A 2
L (28)
Jumlah mol yang telah berdifusi selama selang waktu dt melalui N pipa kapiler
adalah:
VtangkiX.dcA =
−D . π .d2
4 [ c A 1−c A 2
L ]∑ dt . N(29)
Vtangki
dc A
dt =
−π . d2
4 [ c A 1−c A 2
L ]N(30)
Jika k = CM.CA, dan dianggap CA2<<CA1 maka:
D =
4 . V tan gki L
π . d2 .C M . C A
dkdt
(31)
Keterangan :
Vtangki = volume tangki
L = panjang pipa kapiler
N = jumlah pipa kapiler
D = diameter pipa kapiler
CA = konsentrasi/molaritas A
CM = perubahan konduktifitas per mol
K = konduktifitas dan tangki
|
Page 13
Tabel 1.2. Koefisien Difusi Cairan (Geankopolis)
Solute SolventTemperatur Difusifitas
(Cm2/S)0C 0FNH3 Air 12 285 1.64
15 288 1.77O2 Air 18 291 1.98
25 298 2.41CO2 Air 25 298 2H2 Air 25 298 4.8
Metil Alkohol Air 15 288 1.26
Etil AlkoholAir 10 283 0.84
25 298 1.24
Acetic AcidAir
9.7 282.7 0.76925 298 1.26
Benzena 25 298 2.09Urea Etanol 12 285 0.54Air Etanol 25 298 1.13
KCLAir 25 298 1.87
Etilen Glikol
25 298 0.119
|
Page 14
BAB II
PROSEDUR PERCOBAAN
2.1. Prosedur Percobaan
2.1.1.Koefisien Difusi Gas
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu:
Pipa kapiler berbentuk T berfungsi sebagai tempat aseton dan wadah proses
difusi.
Water bath dengan heater digunakan untuk menaikkan temperatur dari
aseton saat pipa dicelupkan.
Thermometer digunakan untuk mengukur temperatur water bath.
Thermostat digunakan untuk menjaga agar temperatur water bath agar
tetap.
Pompa digunakan untuk mengalirkan udara secara horisontal pada pipa
kapiler.
Alat ukur digunakan untuk mengukur perubahan ketinggian dari aseton.
Aseton digunakan sebagai zat yang berdifusi.
|
Mengisi kapiler n 35 mm dengan cairan aseton murni.
Merendam tabung kapiler dalam wadah waterbath, dan memasang termometernya pada waterbath.
Mengatur jarak mikroskop dengan tangki (20-30 mm) dan mengatur lensa agar miniskus terlihat terbalik.
Mengatur sliding vernier scale pada skala tertentu.
Menyalakan pompa udara, kemudian mencatat level. cairan.
Menyalakan temperatur kontroler dan mengatur pada temperatur 50 0C, lalu menunggu hingga temperatur mencapai steady state.
Mencatat waktu (t) dan level cairan setiap interval waktu 4 menit.
Mengulangi percobaan untuk suhu aseton 60 0C.
Page 15
2.1.2.Koefisien Difusi Cair
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu:
Sel difusi
Berfungsi sebagai tampat larutan KCl dimana terdapat membran
semipermeabel pada salah satu ujungnya untuk melewatkan larutan KCl
tersebut.
Water bath
Berfungsi sebagai tempat deionizad water.
Konduktometer
Digunakan untuk mengukur konduktansi dari larutan selama percobaan.
|
Mengisi sel difusi dengan larutan KCl 1 M.
Membersihkan cairan yang berlebih pada luar sel difusi.
Menempatkan sel difusi ke dalam tangki, lalu atur kedudukan sel horizontal sedikit di bawah garis tangki.
Mengisi tangki dengan aquades.
Memasang konduktometer.
Menyalakan pengaduk dengan kecepatan sedang agar konsentrasi merata.
Mencatat konduktivitas setiap interval 3 menit dalam waktu 60 menit.
Mengulangi untuk konsentrasi KCl 2M.
