Hidup Berbahagia Semua

BAB I
PENDAHULUAN

Sistem koloid (selanjutnya disingkat "koloid") merupakan suatu bentuk campuran (sistem dispersi) dua atau lebih zat yang bersifat homogen namun memiliki ukuran partikel terdispersi yang cukup besar (1-100 nm), sehingga terkena efek Tyndall. Bersifat homogen berarti partikel terdispersi tidak terpengaruh oleh gaya gravitasi atau gaya lain yang dikenakan kepadanya; sehingga tidak terjadi pengendapan, misalnya. Sifat homogen ini juga dimiliki oleh larutan, namun tidak dimiliki oleh campuran biasa (suspensi).
Koloid mudah dijumpai di mana-mana: susu, agar-agar, tinta, sampo, serta awan merupakan contoh-contoh koloid yang dapat dijumpai sehari-hari. Sitoplasma dalam sel juga merupakan sistem koloid. Kimia koloid menjadi kajian tersendiri dalam kimia industri karena kepentingannya.
Koloid memiliki bentuk bermacam-macam, tergantung dari fasa zat pendispersi dan zat terdispersinya. Beberapa jenis koloid: aerosol yang memiliki zat pendispersi berupa gas, emulsi, buih, dan gel.
Adapun sifat-sifat koloid yaitu
• Efek Tyndall
Efek Tyndall ialah gejala penghamburan berkas sinar (cahaya) oleh partikel-partikel koloid. Hal ini disebabkan karena ukuran molekul koloid yang cukup besar. Efek tyndall ini ditemukan oleh John Tyndall (1820-1893), seorang ahli fisika Inggris. Oleh karena itu sifat itu disebut efek tyndall.
Efek tyndall adalah efek yang terjadi jika suatu larutan terkena sinar. Pada saat larutan sejati disinari dengan cahaya, maka larutan tersebut tidak akan menghamburkan cahaya, sedangkan pada sistem koloid, cahaya akan dihamburkan. hal itu terjadi karena partikel-partikel koloid mempunyai partikel-partikel yang relatif besar untuk dapat menghamburkan sinar tersebut. Sebaliknya, pada larutan sejati, partikel-partikelnya relatif kecil sehingga hamburan yang terjadi hanya sedikit dan sangat sulit diamati.
• Gerak Brown
Gerak Brown ialah gerakan partikel-partikel koloid yang senantiasa bergerak lurus tapi tidak menentu (gerak acak/tidak beraturan). Jika kita amati koloid dibawah mikroskop ultra, maka kita akan melihat bahwa partikel-partikel tersebut akan bergerak membentuk zigzag. Pergerakan zigzag ini dinamakan gerak Brown. Partikel-partikel suatu zat senantiasa bergerak. Gerakan tersebut dapat bersifat acak seperti pada zat cair dan gas( dinamakan gerak brown), sedangkan pada zat padat hanya beroszillasi di tempat ( tidak termasuk gerak brown ). Untuk koloid dengan medium pendispersi zat cair atau gas, pergerakan partikel-partikel akan menghasilkan tumbukan dengan partikel-partikel koloid itu sendiri. Tumbukan tersebut berlangsung dari segala arah. Oleh karena ukuran partikel cukup kecil, maka tumbukan yang terjadi cenderung tidak seimbang. Sehingga terdapat suatu resultan tumbukan yang menyebabkan perubahan arah gerak partikel sehingga terjadi gerak zigzag atau gerak Brown.
Semakin kecil ukuran partikel koloid, semakin cepat gerak Brown yang terjadi. Demikian pula, semakin besar ukuran partikel koloid, semakin lambat gerak Brown yang terjadi. Hal ini menjelaskan mengapa gerak Brown sulit diamati dalam larutan dan tidak ditemukan dalam campuran heterogen zat cair dengan zat padat (suspensi). Gerak Brown juga dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu sistem koloid, maka semakin besar energi kinetik yang dimiliki partikel-partikel medium pendispersinya. Akibatnya, gerak Brown dari partikel-partikel fase terdispersinya semakin cepat. Demikian pula sebaliknya, semakin rendah suhu sistem koloid, maka gerak Brown semakin lambat.
• Adsorpsi
Adsorpsi ialah peristiwa penyerapan partikel atau ion atau senyawa lain pada permukaan partikel koloid yang disebabkan oleh luasnya permukaan partikel. (Catatan : Adsorpsi harus dibedakan dengan absorpsi yang artinya penyerapan yang terjadi di dalam suatu partikel). Contoh : (i) Koloid Fe(OH)3 bermuatan positif karena permukaannya menyerap ion H+. (ii) Koloid As2S3 bermuatan negatif karena permukaannya menyerap ion S2.
• Muatan koloid
Dikenal dua macam koloid, yaitu koloid bermuatan positif dan koloid bermuatan negatif.
• Koagulasi koloid
Koagulasi adalah penggumpalan partikel koloid dan membentuk endapan. Dengan terjadinya koagulasi, berarti zat terdispersi tidak lagi membentuk koloid. Koagulasi dapat terjadi secara fisik seperti pemanasan, pendinginan dan pengadukan atau secara kimia seperti penambahan elektrolit, pencampuran koloid yang berbeda muatan.
• Dialisis Dialisis ialah pemisahan koloid dari ion-ion pengganggu dengan cara ini disebut proses dialisis. Yaitu dengan mengalirkan cairan yang tercampur dengan koloid melalui membran semi permeable yang berfungsi sebagai penyaring. Membran semi permeable ini dapat dilewati cairan tetapi tidak dapat dilewati koloid, sehingga koloid dan cairan akan berpisah.
• Elektroforesis
Elektroferesis ialah peristiwa pemisahan partikel koloid yang bermuatan dengan menggunakan arus listrik.


















