Kimia permukaan
-
Upload
arya-wiranata-wiranata -
Category
Documents
-
view
35 -
download
1
description
Transcript of Kimia permukaan
11
Disusun olehYelmida A.
22
PHENOMENA PERMUKAANKenapa insect ataupeniti terapung diataspermukaan air, tidaktenggelam ? Kenapa dalam kasusyang sama tetesan air dipermukaan kacaterkumpul dalam bentuktetesan , sementara yang lainnya tersebar sepertilapisan film tipis.
33
Kenapa air bisamerembes naik dalamtabung kapiler yang tipis? Kenapa kita bisamembuat gelembungdari air sabun? Salah satu sifatpermukaan yang akankita tinjau : TeganganPermukaan ( Surface Tension,( )γ
44
TEGANGAN PERMUKAANTegangan Permukaan : Banyaknya kerja yang dibutuhkan untuk memperluas permukaan cairansebesar satu satuan luas
Atau Tegangan Permukaan adalah : Gaya yang diberikan(F) dibagi dengan luas (W) dari permukaanmembran , dibagi lagi dengan 2 karena ada 2 permukaan yang terlibat
= erg cm-2 atau dyne cm-1 ==== cgs= N m-1 ==== SI
WF
2=γ
( )γ
( )γ( )γ
55
Tegangan permukaan terjadi karena adanyakecendrungan permukaan cairan untuk memperkecilluas permukaan secara spontanMolekul yang berada dalam cairan akan mengalamigaya tarik menarik (gaya van Der Wall) yang samabesar kesegala arahMolekul dipermukaan mengalami gaya resultan yang mengarah ke dalam cairanAkibatnya molekul dipermukaan cendrung untukmeninggalkan permukaan dan masuk kedalam cairansehingga permukaan cendrung menyusut
66
Gambaran molekul yang berada di dalamdan di permukaan cairan
O O O O
OO
O O
77
Cara menentukan Tegangan Permukaan
Metoda kapiler (capillary rise)Metoda lempeng WilhelmyMetoda cincin Du NouyMetoda tekanan gelembung maksimum
88
MetodaMetoda KapilerKapiler
hh
0miniskus
Θ = Sudut kontak cairandengan dinding kapiler
r = jari-jari tabung kapilerh = tinggi cairan dalam tabung
kapiler
99
Gaya tegangan permukaan yang bekerja disekelilingtabung (ketika cairan bersentuhan dengan permukaandinding tabung) adalah :
Gaya gravitasi adalah :dimana = volume kolom cairan
Pada keadaan setimbang :
θγπ cos2 r
ghr ρπ 2
ghrr ρπθγπ 2cos2 =
hr 2π
1010
Sehingga
Contoh SoalJari-jari tabung kapiler gelas 0,01 cm. Hitung tinggikenaikan air dalam tabung kapiler ini, bila diket :
= 72,75 dyne cm-1
g = 980,7 cm det-2
ρ = 1 gr cm-3
ρθγ
rgh cos2=
oC
OH
25
2γ
1111
Jawab :Sudut kontak air dan gelas <<<<< sehingga cos θ≈ 1, maka :
h = 14,8 cm
( )( )( )( )32
1
.1det7,98001,0.75,722
−−
−
=cmgcmcm
cmdyneh
ρθγ
rgh cos2=
1212
Metoda lempeng WilhelmyPada metoda ini digunakan lempeng mika tipisatau kaca slide mikroskop, yang digantung padaneraca.
a. Detachment methodb. Metoda statik
γ)(2det yxWW +=−
1313
Metoda Cincin Du NouyMetoda ini dapat mengukur teg.permukaan cairan-udara dan cairan-cairan
Gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat cincin dariperm.cairan adalah :
RF
πβγ 4=
1414
AdsorbsiBila pada permukaan antara dua fasa (misal fasa cair-gas atau cair-cair) ditambahkan komponen ketiga, makakomponen ketiga tersebut akan teradsorbsi padapermukaan.