Page 16
Pengaduk
Digunakan untuk mengaduk deionized water sehingga ion-ion K+ dan Cl- akan
teraduk dan terdispersi sempurna.
Larutan KCL
Digunakan sebagai zat yang terionkan yang selanjutnya akan berdifusi.
|
Page 17
BAB III
PENGOLAHAN DATA
3.1. Data Percobaan
3.1.1.Koefisien Difusi Gas
Variasi Temperatur 50 C
Waktu (menit) L (mm) H (mm)
0 60 03 60.2 0.26 60.3 0.19 60.3 012 60.4 0.115 60.5 0.118 60.6 0.121 60.6 024 60.7 0.127 60.8 0.130 60.9 0.1
Variasi Temperatur 60 C
Waktu (menit) H (mm)delta H (mm)
0 60 03 60.6 0.66 60.7 0.19 60.9 0.212 61 0.115 61.2 0.218 61.3 0.121 61.5 0.224 61.6 0.127 61.7 0.130 61.7 0
|
Page 18
Pengolahan Data
Diketahui:
Senyawa Berat Molekul (M), g/mol Massa Jenis (), g/cm3
Aseton (A) 58,08 0,791
Udara (B) 29 1,2943 x 10-3
Dikethaui parameter yang lain :
Konstanta R = 82,06 cm3 atm/mol K
Titik didih Aseton pada1 atm = 56,5ºC
L0 = 60 mm
A. Pengolahan Data untuk T = 50ºC
Tabel 1. L2-L02 terhadap Waktu
Waktu (menit) L (mm) H (mm) L2-L02
0 60 0 03 60.2 0.2 24.046 60.3 0.1 36.099 60.3 0 36.0912 60.4 0.1 48.1615 60.5 0.1 60.2518 60.6 0.1 72.3621 60.6 0 72.3624 60.7 0.1 84.4927 60.8 0.1 96.6430 60.9 0.1 108.81
L angkah Perhitungannya :
a. Mengitung tekanan uap aseton (PA1)
Untuk menghitung tekanan uap aseton pada suhu 50ºC, digunakan persamaan
Antoine, sebagai berikut:
log Psat=A− BT +C
dengan Psat dalam torr dan T dalam ºC
|
Page 19
Berdasarkan Perry’s Chemical Handbook table 13-4, p.13-21, nilai koefisien A,
B, dan C dari persamaan Antoine untuk aseton adalah:
A = 7,11714
B = 1210,595
C = 229,664
Maka, tekanan uap pada suhu 50ºC dapat dihitung dengan persamaan Antoine,
yaitu:
log P sat=A−BT+C
log PA 1=7 , 11714−1210 ,59550+229 ,664
PA 1=614 ,3161 torr PA 1=0,8083 atm
b. Menghitung tekanan uap aseton standar (PA1*) dan PBM
Temperatur standar T = 25ºC
log P sat=A−BT+C
log PA 1°=7 ,11714−1210 ,59525+229 , 664
PA 1°=230 , 9112torr PA 1°=0,3038 atm
Perhitungan PT:
PA 1°
1 atm=
PA 1
PT
PT=P A 1
P A 1°×1 atm=0 ,8083
0 ,3038×1 atm=2 ,6606 atm
Perhitungan PB1:
PB1=PT−PA 1=(2 ,6606−0 , 8083 ) atm=1,8523 atm
PB 2=PT=2,6606 atm
Perhitungan PBM:
PBM=PB 2−PB1
lnPB 2
PB1
=2 ,6606−1 ,8523
ln2, 66061, 8523
=2, 2321 atm
|
Page 20
c. Menghitung DAB percobaan
L2−Lo
2=2. BM A . DAB .PT ( PA 1−PA 2 )
ρA . R .T .PBM
t
y = b x ± a
Dengan memplot grafik antara L2−L
