Teori Dasar Difusi

(1)

TEORI DASAR & PROSEDUR PERCOBAAN TEORI DASAR & PROSEDUR PERCOBAAN

SHINTA LEONITA (0906635772) SHINTA LEONITA (0906635772) BAB I BAB I PENDAHULUAN PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang I.1 Latar Belakang

Difusi adalah peristiwa mengalirnya atau berpindahnya suatu

Difusi adalah peristiwa mengalirnya atau berpindahnya suatu zatzat dalam pelarut daridalam pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Perbedaan konsentrasi bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan

yang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi. Difusi merupakan salah satu disebut gradien konsentrasi. Difusi merupakan salah satu peristiwaperistiwa perpindahan massa yang prosesnya sering juga dilakukan dalam industri-industri. Proses perpindahan massa yang prosesnya sering juga dilakukan dalam industri-industri. Proses difusi minimal melibatkan dua zat, salah satu zat berkonsentrasi lebih tinggi daripada zat difusi minimal melibatkan dua zat, salah satu zat berkonsentrasi lebih tinggi daripada zat lainnya atau dapat dikatakan dalam kondisi belum setimbang, Keadaan ini dapat menjadi lainnya atau dapat dikatakan dalam kondisi belum setimbang, Keadaan ini dapat menjadi driving force dari proses difusi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas driving force dari proses difusi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas secara merata atau mencapai keadaan

secara merata atau mencapai keadaan kesetimbangankesetimbangan dimana perpindahan molekul tetapdimana perpindahan molekul tetap terjadi walaupun tidak ada

terjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentraperbedaan konsentrasi. Contoh si. Contoh yang sederhana adalahyang sederhana adalah uap airuap air daridari cerek yang berdifusi dalam

cerek yang berdifusi dalam udara.udara. Lambat laun cairan menjadi manis. Contoh lainLambat laun cairan menjadi manis. Contoh lain adalah pemberian

adalah pemberian gulagula pada cairan teh tawar. Difusi yang paling sering terjadi adalah difusipada cairan teh tawar. Difusi yang paling sering terjadi adalah difusi molekuler. Difusi ini terjadi jika terbentuk perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekul molekuler. Difusi ini terjadi jika terbentuk perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekul yang diam dari solid atau fluida.

yang diam dari solid atau fluida.

Pada percobaan ini, yang diteliti ialah proses difusi gas cair dan proses difusi Pada percobaan ini, yang diteliti ialah proses difusi gas cair dan proses difusi cair-cair. Pada percobaan ini digunakan cairan aseton dengan variasi temperature untuk cair. Pada percobaan ini digunakan cairan aseton dengan variasi temperature untuk mengetahui pengaruhny

mengetahui pengaruhnya terhadap proses difusi. a terhadap proses difusi. Untuk difusi gas Untuk difusi gas cair digunakan cairan yangcair digunakan cairan yang mudah menguap sehingga proses difusi mudah untuk dilihat. Pada difusi cair-cair digunakan mudah menguap sehingga proses difusi mudah untuk dilihat. Pada difusi cair-cair digunakan larutan yang mudah terurai ion-ionnya di dalam air sehingga proses difusi mudah untuk larutan yang mudah terurai ion-ionnya di dalam air sehingga proses difusi mudah untuk diamati. Pada percobaan ini dilakukan variasi konsentrasi untuk mengetahui pengaruhnya diamati. Pada percobaan ini dilakukan variasi konsentrasi untuk mengetahui pengaruhnya terhadap proses difusi. Variasi ini dilakukan agar diperoleh suatu perbandingan dari kedua terhadap proses difusi. Variasi ini dilakukan agar diperoleh suatu perbandingan dari kedua variasi tersebut serta pengaruhnya terhadap koefisien difusi.

variasi tersebut serta pengaruhnya terhadap koefisien difusi.

I.2 Tujuan I.2 Tujuan

Mahasiswa dapat menggunakan persamaan dasar perpindahan massa untuk diaplikasikan Mahasiswa dapat menggunakan persamaan dasar perpindahan massa untuk diaplikasikan pada pengukuran koefisien difusi.