Komponen ketiga ini sangat mempengaruhi sifatpermukaan, yang disebut : SURFACE ACTIVE AGENT (Surfactan)
Mis. n-pentanol yang dilarutkan dalam airPenambahan sabun/detergent untuk menstabilkan emulsi air-minyak
1515
Adsorbsi
Surfaktan dapat dikelompokkan : a.Larut dalam air, mis. alkohol dan asam lemak
rantai pendek.Molekul ini dalam air akan membentuk lapisandengan ketebalan satu molekul : Lapisan mono molekuler. Ketebalan atau konsentrasi komponen ketiga inidapat dicari/ ditentukan
b.Tak larut dalam air, mis.pelarut organik petroleum eter atau asam stearat, yang disebarkan diataspermukaan air sehingga terbentuk lapisan mono molekuler
1616
Adsorbsi
Konsentrasi surfaktan yang terdapat pada permukaan(konsentrasi lapisan hasil adsorbsi) dapat ditentukandengan pers. GIBBS :
Dimana := surface excess
C2 = konsentrasi surfaktan yang terdapat dalamlarutan
R = konstanta gasT = Temperatur absolut
TRC
dCd
.2 22
γ−=Γ2Γ
1717
Kecendrungan molekul surfaktan untuk berkumpuldipermukaan, menyebabkan turunnya teganganpermukaan. Hal ini terjadi karena surfaktanmenghasilkan suatu EXPANDING PRESSURE,Atau tegangan permukaan yang melawankecendrungan suatu permukaan untuk menyusutBesarnya tegangan permukaan setelah penambahansurfaktan :
π
Adsorbsi
πγγ −= o
monolayer disebabkan yangpermukaan tegangan monolayerrbentuk setelah tepermukaan tegangan
murnicairan permukaan tegangan
===
πγγo
1818
Adsorbsi
Kebenaran pers. GIBBS diuji oleh Mc Brain menggunakan MICROTONE, untuk mengikis suatulapisan permukaan yang sangat tipis (0,1 mm).Konsentrasi surfaktan yang dikikis dari permukaandibandingkan dengan konsentrasi surfaktan dalamlarutan
Contoh :1. Dengan menggunakan microtone, suatu perm.larutan
dengan luas 0,031m2, berhasil dikikis 2,30 gr larutanas.hidroksisinamat. Konsentrasi asam hasil kikisan4,0130 gr/kg air, sedangkan konsentrasi larutan4,000 gr/kg air pada 25 oC. Hitung denganmetoda Langmuir (microtone)
2Γ
1919
Adsorbsi
Jawab : Perhitungan dari data microtone
- Kelebihan konsentrasi asam pada permukaan := ( 4,0130 – 4,000 ) = 0,0130 g/kg
- Berat asam yang berhasil dikikis = (2,30 x 0,0130) / 1000
- Jumlah mol asam yang berhasil dikikis :[(2,30 x 0,0130) / 1000] x 1/150 mol = 1,992 . 10-7 mol
- Luas permukaan 0,031 m2, maka :
= (1,992 . 10-7 mol) / 0,031m2 = 6,43 . 10 -6 mol/m2
2Γ
2Γ
2020
2. Dari percobaan lain, untuk asam hidroksisinamat padasuhu 25oC diperoleh data sbb :
Hitung menggunakan pers. GIBBS Jawab:
Konsentrasi (gr/kg air) (dyne / cm)3,50 56,04,00 54,04,50 52,0
( )γ
2Γ
262
172
2
.10.43,6
.14
298.10.134,8(4
)(.)(
)(
−−
−−
=Γ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=Γ
−=Γ
mmol
cmmol
dCd
RTC γ
2121
PermukaanPermukaan cairancairan--gas, gas, cairancairan--cairancairanTegangan permukaan yang bisa diukur, bukan hanyaantara cairan dan gas, tapi juga tegangan permukaanantara permukaan dua cairan (sering disebut : tegangan antar muka) Nilai tegangan permukaan dua cairan biasanya beradadiantara nilai tegangan permukaan cairan-gas masing-masing cairanMisal:
Cairan γ dengan udara γ dengan airAir 72,75 -
Benzen 28,88 35,0CCl4 26,80 45,1
2222
PermukaanPermukaan GasGas--PadatanPadatan
Jika gas atau uap bersentuhan denganpermukaan padatan yang bersih, maka gas/uapakan teradsorbsi pada permukaan padatan tadi.
Permukaan padatan ===== AdsorbentGas/uap ===== Adsorbat
Adsorbent - sangat halus- sangat porous
Mis : arang aktif
2323
Gaya yang menyebabkan molekul gas terikatpada permukaan padatan, dapat berupa :
Gaya van Der Waals (adsorbsi fisika)Gaya kimiawi (chemisorption, adsorbsi aktivasi)
Pada keadaan setimbang, hubungan antarajumlah gas yang teradsorbsi dan tekanan gas pada suhu tertentu
ISOTERM ADSORBSI
2424
Persamaan yang sering digunakan untukmenyatakan adsorbsi gas pada permukaanpadatan adalah :
a.) Isoterm Langmuir :
b.) Isoterm Freundlich :
c.) Isoterm BET (pengembangan pers. Langmuir):
mm vavP
vP
.1
+=
/nk.p v 1=
00
11PP.
.Cv)(C
.Cv-P)v(PP
mm
−+=
2525
PermukaanPermukaan PadatanPadatan--CairanCairan
= SUDUT KONTAK =Bila setitik cairan ditempatkan pada permukaanpadatan yang halus, maka cairan tetap berbentukbola pipih dengan sudut kontak, θc tertentu, ataudapat tersebar pada permukaan membentuklapisan cairan
2626
Sudut kontak suatu cairan yang membasahipermukaan kering >>> dari permukaan basahMisal :
titik hujan yang jatuh pada kaca jendela yang kotorBahan dasar pembuat payung, θc dg air >>>