o2 (sumbu y) dan t (sumbu x), akan
diperoleh grafik perubahan tinggi cairan aseton pada tabung kapiler terhadap waktu
seperti pada gambar di bawah ini:
0 5 10 15 20 25 30 350
20
40
60
80
100
120
f(x) = 3.26178787878788 x + 9.19045454545451R² = 0.978167446575542
Grafik Variasi Temperatur 50oC
Gambar 2. Grafik L2-L02 vs t untuk aseton pada suhu 50 0C
Dari grafik di atas didapat persamaan y = 3.2618x+9.1906, maka DAB hasil
percobaan adalah:
2. BM A . DAB . PT (P A 1−P A 2 )ρ A . R .T . PBM
=3. 2618 mm2 /menit
|
Page 21
DAB=6 . 4585mm2 /menit× ρA×R×T×PBM
2×BM A×PT×(PA 1−PA 2)
=6 . 4585 mm2 /menit × 0 ,791 g/cm3×82 , 06 cm3 atm/mol . K×323 ,15 K×2 ,2321atm2×58 ,08 g/mol×2 ,6606atm×(0 ,8083−0)atm
=611.331 mm2 /menit=0. 1018 cm2 /s
d. Menghitung DAB literatur dengan persamaan Fuller-Schletter-Giddings
MA = 58,08 g/mol
MB = 29 g/mol
T = 50ºC = 323,15 K
vA = 66,86 cm3/mol
vB = 20,1 cm3/mol
ρD AB=
10−3 T 1, 75 [ (M A+M B)(M A−M B )]
0,5
PT [v A1/3+vB1/3 ]2
DAB=
10−3 T 1, 75[ (M A+M B )( M A−M B ) ]
0,5
ρ . PT [v A1/3+v
B1/3 ]2
DAB=10−3 (323 ,15 )1, 75 [ (58 ,08+29 )
(58 , 08−29 )]0,5
0 ,791 g/cm3 2 ,6606 atm1atm
[66 , 861 /3+20 , 11/3 ]2
DAB=0 , 4409 cm2 /s
e. Perhitungan kesalahan literatur
% kesalahan literatur=|DAB
percobaan−DAB
literatur
DABliteratur
|×100 %
=|0 , 1018−0 , 44090 , 4409
|×100 %
=76 .89 %
B. Pengolahan Data untuk T = 6 0ºC
|
Page 22
Tabel 4. L2-L02 terhadap Waktu
Waktu (menit) H (mm)delta H (mm)
L2-L02
0 60 0 03 60.6 0.6 72.366 60.7 0.1 84.499 60.9 0.2 108.8112 61 0.1 12115 61.2 0.2 145.4418 61.3 0.1 157.6921 61.5 0.2 182.2524 61.6 0.1 194.5627 61.7 0.1 206.8930 61.7 0 206.89
Langkah Perhitungannya:
a. Mengitung tekanan uap aseton (PA1)
Untuk menghitung tekanan uap aseton pada suhu 60ºC, digunakan persamaan
Antoine, sebagai berikut:
log P sat=A− BT +C
dengan Psat dalam torr dan T dalam ºC
Berdasarkan Perry’s Chemical Handbook table 13-4, p.13-21, nilai koefisien A,
B, dan C dari persamaan Antoine untuk aseton adalah:
A = 7,11714
B = 1210,595
C = 229,664
Maka, tekanan uap pada suhu 60ºC dapat dihitung dengan persamaan Antoine,
yaitu:
log P sat=A−BT+C
log PA 1=7 , 11714−1210 ,59560+229 ,664
PA 1=866 ,6271 torr PA 1=1,1403 atm
|
Page 23
b. Menghitung tekanan uap aseton standar (PA1*) dan PBM
Temperatur standar T = 25ºC
log P sat=A−BT+C