(2)

BAB II BAB II TEORI TEORI II.1 Difusi II.1 Difusi

Proses difusi terjadi karena adanya perpindahan massa suatu zat dimana massa dapat Proses difusi terjadi karena adanya perpindahan massa suatu zat dimana massa dapat berpindah dari kondisi dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Perpindahan massa berpindah dari kondisi dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Perpindahan massa dapat terjadi dalam fasa gas maupun cair. Peristiwa difusi berakhir jika telah mencapai dapat terjadi dalam fasa gas maupun cair. Peristiwa difusi berakhir jika telah mencapai keadaan setimbang antara dua keadaan (pada keadaan sebelumnya terdapat perbedaan keadaan setimbang antara dua keadaan (pada keadaan sebelumnya terdapat perbedaan konsentrasi sehingga keadaan belum setimbang). Proses difusi dapat terus-menerus konsentrasi sehingga keadaan belum setimbang). Proses difusi dapat terus-menerus berlangsung jika perbedaan konsentrasi antara dua kondisi dipertahankan. Hal ini dapat berlangsung jika perbedaan konsentrasi antara dua kondisi dipertahankan. Hal ini dapat dilakukan dengan mengalirkan fluida yang merupakan tempat akan berdifusinya suatu dilakukan dengan mengalirkan fluida yang merupakan tempat akan berdifusinya suatu molekul secara terus menerus. Proses difusi akan berhenti jika kondisi dari dua fluida sudah molekul secara terus menerus. Proses difusi akan berhenti jika kondisi dari dua fluida sudah sama atau setimbang.

sama atau setimbang.

Difusi merupakan proses perpindahan atau pergerakan molekul zat atau gas dari Difusi merupakan proses perpindahan atau pergerakan molekul zat atau gas dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Difusi melalui membran dapat berlangsung melalui konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Difusi melalui membran dapat berlangsung melalui tiga

tiga mekanisme, mekanisme, yaitu yaitu difusi difusi sederhana sederhana ((simple difusionsimple difusion),difusi melalui saluran yang),difusi melalui saluran yang terbentuk

terbentuk oleh oleh protein protein trans trans membran membran ((simple difusion by chanel formed simple difusion by chanel formed ), ), dan dan difusidifusi difasilitasi (

difasilitasi ( fasiliated fasiliated difusiondifusion). ). Difusi Difusi melalui melalui membran membran berlangsung berlangsung karena karena molekul- molekul-molekul yang berpindah atau bergerak melalui membran bersifat larut dalam lemak (

molekul yang berpindah atau bergerak melalui membran bersifat larut dalam lemak (lipid lipid )) sehingga dapat menembus lipid bilayer pada membran secara langsung. Membran sel sehingga dapat menembus lipid bilayer pada membran secara langsung. Membran sel permeabel terhadap molekul larut lemak seperti hormon steroid, vitamin

permeabel terhadap molekul larut lemak seperti hormon steroid, vitamin A, D, E, dan K A, D, E, dan K sertaserta bahan-bahan organik yang larut dalam lemak, Selain itu, membran sel juga sangat permeabel bahan-bahan organik yang larut dalam lemak, Selain itu, membran sel juga sangat permeabel terhadap molekul anorganik seperti O, CO

terhadap molekul anorganik seperti O, CO22, OH, dan H, OH, dan H22O. Beberapa molekul kecil khususO. Beberapa molekul kecil khusus

yang terlarut dalam serta ion-ion tertentu, dapat menembus membran melalui. Saluran ini yang terlarut dalam serta ion-ion tertentu, dapat menembus membran melalui. Saluran ini terbentuk dari protein transmembran, semacam pori dengan diameter tertentu yang terbentuk dari protein transmembran, semacam pori dengan diameter tertentu yang memungkinkan molekul dengan diameter lebih kecil dari diameter pori tersebut dapat memungkinkan molekul dengan diameter lebih kecil dari diameter pori tersebut dapat melaluinya. Sementara itu, molekul

melaluinya. Sementara itu, molekul – – molekul berukuran besar seperti asam amino, glukosa,molekul berukuran besar seperti asam amino, glukosa, dan beberapa garam

dan beberapa garam – – garam mineral, tidak dapat menembus membrane secara langsung,garam mineral, tidak dapat menembus membrane secara langsung, tetapi memerlukan protein pembawa atau transporter untuk dapat menembus tetapi memerlukan protein pembawa atau transporter untuk dapat menembus membran.

membran. Proses masuknya molekul Proses masuknya molekul besar besar yang melibatkan tryang melibatkan transporter dinamakan difusiansporter dinamakan difusi difasilitasi, yaitu pelaluan zat melalui rnembran plasma yang melibatkan protein pembawa difasilitasi, yaitu pelaluan zat melalui rnembran plasma yang melibatkan protein pembawa atau protein transporter. Protein transporter tergolong protein transmembran yang memiliki atau protein transporter. Protein transporter tergolong protein transmembran yang memiliki