BAB II
ISI

2.1 Termodinamika Permukaan
Untuk mempelajari sifat – sifat terodinamika dari permukaan, terdapat dua pendekatan yang berlaku. Menurut Gibbs (1878), daerah antar muka dapat dianggap sebagai permukaan dua dimensi dengan V = 0 tetapi sifat – sifat termodinamikanya ≠ 0. Sedangkan Guggenheim (1940) menyatakan bahwa daerah antar muka merupakan daerah tiga dimensi dengan volume dan sifat – sifat termodinamika ≠ 0. Tinjauan termodinamika permukaan lebih sering menggunakan pendekatan Gibbs.
Pada pendekatan Gibbs, daerah antar muka diasumsikan sebagai daerah planar dan dilambangkan dengan superscript σ.

Gambar 2.1 Pendekatan termodinamika Gibbs
Daerah antar muka Gibbs mempunyai ketebalan nol sehingga volumenya adalah nol (Vσ = 0). Total volume untuk sistem Gibbs adalah
V = Vα + Vβ .................................................. (5.24)
Energi dalam fasa α pada sistem Gibbs dinyatakan sebagai
Uα = ............................................... (5.25)
Indeks ”ruah” menyatakan fasa α yang berada pada sistem sesungguhnya. Nilai / disebut sebagai energi per unit volume (energy density) dalam fasa ruah α. Dengan cara yang sama, maka nilai Uβ dapat ditentukan. Total energi dalam pada sistem Gibbs dinyatakan sebagai
U = Uα + Uβ + Uσ atau Uσ = U + Uα – Uβ ............ (5.26)
Nilai entropi sistem dihitung dengan cara yang sama, yaitu
Sα = , Sβ = , Sσ = S + Sα – Sβ ............ (5.27)
Jumlah komponen sistem ditentukan dengan cara
, ............................................ (5.28)
atau ............................ (5.29)
Menurut Hk. I Termodinamika, pada sistem terbuka yang melibatkan 2 fasa
dU = TdS – PdV + γdA + ........................................... (5.30)
Pada daerah antar muka dimana Vσ = 0
dUσ = TdSσ + γdAσ + .................................................. (5.31)
Bila sistem diubah dari keadaaan 1 ke keadaan 2 dengan P, T, dan c, tetap maka
...................................... (5.32)
Indeks 1 menyatakan kondisi dengan nilai yang mendekati nol dan dapat dieliminasi sehingga persamaan 5.9 menjadi
........................................................... (5.33)
Diferensial total untuk persamaan (5.33) adalah
......... (5.34)
Dengan menggabungkan persamaan 5.31 dan 5.34 didapat persamaan
......................................... (5.35)
Pada temperatur tetap,
.............................................. (5.36)
Ungkapan di atas disebut persamaan isoterm adsorpsi Gibbs.
Bila nilai konsentrasi permukaan ( ) dinyatakan sebagai
..................................................... (5.37)
maka persamaan isoterm adsorpsi Gibbs menjadi
.......................................................... (5.38)