log PA 1°=7 ,11714−1210 ,59525+229 , 664
PA 1°=230 , 9112torr PA 1°=0,3038 atm
Perhitungan PT:
PA 1°
1 atm=
PA 1
PT
PT=P A 1
P A 1°×1 atm=1 ,1403
0 ,3038×1 atm=3 ,7535 atm
Perhitungan PB1:
PB1=PT−PA 1=(3 ,7535−1 ,1403 )atm=2 , 6132atm
PB 2=PT=3,7535 atm
Perhitungan PBM:
PBM=PB 2−PB1
lnPB 2
PB1
=3 ,7535−2 ,6132
ln3 ,75352 ,6132
=3 , 1490 atm
c. Menghitung DAB percobaan
L2−Lo
2=2. BM A . DAB . PT ( PA 1−PA 2 )
ρA . R .T .PBM
t
y = b x ± a
Dengan memplot grafik antara L2−L
o2 (sumbu y) dan t (sumbu x), akan
diperoleh grafik perubahan tinggi cairan aseton pada tabung kapiler terhadap waktu
seperti pada gambar di bawah ini:
|
Page 24
0 5 10 15 20 25 30 350
50
100
150
200
250
f(x) = 6.32227272727272 x + 39.7459090909093R² = 0.935049492153476
Grafik Variasi Temperatur 60 C
Gambar 5 Grafik L2-L02 vs t untuk aseton pada suhu 60 0C
Dari grafik di atas didapat persamaan y =6.3223x+39.746, maka DAB hasil
percobaan adalah:
2.BM A . DAB .PT (P A 1−P A 2)ρ A . R .T .PBM
=6 .3223 mm2 /menit
DAB=6 . 3323mm2 /menit×ρA×R×T×PBM
2×BM A×PT×(PA 1−PA 2)
=6 .3323mm2 /menit × 0 , 791 g/cm3×82 , 06 cm3 atm/mol . K×333 ,15 K×3 , 1490atm2×58 ,08 g/mol×3 ,7535atm×(1 ,1403−0 )atm
=865 .933 mm2 /menit=0. 1443 cm2 /s
d. Menghitung DAB literatur dengan persamaan Fuller-Schletter-Giddings
MA = 58,08 g/mol
MB = 29 g/mol
T = 60ºC = 333,15 K
vA = 66,86 cm3/mol
vB = 20,1 cm3/mol
|
Page 25
ρD AB=
10−3 T 1, 75 [ (M A+M B)(M A−M B )]
0,5
PT [v A1/3+vB1/3 ]2
DAB=
10−3 T 1, 75[ (M A+M B )( M A−M B ) ]
0,5
ρ . PT [v A1/3+v
B1/3 ]2
DAB=10−3 (333 ,15 )1, 75 [ (58 ,08+29 )
(58 , 08−29 )]0,5
0 ,791 g/cm3 3 ,7535 atm1atm
[66 , 861/3+20 ,11 /3 ]2
DAB=0 ,3296 cm2 /s
e. Perhitungan kesalahan literatur
% kesalahan literatur=|DAB
percobaan−DAB
literatur
DABliteratur
|×100 %
=|0 .1443−0 , 32960 , 3296
|×100 %=56 . 21%
Grafik Perbandingan T=50 C dan T=60 C
0 5 10 15 20 25 30 350
50
100
150
200
250
f(x) = 6.32227272727272 x + 39.7459090909093R² = 0.935049492153476
f(x) = 3.26178787878788 x + 9.19045454545451R² = 0.978167446575542
Kurva Perbandingan Difusi Temperatur 50 C dan 60 C
Gambar 6. Grafik Perbandingan Perubahan Tinggi Cairan Aseton pada Tabung Kapiler
terhadap Waktu untuk T = 50ºC dan T = 60ºC
|
Page 26
3.1.2.Koefisien Difusi Cair
Percobaan dilakukan dengan variable terikat adalah heat skala 4 dan stir skala 4.
