Viskositas, Tegangan Permukaan,Adsorbsi & Absorbsi

TEKNIK KIMIA -UMJ

Viskositas : • Pertahanan atau perlawanan yang dilakukan cairan ketika dilakukan suatu

aksi (tekanan/perubahan volum)

• Cairan tertentu mempunyai laju alir yang berbeda dibandingkan dengan yang lain, misal air mempunyai laju alir yang berbeda dibanding minyak, gliserin, etil alkohol

5 larutan mempunyai viskositas yang berbeda. Manakah yang mempunyai viskositas tertinggi ?

force

Y, ft Velocity, u ft/sec

Lapisan cairan jarak y,lapisan atas bergeraksejajar lapisan bawah(kecepatan u). Gaya yangdiperlukan untukmenggerakkan :F = u A/gy atau = /gc [du/dy]

• Aliran cairan :1. Aliran Laminer ; Laju aliran kecil melalui pipa dengan garis tengah kecil

2. Aliran Turbulen : laju aliran besar melalui pipa dengan diameter besar

Pengelompokkan didasarkan pada Bilangan Reynod (Re)

Re = V R/Re > 4000 : TurbulenRe < 2100 Laminer

Volum cairan melalui suatu penampang melintang per detik

V = (p) R^4/ 8 l

Profil Kecepatan Aliran Laminer

V = p/4 l (R^2 – r^2)

Lebih Lambat

Contoh Soal

Pengukuran Viskositas

1. Aliran suatu fluida dengan = 2 kg/m^3, v =400 m/det, = 1.001 x 10^(-3) N det/m^2. Tentukan apakah aliran Turbulen atau Laminer ?N = kg m/det^2

2. a. Cari profil kecepatan n-C4H9OH yang mengalir melalui pipa jari-jari 2 cm, Viskositas 20C = 2,948 x10^(-3) N det/m^2, p = 2 x 10^5 N/m^2; l = 1 mb. Hitung Volum cairan yang mengalir selama 1 detik

1. Viskometer Oswald : waktu mengalirnya sejumlah tertentu cairan, dihitung dengan hubungan

= (p) R^4 t/ 8 V lViskositas dihitung dengan membandingkan laju aliran cairan dengan laju aliran yg viskositasnya diketahui

1/2 = 1 t1/2 t22. Falling Ball (: gaya gravitasi seimbang gerakan aliran pekat

= 2 rb^2 (db – d) g/ 9v, b = bola jatuhPerbandingannya 1/2 = (db- d1) r1/ (db- d2) r2

Pengaruh Temperatur Terhadap Viskositas

Log = A + B / TAtau = A’ Exp (-Evis/RT)Evis = 0,3 Euap

Viskositas cairan >>, karena P >>>, sedangkan viskositas gas tidakdipengaruhi oleh tekanan. Viskositas cairan <<<, karena T >>>, Viskositas gas >>>, karena T >>>: Pemanasan zat cair menyebabkan molekulnya memperoleh energi. Molekul cairan bergerak sehingga gaya interaksi antar molekulmelemah, maka viskositas cairan turun karena T >>>

Contoh Soal : Viskositas CCl4 pada berbagai temperatur sbb :T (K) 273 293 313 333 353 37310^(-3) x 1,329 0,964 0,739 0,585 0,468 0,384Log 1/T x 10^3

Hitung : a. Evisb. Euap = 27,614 kJ/mol apakah sesuai, Evis = 0,3 Euap

Tegangan Permukaan

Yaitu : Kerja yang dilakukan untuk memperluas permukaan cairan.

Satuan tegangan permukaan () = J/m^2 , dyne/cm atau N/m

Metode Pengukuran : Kenaikan & penurunan cairan dalam pipa kapiler

Kenaikan & Penurunan Cairan kapiler

= r g l/2 r = jari2 kapiler, l = panjang cairan yang ditekan

1/2 = 1 l1/ 2 l2

Aplikasi Tegangan Permukaan : Penyerapan Gas oleh Karbon Akt, Katalisastor reaksi, Penyerapan zat terlarut, detergen

Hubungan Tegangan Permukaan dan Tekanan Uap Tetesan Kecil

Contoh Soal :1 data CHCl3 (20C) = 27,4 dyne/cm; (H2O 20C)=0,99882 kg/ dm3 (CHCl3 20C) = 1,595 kg/ dm3. Jika kenaikan tinggi cairan dalam kapiler dengan garis tengah tertentu CHCl3 = 2,33 cm; H2O = 9,9 cm. Hitung H2O dan jari-jari pipa;2. Hitung tekanan uap gelembung air dengan jari-jari 10^(-8) m pa da 20 C, jika tekanan = 23,76 mmHg, H2O (20C) = 72,75 dyne/cm; H2O = 0,9982 kg/ dm^3

Ln P/P = 2 M/ r R TP = tekanan uap normal tetesan kecilP = tekanan uap normal cairanTekanan uap normal dihitung dengan persamaan Clausius Clapeyron :Ln P = - Huap /RT + C

Persamaan Kelvin’• Tekanan uap tetesan kecil lebih besar dari tekanan uap cairan pada permukaan datar• Tekanan uap permukaan cekung dari cairan (seperti gelembung dalam cairan) < tekanan

uap permukaan datar

Penentuan Tegangan Permukaan :a. Analisis Tetesan atau bentuk gelembungb. Kenaikan cairan dalam kapilerc. Penentuan cairan yang bergerak seperti jet

cairan, kerutran, berat tetesan

Harga dipengaruhi oleh temperatur , jika temperatur naik, turun, dan bisa < titik kritis (=0)