(3)

tempat perlekatan terhadap ion atau molekul yang akan ditransfer ke dalam sel. Setiap tempat perlekatan terhadap ion atau molekul yang akan ditransfer ke dalam sel. Setiap molekul atau ion memiliki protein transporter yang khusus, misalnya untuk pelaluan suatu molekul atau ion memiliki protein transporter yang khusus, misalnya untuk pelaluan suatu molekul glukosa diperlukan protein transporter yang khusus untuk mentransfer glukosa ke molekul glukosa diperlukan protein transporter yang khusus untuk mentransfer glukosa ke dalam sel. Protein transporter untuk glukosa banyak ditemukan pada sel-sel rangka, otot dalam sel. Protein transporter untuk glukosa banyak ditemukan pada sel-sel rangka, otot jantung, sel-sel lemak dan

jantung, sel-sel lemak dan sel-sel hati, sel-sel hati, karena selkarena sel – – sel tersebut selalu membutuhkan glukosasel tersebut selalu membutuhkan glukosa untuk diubah menjadi energi.

untuk diubah menjadi energi.

Walaupun penyebab difusi umumnya karena gradien konsentrasi,tetapi difusi dapat Walaupun penyebab difusi umumnya karena gradien konsentrasi,tetapi difusi dapat juga

juga terjadi terjadi karena karena gradien gradien tekanan, tekanan, karena karena gradien gradien suhu, suhu, atau atau karena karena medan medan gaya gaya yangyang diterapkan dari luar seperti pada pemisah sentrifugal. Difusi molekuler yang terjadi karena diterapkan dari luar seperti pada pemisah sentrifugal. Difusi molekuler yang terjadi karena gradien tekanan (bukan

gradien tekanan (bukan tekanan parsial) disebut tekanan parsial) disebut difusi tekanan difusi tekanan (( pressure pressure diffusiondiffusion), yang), yang disebabkan karena gradien suhu disebut difusi termal (

disebabkan karena gradien suhu disebut difusi termal ( thermal diffusionthermal diffusion), sedangkan yang), sedangkan yang disebabkan oleh medan gaya dari luar disebut difusi paksa

disebabkan oleh medan gaya dari luar disebut difusi paksa (( forced diffusion forced diffusion).). Terdapat beberapa faktor yang memengaruh

Terdapat beberapa faktor yang memengaruhi kecepatan difusi, yaitu i kecepatan difusi, yaitu :: 

 Ukuran partikelUkuran partikel

Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu akan bergerak, sehinggak Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu akan bergerak, sehinggak kecepatan difusi semakin tinggi.

kecepatan difusi semakin tinggi. 

 Ketebalan membranKetebalan membran

Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi. Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi. 

 Luas suatu areaLuas suatu area

Semakin besar luas area,

Semakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya.semakin cepat kecepatan difusinya. 

 Jarak Jarak

Semakin besar jarak antara dua

Semakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya.konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya. 

 SuhuSuhu

Semakin tinggi suhu, partikel

Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih cepat.cepat. Maka, semakin cepat pula kecepatan difusinya

Maka, semakin cepat pula kecepatan difusinya

Difusi molekular dapat didefinisikan sebagai perpindahan atau pergerakan suatu Difusi molekular dapat didefinisikan sebagai perpindahan atau pergerakan suatu molekul melewati suatu fluida dengan pergerakan yang acak. Dapat dibayangkan suatu molekul melewati suatu fluida dengan pergerakan yang acak. Dapat dibayangkan suatu molekul yang bergerak lurus dan kemudian akan bergerak dengan acak akibat tabrakan molekul yang bergerak lurus dan kemudian akan bergerak dengan acak akibat tabrakan dengan molekul yang lain. Karena pergerakan melekul berlangsung dalam gerakan acak, dengan molekul yang lain. Karena pergerakan melekul berlangsung dalam gerakan acak, maka pergerakan molekul sering disebut sebagai

maka pergerakan molekul sering disebut sebagai Random-Walk Random-Walk ProcessProcess. Difusi molekular. Difusi molekular merupakan perpindahan suatu molekul melalui suatu fluida dengan pergerakan yang acak merupakan perpindahan suatu molekul melalui suatu fluida dengan pergerakan yang acak dalam fluida diam atau dalam fluida yang mengalir secara laminer. Suatu molekul yang dalam fluida diam atau dalam fluida yang mengalir secara laminer. Suatu molekul yang bergerak lurus kemudian akan bergerak secara acak karena bertabrakan dengan molekul bergerak lurus kemudian akan bergerak secara acak karena bertabrakan dengan molekul yangyang

(4)

lain, pergerakan molekul seperti ini disebut

lain, pergerakan molekul seperti ini disebut Random-Walk Random-Walk ProcessProcess. Laju difusi dapat. Laju difusi dapat dinaikkan dengan cara pengadukan sehingga kondisi kesetimbangan dapat lebih cepat dinaikkan dengan cara pengadukan sehingga kondisi kesetimbangan dapat lebih cepat tercapai.

tercapai.