Variasi Konsentrasi KCl 1 M
Waktu (menit)Laju difusi
(miu s)
0 503 49.66 49.19 48.612 51.415 52.718 5321 53.824 5427 57.430 61.7
Variasi Konsentrasi KCl 2 M
Waktu (menit)
Laju difusi (miu s)
0 58.83 59.36 58.59 5812 57.715 57.218 56.821 56.224 55.627 54.630 53.3
Tabel 6. Konduktivitas KCL 1M Terhadap Waktu
|
Page 27
Waktu (menit)Waktu (sekon)
L (miu s) L (s)
0 0 50 0.000053 180 49.6 0.00004966 360 49.1 0.00004919 540 48.6 0.000048612 720 51.4 0.000051415 900 52.7 0.000052718 1080 53 0.00005321 1260 53.8 0.000053824 1440 54 0.00005427 1620 57.4 0.000057430 1800 61.7 0.0000617
Tabel 7 Konduktivitas KCL 2M Terhadap Waktu
Waktu (menit) Waktu (sekon) L (miu s) L (s)0 0 58.8 0.00005883 180 59.3 0.00005936 360 58.5 0.00005859 540 58 0.00005812 720 57.7 0.000057715 900 57.2 0.000057218 1080 56.8 0.000056821 1260 56.2 0.000056224 1440 55.6 0.000055627 1620 54.6 0.000054630 1800 53.3 0.0000533
Diketahui variable yang berubuhan dalam percobaan difusi :
N = 120
V tangki = 900cm3
D = 0.1 cm
CA(KCl) = 1M = 1 x 10-3 mol/cm3
L = 0.5 cm CM = 0.41 mol/cm3
|
Page 28
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
0.00001
0.00002
0.00003
0.00004
0.00005
0.00006
0.00007
f(x) = 5.87878787878788E-09 x + 4.75545454545455E-05R² = 0.798745490131346
Grafik Hubungan Konduktivitas vs waktu pada variasi konsentrasi 1 M
Gambar 7. Grafik Konduktivitas KCl 1M terhadap Waktu
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000.00005
0.000051
0.000052
0.000053
0.000054
0.000055
0.000056
0.000057
0.000058
0.000059
0.00006
f(x) = − 3.0050505050505E-09 x + 5.96136363636364E-05R² = 0.938063063063063
Grafik Hubungan Konduktivitas vs waktu pada variasi konsentrasi 2 M
Gambar 8. Grafik Konduktivitas KCl 2M terhadap Waktu
|
Page 29
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
0.00001
0.00002
0.00003
0.00004
0.00005
0.00006
0.00007
f(x) = 5.87878787878788E-09 x + 4.75545454545455E-05R² = 0.798745490131346
Grafik Perbandingan konduktansi pada variasi konsentrasi 1 M dan 2M
Gambar 9. Grafik Perbandingan Konduktivitas KCl 1M dan 2M terhadap Waktu
1. Koefisien Difusi Cair KCL 1M
Mencari DAB Percobaan
y = 6E-09x + 5E-05
R² = 0.79875
Maka dapat ditarik dari persamaan garis bahwa:
dKdt = 6E-09 S/detik
Perhitungan memakai rumus sebagai berikut :
DAB percobaan =
4 xVxLxdKdt
πxd2 xNxCM xC A
=4 x900 cm3 x 0. 5cm x 6 E−09
Sdet ik
π x (0 .1 cm)2 x120 x 10−3 mol
cm3x 0 . 41
mol
cm3
DABpercobaan = 0.003495417 cm2/detik
Menentukan DAB dengan literatur (persamaan Wilke-Chang)
DAB literatur =
7 .4 x 10-8 x (ΘM b )0 .5 T
nb va
0. 6
Dimana : Ө = faktor asosiasi = 2.6 untuk air
Mb = berat molekul air
nb = viskositas air = 0.01 gr/cm.detik
|
Page 30
Va = volum molar KCl = 1x10-3 mol/cm3
DAB literatur =
7 .4 x 10-8 x (2 .6 x18gr/mol )0. 5 x298 .150 K
0 .01 gr /cm . det ik (1x 10−3cm3 /det ik )0 .6
= 0.9523344 cm2/detik
Menentukan % kesalahan literatur
% kesalahan literatur =|
DAB percobaan−DAB literatur
DAB literatur| x 100%
=|0 .003495417-0. 9523344
0 .9523344|x 100%
= 99.63 %
2. Koefisien Difusi Cair KCL 2M
Mencari DAB Percobaan
y = -3E-09x + 6E-05
R² = 0.93806