Aplikasi paling umum dari isoterm adsorpsi Gibbs adalah pada sistem dua fasa dimana konsentrasi komponen 1 dan i pada fasa β jauh lebih kecil daripada fasa α, << , << . Contoh aplikasi ini meliputi :
a) Sistem cair – uap dengan tekanan uap rendah atau sedang, dimana konsentrasi fasa uap jauh lebih rendah daripada konsentrasi fasa cairnya.
b) Sistem cair – cair dimana pelarut 1 dan zat terlarut i pada fasa α tidak terlarut pada fasa β.
c) Sistem padat – cair dimana pelarut 1 dan zat terlarut i pada fasa cair tidak terlarut pada fasa padat (prinsip ini sangat penting dalam elektrokimia).
Untuk sistem – sistem tersebut, berlaku persamaan
................................................. (5.39)
dimana Γi(1) adalah adsorpsi relatif komponen i terhadap komponen 1 (pelarut), dan adalah jumlah mol senyawa i dan 1 di daerah antar fasa pada sistem sesungguhnya, dan adalah jumlah mol senyawa i dan 1 pada fasa ruah α dalam sistem sesungguhnya.
a) Bila nilai Γi(1) dari zat terlarut i positif, maka komponen i teradsorpsi positif pada daerah antar muka.
b) Bila nilai Γi(1) dari zat terlarut i negatif, maka komponen i teradsorpsi negatif pada daerah antar muka.
Adsorpsi adalah peristiwa penyerapan senyawa pada daerah antar muka dibandingkan dengan jumlah senyawa tersebut di daerah fasa ruahnya.
Untuk sistem dua fasa dua komponen, persamaan isoterm adsorpsi Gibbs dapat dinyatakan sebagai
.................................................... (5.40)
Bila fasa α dinyatakan sebagai fasa padat atau cair, maka
............................................... (5.41)
Ketergantungan terhadap tekanan sangat kecil untuk fasa terkondensasi. Pada suhu konstan, dan persamaan 5.18 menjadi
................................................. (5.42)
Jika fasa α sangat encer sehingga ( dimana co = 1 mol/dm3), maka
........................................... (5.43)
Persamaan 5.20 menyatakan bahwa nilai Γ2(1) akan positif bila tegangan permukaan (γ) menurun dengan naiknya konsentrasi zat terlarut. Perilaku zat terlarut dalam larutan encer dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu :
a) Tipe I : kenaikan konsentrasi zat terlarut mengakibatkan kenaikan γ dengan laju yang rendah
Contoh : larutan garam – garam anorganik dan gula
b) Tipe II : kenaikan konsentrasi zat terlarut mengakibatkan penurunan γ dengan laju tertentu
Contoh : senyawa – senyawa organik yang memiliki bagian yang larut dalam air
c) Tipe III : kenaikan konsentrasi zat terlarut menyebabkan penurunan tajam nilai γ hingga mencapai nilai konstan
Contoh : garam – garam yang terbentuk dari asam organik rantai sedang (sabun, RCOO-Na+)