Gambar 1. Gerakan acak pada proses difusi Gambar 1. Gerakan acak pada proses difusi

Peristiwa lain yang juga termasuk sebagai peristiwa difusi adalah tinta biru yang Peristiwa lain yang juga termasuk sebagai peristiwa difusi adalah tinta biru yang diteteskan dalam air bening. Tinta akan berdifusi perlahan-lahan ke seluruh bagian air

diteteskan dalam air bening. Tinta akan berdifusi perlahan-lahan ke seluruh bagian air hinggahingga diperoleh kondisi kesetimbangan (tidak adanya gradien konsentrasi). Untuk menaikkan laju diperoleh kondisi kesetimbangan (tidak adanya gradien konsentrasi). Untuk menaikkan laju difusi dapat dilakukan pengadukan, sehingga kondisi kesetimbanga dapat lebih cepat dicapai. difusi dapat dilakukan pengadukan, sehingga kondisi kesetimbanga dapat lebih cepat dicapai. Difusi tidak terbatas hanya pada perpindahan lapisan stagnant (diam) zat padat atau zat cair Difusi tidak terbatas hanya pada perpindahan lapisan stagnant (diam) zat padat atau zat cair saja. Difusi juga terjadi dalam fase fluida pencampuran fisika dan pusaran Eddy aliran 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 turbulen, sama seperti aliran kalor dalam fluida dapat terjadi karena konveksi. Peristiwa ini disebut difusi pusaran (

disebut difusi pusaran ( Eddy diffusion Eddy diffusion).).

Pada fluida yang mengandung banyak komponen yang akan berdifusi dalam keadaan Pada fluida yang mengandung banyak komponen yang akan berdifusi dalam keadaan diam berlaku hukum Frick untuk campuran antara hukum A

diam berlaku hukum Frick untuk campuran antara hukum A dan B,yaitu :dan B,yaitu :

dz dz dx dx D D cc J J AA AB AB AZ AZ .. * *

_

_

(1) (1) dengan : dengan : J*

J*AZAZ = = flux molar komponen A pada flux molar komponen A pada arah sumbu z untuk arah moarah sumbu z untuk arah molekular (kgmolA/s.mlekular (kgmolA/s.m22))

D

DABAB = = difusi molekular difusi molekular molekul A melamolekul A melalui B (mlui B (m22 /s) /s)

z

z = = jarak jarak difusi difusi (m)(m) c

c = = konsentrasi konsentrasi A A dan dan B B (kgmol/m(kgmol/m33)) x

xAA = = fraksi mol dafraksi mol dari A dari cari A dari campuran A dampuran A dan B.n B.

Jika c adalah konstan, karena c

Jika c adalah konstan, karena cAA= cxA maka := cxA maka :

cdxA

(5)

Jika persamaan (1) disubstitusi ke persamaan (2) menghasilkan persamaan difusi untuk Jika persamaan (1) disubstitusi ke persamaan (2) menghasilkan persamaan difusi untuk konsentrasi yang konstan :

konsentrasi yang konstan :

dz dz dc dc D D J J AA AB AB AZ AZ .. * *     (3) (3)

Persamaan (3) umumnya digunakan dalam berbagai aplikasi proses difusi

Persamaan (3) umumnya digunakan dalam berbagai aplikasi proses difusi molekular. Apabilamolekular. Apabila nilai c bervariasi, maka

nilai c bervariasi, maka yang digunakayang digunakan dalam persamaan (3) adalah nilai rn dalam persamaan (3) adalah nilai rata-ratanya. Untuk ata-ratanya. Untuk aliran massa yang turbulen dengan konsentrasi yang konstan berlaku persamaan :

aliran massa yang turbulen dengan konsentrasi yang konstan berlaku persamaan :

dz dz dc dc D D J

J ** AZ AZ (( _AB_AB   _M_M)) AA

(4) (4) dengan εM difus

dengan εM difusivitas massa turbulen dengan satuan mivitas massa turbulen dengan satuan m22 /s. /s.

II.2

II.2 Difusi Difusi Molekular Molekular pada pada CairanCairan

Laju difusi molekular untuk cairan lebih kecil apabila dibandingkan terhadap laju Laju difusi molekular untuk cairan lebih kecil apabila dibandingkan terhadap laju difusi molekul ga

difusi molekul gas. Hal ini diss. Hal ini disebabkan jaraebabkan jarak antara molek antara molekul dalam kul dalam fasa cair lebih fasa cair lebih rapatrapat apabila dibandingkan dalam fasa gas. Umumnya koefisien difusi untuk gas lebih

apabila dibandingkan dalam fasa gas. Umumnya koefisien difusi untuk gas lebih besar hinggabesar hingga 105 kali koefisien difusi cairan. Namun fluks pada gas tidak berbeda jauh dari fluks dalam 105 kali koefisien difusi cairan. Namun fluks pada gas tidak berbeda jauh dari fluks dalam cair yaitu 100 kali lebih cepat, hal it

cair yaitu 100 kali lebih cepat, hal itu disebabkan karena konsu disebabkan karena konsentrasi cair lebih entrasi cair lebih besar daripadabesar daripada konsentrasi dalam fasa gas.

konsentrasi dalam fasa gas. 