Maka disimpulkan dari persamaan garis bahwa:
dKdt = -3E-09 S/detik
DAB percobaan =
4 xVxLxdKdt
πxd2 xNxCM xC A
=4 x900 cm3 x 0.5cm x3 E−09
Sdet ik
π x (0 .1cm)2 x120 x 2x 10−3 mol
cm3x 0 .41
mol
cm3
DABpercobaan = 0.001747709 cm2/detik
Menentukan DAB dengan literatur (persamaan Wilke-Chang)
DAB literatur =
7 .4 x 10-8 x (ΘM b )0 .5 T
nb va
0. 6
Dimana : Ө = faktor asosiasi = 2.6 untuk air
Mb = berat molekul air
nb = viskositas air = 0.01 gr/cm.detik
Va = volum molar KCl = 2 x 10-3 mol/cm3
DAB literatur =
7 .4 x 10-8 x (2 . 6 x18 gr/mol )0. 5 x298 .150 K
0 .01 gr /cm . det ik (2x 10−3cm3 /det ik )0 . 6
= 0.6283063 cm2/detik
|
Page 31
Menentukan % kesalahan literatur
% kesalahan literatur =|
DAB percobaan−DAB literatur
DAB literatur| x 100%
=|0 .0017147-0 . 6283063
0 .6283063|x 100%
= 99.721 %
|
Page 32
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1. Difusi Gas
4.1.1.Analisa Percobaan
4.1.2.Analisa Hasil
4.1.3.Analisa Kesalahan
4.2. Difusi Cair
4.2.1.Analisa Percobaan
Pada awal praktikum, praktikan membuat terlebih dahulu larutan KCl 1 M
sebanyak 50 ml. Dari hasil perhitungan untuk membuat membuat larutan tersebut
dibutuhkan 7,48 gr padatan KCl. Setelah itu praktikan membuat larutan KCl 2 M
sebanyak 50 ml. Dari hasil perhitungan, padatan KCl yang diperlukan adalah 14,86
gr. Pada percobaan larutan KCl karena larutan KCl merupakan larutan elektrolit kuat
yang terionisasi sempurna di dalam air sehingga larutan ini mudah terionkan menjadi
ion K+ dan Cl- dalam kali ini digunakan deionized water.
Kemudian praktikum difusi dimulai dengan memasukkan larutan KCl ke dalam
sel difusi yang salah satu ujungnya terdapat lapisan yang semipermeabel. Lapisan
inilah yang kemudian akan menjadi tempat terdifusinya larutan KCl ke dalam
deionized water. Difusi dapat terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi di antara
kedua cairan. Karena konsentrasi laruan KCl lebih tinggi daripada deionized water
maka larutan KCl yang terdifusi ke dalam deionized water.
Saat sel difusi diletakkan ke dalam water bath, praktikan mengusahakan agar
tidak ada gelembung udara dalam sel, larutan KCl tidak berada di atas lapisan
semipermeabel, dan lapisan semipermeabel tidak diletakkan terlalu jauh di bawah
|
Page 33
deionized water. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya proses difusi yang
terlalu cepat. Diperlukan peristiwa difusi yang perlahan agar peristiwa difusi dapat
diamatai dengan cermat dan saksama. Peristiwa difusi yang terlalu cepat akan
menyulitkan praktikan dalam melakukan pengamatan dan kesetimbangan akan lebih
cepat terjadi sehingga peristiwa difusi akan terhenti karena tidak terdapat lagi
perbedaan konsentrasi antara kedua cairan.
Water bath diisi dengan deionized water, lalu sel difusi yang berisi larutan KCl
ditaruh di dalamnya. Dengan segera menghubungkan konduktometer dengan
deionized water sehingga dapat diketahui nilai konduktansi awal (pada menit ke-0).
Selanjutnya nilai konduktansi dari deionized water dicatat setiap 3 menit sekali
hingga diperoleh 20 data pengamatan. Keseluruhan percobaan ini kemudian diulangi
untuk larutan KCl 2 M.