Gambar 2. 2. Kurva tegangan permukaan terhadap konsentrasi untuk larutan encer
2.2 Film Permukaan pada Cairan
Senyawa hidrokarbon rantai sedang yang mempunyai gugus polar di salah satu ujungnya secara spontan akan membentuk lapisan tipis di atas air, contohnya CH3(CH2)16COOH (asam stearat), CH3(CH2)11OH (lauryl alcohol), dan CH3(CH2)14COOC2H5 (etil palmitat). Lapisan tipis ini disebut film permukaan atau film Langmuir, dengan ketebalan umumnya satu molekul. Rantai hidrokarbon yang tidak pendek membuat kelarutan senyawa – senyawa tersebut dalam air cukup rendah. Pada suhu ruang, ketiga senyawa tersebut berupa padatan atau cairan dengan titik didih tinggi dan tekanan uap sangat rendah. Karena itu, jumlah senyawa terlarut (i) dalam fasa ruah air dan udara sangat kecil (sehingga dapat diabaikan) bila dibandingkan dengan jumlah senyawa (i) pada daerah antar muka. Karena , maka dan . Nilai adalah positif, sehingga dapat diambil kesimpulan bahwa adanya film permukaan akan menurunkan tegangan permukaan (lihat persamaan 5.43).
γo dan γ dinyatakan sebagai tegangan permukaan air murni dan air yang ditutupi oleh film permukaan. Karena film permukaan menurunkan tegangan permukaan, maka γ akan lebih kecil daripada γo. Selisih gaya per unit panjang antara γo dan γ disebut tekanan permukaan (suface pressure, π).
.............................................. (5.44)
Ada dua cara untuk menyatakan data pada film permukaan :
a) Sebagai persamaan keadaan permukaan
............................................. (5.45)
Persamaan ini digunakan untuk film di atas permukaan cair.
b) Sebagai isoterm adsorpsi
P = Kf ’(Γ) ................................................ (5.46)
dimana P adalah tekanan atau konsentrasi dalam fasa ruah dari zat yang teradsorpsi dan K adalah tetapan pembanding.
Persamaan ini digunakan untuk film pada permukaan padat.
2.3 Adsorbsi pada Larutan
Proses adsorpsi ini merupakan peristiwa dimana partikel koloid menyerap partikel bermuatan dari fase pendispersinya. Adsorpsi terkait dengan penyerapan partikel pada permukaan zat. Sehingga partikel koloid menjadi bermuatan. Jenis muatannya tergantung pada jenis partikel bermuatan yang diserap apakah anion atau kation. partikel koloid dapat mengabsorpsi bukan saja ion atau muatan listrik tetapi juga zat lain yang berupa molekul netral. Daya adsorpsi partikel koloid tergolong besar karena partikelnya memberikan sesuatu permukaan yang luas.












Sebagai contoh: partikel sol Fe(OH)3 (bermuatan positif) mempunyai kemampuan untuk mengadsorpsi kation dari medium pendispersinya sehingga sol Fe(OH) 3 bermuatan positif.
Partikel koloid sol tersebut tidak selalu mengadsorpsi ion yang sama. Hal itu tergantung pada muatan yang berlebih dari medium pendispersinya. Misalnya, jika sol Fe(OH)3 terdapat pada medium pendispersi dengan kation Fe+ berlebih, maka AgCl akan bermuatan positif. Sedangkan jika AgCl terdapat pada medium pendispersi dengan anion OH- berlebih, maka sol Fe(OH)3 akan bermuatan negatif.
Muatan koloid merupakan faktor yang menstabilkan koloid, disamping gerak Brown. Karena bermuatan sejenis, maka partikel -partikel koloid saling tolak-menolak sehingga terhindar dari pengelompokkan antar sesama partikel koloid itu (jika partikle koloid itu saling bertumbukkan dan kemudian bersatu, maka lama-kelamaan dapat terbentuk partikel yang cukup besar dan akhirnya mengendap).