 Persamaan difusi untuk cairanPersamaan difusi untuk cairan

Jarak molekul dalam cairan lebih rapat daripada dalam fasa gas, maka densitas dan 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 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 molekul sangat penting dalam difusi cairan. Perbedaan antara difusi cairan dan difusi gas adalah bahwa pada difusi cairan difusifitas sering bergantung pada konsentrasi daripada adalah bahwa pada difusi cairan difusifitas sering bergantung pada konsentrasi daripada komponen yang berdifusi.

komponen yang berdifusi.

Equimolar counterdiffusion, dimulai dengan persamaan umum fick kita dapat mensubstitusi Equimolar counterdiffusion, dimulai dengan persamaan umum fick kita dapat mensubstitusi untuk NA = NB pada keadaan steady state,

untuk NA = NB pada keadaan steady state,

1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 )) (( )) (( z z z z cc x x C C D D z z z z C C C C D D N

N AB AB A A A A AB AB AV AV A A AA A A

_









(5) (5) dengan, N

dengan, NAA adalah flux komponen A dalam kgmol.A/s.madalah flux komponen A dalam kgmol.A/s.m22, D, DABAB adalah difusifitas A melaluiadalah difusifitas A melalui

B dalam m

B dalam m22 /s, c /s, cA1A1merupakan konsentrasi komponen A dalam kgmol/mmerupakan konsentrasi komponen A dalam kgmol/m33pada keadaan 1, danpada keadaan 1, dan

x

(6)

CAV = CAV = 22 2 2 2 2 1 1 1 1





























M M M M M M _av_av       (6) (6) dengan c

dengan cAVAV merupakan konsentrasi rata-rata total dari A+B dalam kgmol/mmerupakan konsentrasi rata-rata total dari A+B dalam kgmol/m33, M, M11 merupakanmerupakan

berat molekul

rata-berat molekul rata-rata larutan pada keadaan 1 dalam kg massa/ kgmol, dan ρrata larutan pada keadaan 1 dalam kg massa/ kgmol, dan ρ11 merupakanmerupakan

densitas rata-rata pada keadaan 1. densitas rata-rata pada keadaan 1.

II.3

II.3 Koefisien Koefisien Difusi Difusi CairanCairan

Pada penentuan koefisien difusi cairan digunakan sel difusi. Sel difusi tersebut terdiri 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 atas N pipa kapiler yang panjangnya 5 mm dan diameternya 1 mm. Untuk satu pipa kapiler proses difusi dapat digambarkan pada alat :

proses difusi dapat digambarkan pada alat :

Gambar 2. Percobaan difusi cairan Gambar 2. Percobaan difusi cairan

Transfer nilai difusi : Transfer nilai difusi :

JA = JA = L L c c c c dL dL dc dc D

D A A  A A11  AA22 



(7) (7) Jumlah mol yang telah berdifusi selama selang waktu dt

Jumlah mol yang telah berdifusi selama selang waktu dt melalui N pipa kapiler melalui N pipa kapiler adalah:adalah:

VtangkiX.dcA = VtangkiX.dcA =

















N N dt dt L L cc cc d d D D _A_A _A_A .. 4 4 .. ..  22 ₁₁ ₂₂ (8) (8) Vtangki Vtangki dt dt dc dc_A_A = = N N L L cc cc d d _A_A _A_A















22 ₁₁ ₂₂ 4 4 ..   (9) (9) Jika k = C

Jika k = CMM.C.CAA, dan dianggap C, dan dianggap CA2A2<<C<<CA1A1maka:maka:

D = D = dt dt dk dk C C C C d d L L V V A A M M gki gki .. .. .. .. 4 4 2 2 tan tan   ₍₁₀₎₍₁₀₎

(7)

dengan : dengan :

Vtangki

Vtangki = = volume volume tangkitangki L

L = = panjang panjang pipa pipa kapilerkapiler N

N = = jumlah jumlah pipa pipa kapilerkapiler D

D = = diameter diameter pipa pipa kapilerkapiler C

CAA = konsentrasi/molaritas A= konsentrasi/molaritas A

C

CMM = perubahan konduktifitas per mol= perubahan konduktifitas per mol

K

K = = konduktifitas konduktifitas dan dan tangkitangki

Tabel 1. Koefisien difusi cairan (geankopolis) Tabel 1. Koefisien difusi cairan (geankopolis)