Nilai konduktansi dari deionized water digunakan sebagai acuan untuk
mengamati fenomena difusi cair-cair antara larutan KCl dengan deionized water.
Perubahan nilai konduktansi menunjukkan terjadinya perubahan konsentrasi ion di
dalam deionized water. Semakin tinggi nilai konduktansi, maka semakin tinggi
konsentrasi ion dalam deionized water, semakin tinggi nilai konduktansi maka
semakin banyak larutan KCl yang telah terdifusi ke dalam deionized water. Sehingga,
semakin banyak larutan KCl yang terdifusi, nilai konduktansi akan semakin besar.
Selama pencatatan waktu konduktansi, deionized water akan diaduk dengan
menggunakan stirrer yang berada di dasar water bath. Pengadukan ini dilakukan agar
ion-ion K+ dan Cl- dalam deionized water dapat terdispersi secara merata. Proses
dispersi yang merata ini penting karena konduktometer hanya mengukur nilai
konduktansi deionized water di satu titik bagian dari deionized water saja. Oleh
karena itu, diusahakan agar konsentrasi ion di setiap bagian deionized water hampir
sama. Pengaduk magnetik, stirrer, ini digerakkan hingga kecepetan 4, di mana pada
kecepatan tersebut cairan belum turbulen.
Digunakan dua jenis konsentrasi larutan KCl dalam percobaan ini agar dapat
mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap laju difusi. Teorinya semakin tinggi
perbedaan konsentrasi antara dua cairan, maka laju difusi yang terjadi juga semakin
cepat, sehingga secara otomatis maka nilai konduktansinya juga akan semakin tinggi.
4.2.2.Analisa Hasil
|
Page 34
Pada percobaan difusi cairan ini, data yang diambil adalah nilai konduktivitas
cairan larutan KCl 1 M dan larutan KCl 2 M untuk interval waktu 3 menit. Dari hasil
pengamatan terhadap percobaan yagn dilakukan didapatkan pada pengamatan cairan
KCL 1 M nilai L semakin besar seiring dengan bertambahnya waktu walaupun
terdapat nilai yang menunjukan penuruanan. Sedangkan pada pengamatan cairan KCl
2 M nilai L semakin kecil seiring dengan bertambahnya waktu. Hal yang seharusnya
terjadi adalah nilai L semakin meningkat dengan seiring bertambahnya waktu. Hal
tersebut terjadi karena konsentrasi KCl dalam deionized water semakin meningkat.
Peningkatan konsentrasi KCl seiring dengan peningkatan konduktivitas larutan
deionized water terjadi karena semakin banyak ion K+ dan Cl- yang terionisasi ke
dalam deionized water ; semakin tinggi perbedaan konsentrasi kedua cairan, maka
difusi cair yang terjadi akan semakin cepat ; sehingga jumlah ion K+ dan Cl- dalam
deionized water akan meningkat dan diikuti dengan kenaikan nilai konduktivitas.
Fenomena tersebut dapat dilihat lebih jelas pada grafik data yang telah dibuat sebagai
berikut :
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000.000047
0.000049
0.000051
0.000053
0.000055
0.000057
0.000059
0.000061
0.000063
Konduktivitas vs Waktu
1MLinear (1M)Linear (1M)2MLinear (2M)
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Konduktivitas KCl 1M dan 2M terhadap Waktu
Untuk kesalahan yang terjadi pada pengamatan cairan KCl 2 M akan dibahas
pada analisa kesalahan. Kemudian, pada percobaan ini, pengolahan data yang
dilakukan adalah untuk menghitung nilai koefisien difusi cairan (DAB). Perhitungan
tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut:
|
Page 35
DAB=
4×V×L×dKdt
π×d2×N×C M×C A
dimana
dKdt adalah perubahan konduktivitas terhadap waktu.
dKdt tersebut merupakan slope atau gradien pada persamaan garis yang diperoleh
dari plot data percobaan dalam bentuk grafik konduktivitas terhadap waktu.