Peristiwa adsorbsi merupakan suatu fenomena permukaan, yaitu terjadinya penambahan konsentrasi komponen tertentu pada permukaan antara dua fase. Pada peristiwa adsorpsi, komponen akan berada di daerah antar muka, tetapi tidak masuk ke dalam fasa ruah. 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.
Secara umum adsorbs fisis mempunyai gaya intra molecular yang relative lemah, sedangkan pada adsorbs kimia terjadi pembentukan ikatan kimia antara molekul dengan molekul yang terikat pada permukaan adsorben (Kundari dan Wiyuniati, 2008).
Tabel 1.1. 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

Pertukaran ion adalah suatu fenomena atau suatu proses yang melibatkan pertukaran dapat balik antara ion-ion dalam larutan dengan ion yang terikat dalam bahan penukar ion. Pada proses itu, tidak ada perubahan secara permanen dalam struktur padatan. Mekanisme pertukaran ini didasarkan pada sifat sorptif dari tempat yang bermuatan negative dalam adsorben terhadap ion bermuatan positif yang terjadi karena interaksi gaya Coulomb. Pertukaran ion dapat dikategorikan juga sebagai proses sorption seperti halnya adsorbsi, yaitu sejumlah tertentu bahan pelarut (solute) di fase fluida secara selektif tertransfer kedalam suatu partikel yang tak larut. Pertukaran ion kadang juga disebut counterion adsorption (Kundari dan Wiyuniati, 2008).

2. 4 Isoterm Adsorbsi
Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat kesetimbangan pada temperatur tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik yang umumnya digunakan untuk menjelaskan isoterm adsorpsi.
2.4.1. Isoterm Adsorpsi Langmuir
Pada tahun 1918, Langmuir menurunkan teori isoterm adsorpsi dengan menggunakan model sederhana berupa padatan yang mengadsorpsi gas pada permukaannya. Pendekatan Langmuir meliputi lima asumsi mutlak, yaitu:
1. Gas yang teradsorpsi berkelakuan ideal dalam fasa uap
2. Gas yang teradsorpsi dibatasi sampai lapisan monolayer
3. Permukaan adsorbat homogen, artinya afinitas setiap kedudukan ikatan untuk molekul gas sama
4. Tidak ada antaraksi lateral antar molekul adsorbat
5. Molekul gas yang teradsorpsi terlokalisasi, artinya mereka tidak bergerak pada permukaan


Gambar 2.5. Pendekatan isoterm adsorpsi Langmuir
Pada kesetimbangan, laju adsorpsi dan desorpsi gas adalah sama. Bila θ menyatakan fraksi yang ditempati oleh adsorbat dan P menyatakan tekanan gas yang teradsorpsi, maka
..................................... (5.47)
dengan k1 dan k2 masing – masing merupakan tetapan laju adsorpsi dan desorpsi. Jika didefinisikan a = k1 / k2, maka
............................................ (5.48)
Pada adsorpsi monolayer, jumlah gas yang teradsorpsi pada tekanan P (y) dan jumlah gas yang diperlukan untuk membentuk lapisan monolayer dihubungkan dengan θ melalui persamaan
................................................... (5.49)
............................................... (5.50)
Teori isoterm adsorpsi Langmuir berlaku untuk adsorpsi kimia, dimana reaksi yang terjadi adalah spesifik dan umumnya membentuk lapisan monolayer.