P/P

r, nm

r kecil, maka P/P besar

Persamaan Kelvin :Ln {P/P] = 2 V m / r R T

Tekanan uap P dari tetesan berjari-jari r (kevil) mempunyai tekanan > cairan ruahnya, karena molekulnya tidak tertarik ke dalam rongga oleh banyak molekul tetangga yang berdekatan

Tegangan Permukaan Larutan

• Penambahan zat terlarut ke dalam pelarut dapat menurunkan tegangan permukaan, jika menaikkan pengaruhnya kecil, karena zat terlarut dipaksa keluar dari lapisan permukanan

• Sabun & detergen merupakan contoh yang menurunkan tegangan permukaan. Mereka membentuk lapisan permukaan pada partikel kotoran dalam pencucian

Effect of detergents (surfactants): Decrease of surface tension of water droplets and impact angle (below), dirt particles are easier loosened and removed from surface

Adsorbsi & Absorbsi

• Molekul pada permukaan zat padat atau cair mempunyai gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada gaya lain yang mengimbangi, mengakibatkan terjadinya gaya a dsorbsi.

• Adsorbsi : Penyerapan terjadi pada permukaan, karena kelebihan konsentrasi pada permukaan

• Absorbsi : Zat yang terserap masuk ke ba dan absorben, merupakan penetrasi ke dalam zat padat

Parameter Fisika Kimia

Panas Adsorbsi <40 kJ/mol > 80 kJ/mol

Suhu Terjadi < bp adsorbat Suhu tinggi

Adsorbsi naik pada Kenaikan P adsorbat Kenaikan P adsorbate & adsorben

Jumlah adsorbsi Adsorbate tergant adsorben Adsorbat & Adsorben

Energi aktivasi Tidak ada Ada

Proses multilayer monolayer

Sifat adsorbsi

Teori Adsorbsi Langmuir

Zat padat terdiri dari ruang elementer yang dapat mengadsorbsi satu molekul gas

r = k (1-) P = kP/ (r + kP) = 1/ (1 + r/kP)Sehingga P= (r/k) (/(1-))

r = kecepatan evaporasi pada keadaan tertutup gas pada T tertentu = bagian permukaan tertutup gasP = tekanan keseimbangank = konstanta pada T tertentu

Volum gas teradsorbsi sebanding dengan V = vm/ (1 + k’/P)

Vm volum gas teradsorbsibila seluruh perm tertutup, k’ = r/kP<< , k/P>>1 V PP >>, tidak linierAdsorbsi gas nitrogen oleh kalium

V

P/P

Contoh Soal :Volum Gas Nitrogen = vm (1 atm, OC) yang diperlukan untuk menutupi cuplikan ges silika dengan lapisan monomolekul 129 cm3/g gel. Hitung Luas permukaan per gram gel bila setiap molekul nitrogen menempati 16,2 x 10^(-20) m^2Jawab

= (0,129 L/gr) (6,02 x 10^23 mol ^(-1)) (16,2 x 10^(-20) m^2) = 560 m^2/gr(22,4 L/mol)

Lapisan Adsorbat Monolayer

Adsorben

Pendekatan Adsorbsi Isotermal Langmuir

Adsorbsi Isotermis Fisis

Persamaan Bruaenur, Emmet Teller ( BET)

P/ (V (P0-P)) = 1/ vm C + ((C-1)/ vm C x (P0/P))

V : Volum gas diserap (STP), P : Tekanan, P0 : Tekanan Uap jenuh diserap pada T

Vm : Volum gas diserap (STP), bila lapisan 1 molekul,

C : tetapan (= e^(E1-E2)/RT)

E1 = panas adsorbsi lapisan 1

E2 = panas pengembunan gas

Plot Kurva P/ (V (P0-P)) vs 1/P0 V, garis lurus (slope C-1/Vm C dan intersep = 1/Vm C)

P/V(P0-P).10^3

1/P01/Vm C

Lapisan AdsorbatMultilayer

Adsorben

Pendekatan Adsorbsi Isotermal BET

Adsorbsi Larutan

Gibbs : konsentrasi zat cair di permukaan lebih besar dibandingkan dengan didalam bulk (badan)Zat terlarut dapat diadsorbsi oleh zat padat, misal : asam asetat, amonia, fenolftalin diserap karbon aktifKarbon lebih baik menyerap non elektrolit

Menurut Freundlich : y = k c ^(1/n)Dimana y = massa zat diadsorbsi per massa

adsorbenk = tetapanc = konsentrasi saat kesetimbangann = tetapan

Persamaan dapat dinyatakan sebagai berikut :Log Y = log k + 1/n log c

Adsorbsi di permukaan larutan

Tegangan permukaan air = air = 72 dyne/cmJika dalam air + Na Oleat (Sabun), air menjadi = 30 dyne/cm zat seperti sabun, asam sulfonat tertentu menurunkan tegangan permukaan,

surface active agent

Gibbs 1878, surface active agent mengakibatkan distribusi molekul di permukaandan di dalam larutan tidak sama. Beda jumlah molekul terlarut / unit area dipermukaan dan di dlm larutan (q) :

q = - c/RT dy/dc