Setelah itu menghitung nilai koefiseien difusi cairan literatur. Koefisien difusi
cairan literatur tersebut dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan Wilke-
Chang:
DAB=7. 4×10−8 (θM b )0 .5 T
nbVa0. 6
Dari hasil koefisien difusi cairan dan koefisien difusi cairan literatur dapat
dihitung presentase kesalahan literatur.
Berdasarkan pengolahan data yang telah dilakukan, diperoleh hasil seperti yang
ditabelkan di bawah ini:
KCL 1 M KCL 2 M
DAB percobaan = 0,003495417 cm2/detik
DAB percobaan = 0,001747709 cm2/detik
DAB literatur = 0.9523344cm2/detik
DAB literature = 0.6283063 cm2/detik
Persamaan garisy = 6E-09x + 5E-05, dengan
R² = 0.79875
Persamaan garisy = -3E-09x + 6E-05, dengan
R² = 0.93806Kesalahan literatur =
99,632963 %Kesalahan literatur =
99,72183813%
Dari hasil percobaan di atas, terlihat bahwa koefisien difusi pada larutan KCl 1
M lebih besar dibandingkan dengan KCl 2 M. Hal ini tidak sesuai dengan teori yang
menyatakan bahwa semakin besar konsentrasi maka koefisien difusi semakin besar
karena koefisien difusi menunjukkan kemampuan difusi suatu zat. Sehingga semakin |
Page 36
besar konsentrasi maka semakin banyak ion K+ dan Cl- yang terionisasi dan terdifusi
ke dalam air. Kesalahan yang terjadi ini akan dianalisa pada analisa kesalahan.
4.2.3.Analisa Kesalahan
1. Selisih ketinggian permukaan membran permeabel dengan larutan KCL dalam
wadah tidak pas 5 mm dan (atau) berbeda antara percobaan menggunakan KCL
1 M dan 2 M.
2. Proses difusi dalam sel tidak berjalan dengan optimal karena permukaan
membran semipermeabel tidak terendam secara sempurna dan terkadang
tenggelam karena terendam terlalu dalam
3. Stirrer tidak mencampur konsentrasi larutan KCl secara merata karena stirrer
hanya berputar di dasar tabung dan kecepata stirrer tidak selalu konstan.
4. Terdapat pengotor dalam sel difusi atau di wadah deionized water hal ini dapat
berpengaruh terhadap nilai konduktivitas.
|
Page 37
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan Percobaan
1. Koefisien difusi gas-cair pada suhu 50 oC adalah 0,1018 cm2/detik dengan
kesalahan relatifnya sebesar 76,89%. Sedangkan koefisien difusi gas-cair pada
suhu 60 oC adalah 0,1443 cm2/detik dengan kesalahan relatifnya sebesar
56,21%.
2. Laju difusi padda koefisien difusi gas-cair akan semakin besar dengan semakin
besarnya suhu yang diberikan.
3. Semakin lama waktu yang dibutuhkan maka akan semakin pendek ketinggian
aseton di dalam pipa kapiler akibat difusi ke udara.
4. Dari pengolahan data percobaan koefisien difusi cair-cair, diperoleh:
KCl 1 M KCl 2 M
DAB percobaan = 0,003495417 cm2/detik
DAB percobaan = 0,001747709 cm2/detik
DAB literatur = 0.9523344cm2/detik DAB literature = 0.6283063 cm2/detik
Persamaan garisy = 6E-09x + 5E-05, dengan
R² = 0.79875
Persamaan garisy = -3E-09x + 6E-05, dengan
R² = 0.93806
Kesalahan literatur = 99,632963 % Kesalahan literatur = 99,72183813%
5.2. Saran
Diharapkan praktikum selanjut agar lebih hari-hati dalam mengukur selisih
ketinggian permukaan membrane permeable dengan KCL pada wadah saat praktikum
agar proses difusi terjadi dengan sempurna.
|
Page 38
DAFTAR PUSTAKA
Geankoplis, Christie J. 1993. Transport Processes and Unit Operations (3rd Edition).
New York.
Buku Modul Praktikum Proses dan Operasi Teknik 2.
|