2.4.2. Isoterm Adsorpsi BET
Teori isoterm adsorpsi BET merupakan hasil kerja dari S. Brunauer, P.H. Emmet, dan E. Teller. Teori ini menganggap bahwa adsorpsi juga dapat terjadi di atas lapisan adsorbat monolayer. Sehingga, isoterm adsorpsi BET dapat diaplikasikan untuk adsorpsi multilayer. Keseluruhan proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai
a. Penempelan molekul pada permukaan padatan (adsorben) membentuk lapisan monolayer
b. Penempelan molekul pada lapisan monolayer membentuk lapisan multilayer


Gambar 2.6. Pendekatan isoterm adsorpsi BET
Pada pendekatan ini, perbandingan kekuatan ikatan pada permukaan adsorben dan pada lapisan adsorbat monolayer didefinisikan sebagai konstanta c. Lapisan adsorbat akan terbentuk sampai tekanan uapnya mendekati tekanan uap dari gas yang teradsorpsi. Pada tahap ini, permukaan dapat dikatakan ”basah (wet)”. Bila V menyatakan volume gas teradsorpsi, Vm menyatakan volume gas yang diperlukan untuk membentuk lapisan monolayer, dan x adalah P/P*, maka isoterm adsorpsi BET dapat dinyatakan sebagai
...................................... (5.51)
Kesetimbangan antara fasa gas dan senyawa yang teradsorpsi dapat dibandingkan dengan kesetimbangan antara fasa gas dan cairan dari suatu senyawa. Dengan menggunakan analogi persamaan Clausius – Clapeyron, maka
............................................. (5.52)
dimana ΔHads adalah entalpi adsorpsi. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa tekanan kesetimbangan dari gas teradsorpsi bergantung pada permukaan dan entalpi adsorpsi.
2.4.3. Isoterm Adsorpsi Freundlich
Adsorpsi zat terlarut (dari suatu larutan) pada padatan adsorben merupakan hal yang penting. Aplikasi penggunaan prinsip ini antara lain penghilangan warna larutan (decolorizing) dengan menggunakan batu apung (charcoal?) dan proses pemisahan dengan menggunakan teknik kromatografi.
Pendekatan isoterm adsorpsi yang cukup memuaskan dijelaskan oleh H. Freundlich. Menurut Freundlich, jika y adalah berat zat terlarut per gram adsorben dan c adalah konsentrasi zat terlarut dalam larutan, maka
y = k c1/n ................................................. (5.53)
........................................ (5.54)
dimana k dan n adalah konstanta empiris. Jika persamaan (5.53) diaplikasikan untuk gas, maka y adalah jumlah gas yang teradsorpsi dan c digantikan dengan tekanan gas. Plot log y terhadap log c atau log P menghasilkan kurva linier. Dengan menggunakan kurva tersebut, maka nilai k dan n dapat ditentukan.

Gambar 2.7. Plot isoterm Freundlich untuk adsorpsi H2 pada tungsten (suhu 400oC)
Sifat adsorbsi dari koloid digunakan dalam berbagai proses, antara lain sebagi berikut:
1. Pemutihan gula tebu
Gula yang masih berwarna dilarutkan dalam airkemudian dialirkan melaui tanah diatom dan arang tulang. zat-zat warna dalam gula akan diabsorbsi sehingga diperoleh gula yang putih bersih.
2. Pembuatan obat norit
Norit adalah tablet yang terbuat dari karbon aktif. Diadalam usus, norit membentuk sistem koloid yang dapat mengadsorbsi gas atau zat beracun .

 
DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2009, Koloid, (http://koloid/adsorbsi.htm, On Line), diakses tanggal 3 Mey 2010.

Anonim, 2008, Isoterm Adsobsi (http://smk3ae.wodpress.com, On Line), diakses tanggal 3 Mey 2010.

Kundari dan Wiyuniati, 2008, Tinjauan Kesetimbangan Adsorbsi Tembaga dalam limbah pencuci PCB dengan Zeolit, (Seminar Nasional IV SDM Teknologi Nuklir), ISSN 1978-0176, Yogyakarta, diakses tanggal 3 mey 2010.

















TUGAS MAKALAH
KIMIA KOLOID



ADSORPSI LARUTAN

OLEH KELOMPOK VII :
ISTI NURILLAH (H31107015)
MULYANI APRIANTI (H31107020)
NOFI (H31107022)
FITRI ARIANI (H31107024)






JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR
2010