Solute Solvent

Solute Solvent TemperaturTemperatur DifusifitasDifusifitas

(cm (cm22 /s) /s) o o C C ooFF NH NH33 airair 12 12 285 285 1.641.64 15 15 288 288 1.771.77 O O22 airair 18 18 291 291 1.981.98 25 25 298 298 2.412.41 CO CO22 airair 25 25 298 298 22 H H22 airair 25 25 298 298 4.84.8 Metil

Metil alkohol alkohol airair 15 15 288 288 1.261.26 Etil

Etil alkohol alkohol airair 10 10 283 283 0.840.84

25

25 298 298 1.241.24

Acetic acid

Acetic acid airair

9.7 9.7 282.7 282.7 0.7690.769 25 25 298 298 1.261.26 benzena benzena 25 25 298 298 2.092.09 Urea etanol Urea etanol 12 12 285 285 0.540.54 Air etanol Air etanol 25 25 298 298 1.131.13 KCL KCL airair 25 25 298 298 1.871.87 etilen

etilen glikol glikol 25 25 298 298 0.1190.119

II.4

II.4 Difusi Difusi Molekular Molekular GasGas

Beberapa jenis proses difusi molekular pada gas, yaitu : Beberapa jenis proses difusi molekular pada gas, yaitu :



 Equimolar CounterdiffusionEquimolar Counterdiffusion

Bila dua gas A dan B pada tekanan total konstan P dalam dua ruang yang terhubung Bila dua gas A dan B pada tekanan total konstan P dalam dua ruang yang terhubung oleh pipa dimana terjadi difusi molekular pada kondisi steady seperti yang ditunjukkan pada oleh pipa dimana terjadi difusi molekular pada kondisi steady seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.

(8)

Gambar 3. Equimolar counterdiffusion gas A dan Gambar 3. Equimolar counterdiffusion gas A dan gas Bgas B

Pengaduk pada tiap ruang berfungsi untuk menjaga agar konsentrasi pada tiap ruang tetap Pengaduk pada tiap ruang berfungsi untuk menjaga agar konsentrasi pada tiap ruang tetap seragam. Tekanan parsial pA

seragam. Tekanan parsial pA11 > > pApA22 dan pBdan pB22 > > pBpB11. Molekul A berdifusi ke kanan dan. Molekul A berdifusi ke kanan dan

molekul B ke kiri. Karena tekanan total P konstan, maka jumlah mol A yang berdifusi ke molekul B ke kiri. Karena tekanan total P konstan, maka jumlah mol A yang berdifusi ke kanan harus sama dengan jumlah mol B yang ke kiri. Jika tidak, berarti tekanan total tidak kanan harus sama dengan jumlah mol B yang ke kiri. Jika tidak, berarti tekanan total tidak konstan, sehingga konstan, sehingga         Bz Bz Az Az J J J J (11) (11)

Subskrip z berlaku jika arah pergerakannya jelas. Hukum Fick untuk B

Subskrip z berlaku jika arah pergerakannya jelas. Hukum Fick untuk B pada c konstanpada c konstan

dz dz dc dc D D J J BB BA BA B B    (12) (12) Karena P = p

Karena P = pAA+ p+ pBB = konstan, maka= konstan, maka

c = c

c = cAA+ c+ cBB (13)(13)

Mendiferensialka

Mendiferensialkan kedua n kedua sisisisi

dc

dcAA= dc= dcBB (14)(14)

Menyamaka

Menyamakan persamaan (3) n persamaan (3) dengan persamaan (12), diperoleh :dengan persamaan (12), diperoleh :

  

dz dz dc dc D D J J dz dz dc dc D D J

J _A_A  _AB_AB A A   _B_B    _BA_BA BB

(15) (15) Mensubstitusi persamaan (14) ke (15),

Mensubstitusi persamaan (14) ke (15), sehinggasehingga D

DABAB= D= DBABA (16)(16)

Hal ini menunjukkan bahwa untuk campuran gas biner A dan B, koefisien difusivitas D Hal ini menunjukkan bahwa untuk campuran gas biner A dan B, koefisien difusivitas DABAB

untuk A berdifusi ke

(9)



 Difusi Gas A dan Gas B dengan KonveksiDifusi Gas A dan Gas B dengan Konveksi

Terjadi jika seluruh fluida berpindah dalam aliran konveksi ke arah kanan. Kecepatan Terjadi jika seluruh fluida berpindah dalam aliran konveksi ke arah kanan. Kecepatan molar rata-rata seluruh fluida relatif terhadap titik diam adalah vM m/s. Komponen A tetap molar rata-rata seluruh fluida relatif terhadap titik diam adalah vM m/s. Komponen A tetap berdifusi ke kanan, namun sekarang kecepatan difusi vAd diukur relatif terhadap fluida yang berdifusi ke kanan, namun sekarang kecepatan difusi vAd diukur relatif terhadap fluida yang bergerak. Kecepatan A relatif terhadap titik diam adalah jumlah dari kecepatan difusi dan bergerak. Kecepatan A relatif terhadap titik diam adalah jumlah dari kecepatan difusi dan kecepatan konveksi.

kecepatan konveksi.

vA

vA = = vAd vAd + + vM vM (17)(17) Persamaan umum untuk difusi plus konveksi :

Persamaan umum untuk difusi plus konveksi :

 

_A_A _B_B



A A A A AB AB A A N N N N cc cc dz dz dx dx cD cD N N







(18) (18)

II.5 Koefisien Difusi Gas II.5 Koefisien Difusi Gas

Salah satu metode penentuan koefisien difusi gas adalah dengan menguapkan cairan Salah satu metode penentuan koefisien difusi gas adalah dengan menguapkan cairan murni dalam tabung kapiler yang diisi dengan cairan A murni. Di atas bibir tabung dialirkan murni dalam tabung kapiler yang diisi dengan cairan A murni. Di atas bibir tabung dialirkan gas B secara horizontal.

gas B secara horizontal.

Gambar 4. Difusi gas dengan menguapkan cairan ke Gambar 4. Difusi gas dengan menguapkan cairan ke udaraudara

Laju transfer massa penguapan adalah : Laju transfer massa penguapan adalah :

 



MB MB A A A A T T AB AB A A P P P P P P z z T T R R P P D D N N 11 22 .. .. ..    (19) (19)

Akibat penguapan yang terjadi, maka jumlah cairan A dalam tabung akan berkurang. Laju Akibat penguapan yang terjadi, maka jumlah cairan A dalam tabung akan berkurang. Laju pengurangan cairan A dalam tabung adalah sama dengan fluks N

pengurangan cairan A dalam tabung adalah sama dengan fluks NAA dikalikan luas areadikalikan luas area

penampang tabung. penampang tabung. dt dt dz dz A A BM BM A A N N A A A A A A  



.. (20) (20)

(10)

Dengan menggabung

Dengan menggabungkan persamaan (19) dan kan persamaan (19) dan (20) menghasilkan :(20) menghasilkan :

 

11 22



.. .. .. .. A A A A MB MB T T AB AB A A A A _P_P _P_P P P L L T T R R P P D D dt dt M M BM BM





  (21) (21) Mengintegrasik Mengintegrasikan an ::

 









t t A A A A BM BM T T AB AB z z z z A A A A _P_P _P_P _dt_dt P P T T R R P P D D dz dz z z BM BM ₀₀ .. .. 11 22 ₀₀ ..   (22) (22) diperoleh waktu penurunan level cairan, t

diperoleh waktu penurunan level cairan, tFF, sebesar :, sebesar :

 

11 22



2 2 0 0 2 2 .. .. .. 2 2 .. .. A A A A T T AB AB A A BM BM A A F F P P P P P P D D BM BM P P T T R R z z z z t t





  (23) (23)

 

11 22



2 2 0 0 2 2 .. .. .. .. .. 2 2 A A A A BM BM T T AB AB A A _P_P _P_P P P T T R R P P D D BM BM z z z z







(24) (24)

Dikarenakan gas B terus menerus mengalir, maka konsentrasi gas A di bibir tabung selalu Dikarenakan gas B terus menerus mengalir, maka konsentrasi gas A di bibir tabung selalu sama dengan nol atau P

sama dengan nol atau PA2A2= 0.= 0.

Dengan memplot z

Dengan memplot z22 – – zz0022vs t akan memberikan persamaan garis dengan slope S.vs t akan memberikan persamaan garis dengan slope S.

  

11 .. .. .. .. .. .. 2 2 A A BM BM A A T T AB AB A A P P P P T T R R P P D D BM BM S S     (25) (25) atau atau 1 1 .. .. .. 2 2 .. .. .. .. A A T T A A BM BM A A AB AB P P P P BM BM S S P P T T R R D D    (26) (26) dengan : dengan : 

AA = densitas cairan A= densitas cairan A

P PBMBM ==

 

















2 2 1 1 2 2 1 1 ln ln B B B B B B B B P P P P P P P P P

PA1A1 = tekanan uap cairan A= tekanan uap cairan A

D

DABAB = koefisien difusi A dalam B= koefisien difusi A dalam B

BM

BMAA = berat molekul A= berat molekul A

P

PTT = tekanan total= tekanan total

T

T = = temperatur temperatur absoluteabsolute

Tabel 2. Koefisien Difusi Gas pada T

Tabel 2. Koefisien Difusi Gas pada T ekanan 101.32 kPaekanan 101.32 kPa

Sistem

Sistem Temperatur Temperatur DifusivitasDifusivitas

o o

C

(11)

Udara - NH Udara - NH33 0 0 273 273 0.1980.198 Udara - H Udara - H22OO 0 0 273 273 0.220.22 25 25 298 298 0.260.26 42 42 315 315 0.2880.288 Udara - CO Udara - CO22 3 3 276 276 0.1420.142 44 44 317 317 0.1770.177 Udara - H Udara - H22 0 0 273 273 0.6110.611 Udara - C Udara - C22HH55OHOH 25 25 298 298 0.1350.135 Udara - n-heksana Udara - n-heksana 21 21 294 294 0.080.08 Udara - benzene Udara - benzene 25 25 298 298 0.09620.0962 Udara - toluena Udara - toluena 25.9 25.9 298.9 298.9 0.0860.086 Udara- n-butanol Udara- n-butanol 0 0 273 273 0.07030.0703 25.9 25.9 298.9 298.9 0.0870.087 H H22- CH- CH44 25 25 298 298 0.7260.726 H H22 - N- N22 25 25 298 298 0.7840.784 85 85 358 358 1.0521.052 H H22- benzena- benzena 38.1 38.1 311.1 311.1 0.4040.404

(12)

BAB III

PROSEDUR PERCOBAAN

III.1 Percobaan Difusi Gas-Cair : III.1 Percobaan Difusi Gas-Cair :

1.

1. Mengisi kapiler n 35 mm dengan cairan aseton murni, sebelum diisi tabung kapilerMengisi kapiler n 35 mm dengan cairan aseton murni, sebelum diisi tabung kapiler dicuci terlebih dahulu dengan cairan

dicuci terlebih dahulu dengan cairan sabun encer.sabun encer. 2.

2. Merendam tabung kapiler dalam wadahMerendam tabung kapiler dalam wadah waterbathwaterbath, dan memasang termometernya, dan memasang termometernya pada

pada waterbathwaterbath.. 3.

3. Mengatur jarak mikroskop dengan tangki (20-30 mm). Mengatur lensa agar fokusMengatur jarak mikroskop dengan tangki (20-30 mm). Mengatur lensa agar fokus pada tabung kapiler agar miniskus terlihat (miniskus akan terbalik).

pada tabung kapiler agar miniskus terlihat (miniskus akan terbalik). 4.

4. MengaturMengatur sliding vernier scalesliding vernier scalepada skala tertentupada skala tertentu 5.

5. MenyalakaMenyalakan pompa udara, n pompa udara, kemudian mencatat level cairan.kemudian mencatat level cairan. 6.

6. Menyalakan temperatur kontroler dan mengatur pada temperatur 50Menyalakan temperatur kontroler dan mengatur pada temperatur 5000C, kemudianC, kemudian menunggu hingga temperatur dalam

menunggu hingga temperatur dalam keadaankeadaan steady statesteady state 7.

7. Mencatat waktu (t) dan level cairan setiap interval waktu 4 menit selama 1jam.Mencatat waktu (t) dan level cairan setiap interval waktu 4 menit selama 1jam. 8.

8. Mengulangi percobaaMengulangi percobaan 1-7 n 1-7 untuk suhu aseton 60untuk suhu aseton 6000CC

III.2 Percobaan Difusi Cair-Cair : III.2 Percobaan Difusi Cair-Cair :

1.

1. Mengisi sel difusi dengan KCL 1 MMengisi sel difusi dengan KCL 1 M 2.

2. Membersihkan cairan yang berlebih pada luar sel difusiMembersihkan cairan yang berlebih pada luar sel difusi 3.

3. Menempatkan sel difusi ke dalam tangki, kemudian mengatur kedudukan selMenempatkan sel difusi ke dalam tangki, kemudian mengatur kedudukan sel horizontal dan n 5mm di

horizontal dan n 5mm di bawah garis tangki.bawah garis tangki. 4.

4. Mengisi tangki dengan aquades, mula-mula pembacaan adalah sekitar 10Mengisi tangki dengan aquades, mula-mula pembacaan adalah sekitar 10 μμS (apabilaS (apabila tidak, berarti airnya kurang baik)

tidak, berarti airnya kurang baik) 5.

5. Memasang konduktometerMemasang konduktometer 6.

6. MenyalakaMenyalakan pengaduk agar n pengaduk agar konsentraskonsentrasi meri merataata 7.

7. Mencatat konduktifitas setiap interval 4 menit dalam Mencatat konduktifitas setiap interval 4 menit dalam waktu 60 menitwaktu 60 menit 8.