Friday, May 23, 2014

Adsorpsi (Catatan Kuliah)


Nah ini penting banget nih, bagi yang mo ngerjain skripsi tentang katalis heterogen maupun adsorben logam. Yah prinsip sebenanya tetep sama, yaitu keinginan permukaan pada padatan untuk meminimalisasi energi permukaannya dengan mengandeng senyawa lain alias teradsorp. Ada dua tipe adsorpsi yaitu secara fisik dan adsorpsi secara kimia. Keduanya sih sama penting artinya bagi permukaan padatan. Karena dengan ke dua cara itu permukaan padatan dapat dikenali karakternya oleh pengguna. Misal permukaaanya berpori kecil atau besar, terus porinya memanjang atau cuma berlubang, tau malah permukaannya berjerawat? (lho…)
Fisisorpsi atau kemisorpsi tentu memiliki ciri tersendiri, namun yang jelas pada umumnya reaksi akan terjadi setelah mengalami kemisorpsi, misal reaksi disosiasi, reaksi pembentukan dan lain-lain pada permukaan padatan.
Beberapa teori di kemukakan untuk menerangkan fenomena teradsoprnya molekul pada padatan. Henry, Langmuir, Polanyi dan bapak ilmuwan tempoe doeloe lainnya yang saya juga belum kenal. Tapi, ada satu prinsip paling mendasar yang digunakan mereka dalam meneragkan teorema tersebut, yaitu “posisi menentukan adsorpsi” (:P)
Adalah permukaan yang memiliki  situs aktif, yeah as we know, tidak semua permukaan pada padatan mampu sebagai tempat adsorpsi.  Situs aktif inilah yang nantinya menjadi incaran molekul untuk bisa teradsorp. Bayangkan jika padatan memiliki 10 posisi situs aktif kosong, terus ada 100 molekul yang berebutan. Yup pada saat 10 posisi sudah terisi penuh bisa jadi adsorpsi mentok, dan molekul tidak lagi mampu teradsop.
Bagaimana jika dari 10 situs aktif hanya terisi 2 molekul saja, berapa coveragenya ? Jika demikian coveragenya adalah 1/5 dan apa bila terisi semua maka coverage padatan tersebut adalah 1. Coverage dirumuskan sebagai
θ = a/am
dimana a adalah jumlah situs terisi, dan am adalah jumlah total situs permukaan.
http://quest.nasa.gov/space/teachers/microgravity/image/66.gif
Setiap molekul memiliki tegangan permukaan yang berbeda-beda. Bagaimana arah gaya setiap molekul air yang menempel pada permukaan padatan diatas, apa yang anda lihat? Ya di dalam air, arah gaya tiap molekul adalah simetris, sedang pada permukaannya tidak.
Demikian pula sebuah adsorben, apabila satu sistem uap air yang teradsorp pada permukaan cairan maka perbedaan gaya permukaan ini yang bekerja.
http://adsorpsi.files.wordpress.com/2011/08/surface-tension1.jpg?w=510
Dari gambar di atas menunjukkan bahwa agar energi Gibs selalu minimum, maka ada dua hal keboleh jadiannya agar energi gibs selalu minimum sehingga adsorben berupa larutan tersebut mampu mengadsorp lebih baik.
1. Anda memiliki senyawa murni dengan sifat memiliki tegangan permukaan yang rendah
2. Anda mencampur senyawa murni yang sudah anda miliki dengan senyawa lain yang memiliki tegangan permukaan lebih rendah

Lalu apa yang terjadi dengan tegangan permukaan larutan campuran apabila masing-masing larutan memiliki tegangan permukaan yang berbeda?
Dalam rangka menstabilkan gaya tegangan permukaan dipermukaan adsorben maka adsorben berusaha menarik senyawa lain sehingga gaya permukaannya stabil ke segala arah
Menurut kamu fenomena, hal-hal apa saja yang dapat kamu ceritakan mengenai adsorpsi?
Perhatikan gambar berikut, sebuah ilustrasi adsorpsi yang terjadi pada permukaan adsorben
http://adsorpsi.files.wordpress.com/2011/08/adsorpsi2.png?w=436&h=233

Apabila di buat dalam bentuk grafik gambar diatas diintepretasi sebagai berikut
http://adsorpsi.files.wordpress.com/2011/08/sea.png?w=428&h=259
terdapat sejumlah molekul pada daerah terasir, yang disebut dengan surface exess amount. Coba tunjukan pada daerah manakah itu?
Jumlah surfaktan teradsorpsi per satuan luas dapat dihitung dari permukaan atau pengukuran tegangan antarmuka
http://adsorpsi.files.wordpress.com/2011/08/formula.png?w=341&h=202
Tanda positif atau negatif dari surface exess pada formula tersebut mengindikasikan adsorpsi dapat berlangsung atau tidak. Kapan terjadi adsorpsi positif (adsorpsi terjadi) dan adsorpsi negatif (adsorpsi tidak terjadi) ? serta bagaimana orientasi adsorpsi dari suatu adsorbat?

2. Adsorpsi Gas-Padat

Interaksi antara adsorbat dan adsorben dapat di bagi menjadi dua tipe. Yaitu fisisorpsi dan kemisorpsi. Perbedaan keduanya tampak seperti pada gambar berikut.
http://adsorpsi.files.wordpress.com/2011/08/pjysisorpsi-chemisorpsi.png?w=357&h=190
Teori yang mendasari adsorpsi dibagi menjadi tiga
1. Theory Henry
Kondisi : Berlaku pada tekanan (P) rendah, monolayer, jumlah molekul teradsorp sesuai jumlah sisi aktiv adsorben.
2. Theory Langmuir
Kondisi : Apabila tekanan > pada tekanan Henry, monolayer monomolecular, jumlah molekul teradsorp dapat melebihi jumlah sisi aktiv adsorben, adsorpsi pada layer pertama menghalangi gaya adsorpsi adsorbent untuk mengadsorp molekul lebih banyak lagi.
http://adsorpsi.files.wordpress.com/2011/08/grafik.png?w=491&h=366
persamaan teori langmuir dapat di konversi menjadi
rumus2
3. Teory Eucken dan Polanyi
Asumsi :
1. Gaya adsorpsi bekerja pada jarak yang mampu melebihi dimensi monomolekul (layer pertama) dan bahwa gaya tersebut tidak benar-benar terlindung atau terhalangi oleh lapisan pertama adsorbat
2. Memiliki karakter difusi
3. Memiliki densitas adsorpsi yang bergantung jarak terhadap permukaan asorbent
4. Bergantung pada potensial adsorpsinya (ε) dan volume lapisan adsorpsi (Vs)
http://shareimage.org/images/i6mymh1itltehtf9jn.png
4. Teori BET
Asumsi :
1. Permukaan Homogen
2. Tidak ada interaksi antar adsorbat
3. Layer pertama memiliki panas adsorpsi
4. Layer kedua dan berikutnya memiliki panas kondensasi
5. Layer paling atas berkesetimbangan dengan fasa uapnya
6. Pada tekanan jenuh, jumlah layer menjadi tidak terbatas

http://shareimage.org/images/0f35ivg75klew8qc3a.png
Ilustrasi grafik adsorpsi teori BET adalah sebagai berikut
http://shareimage.org/images/ao43i4x1t9brohmmdkua.png
Pada saat terjadi adsorpsi, penambahan tekanan menyebabkan penurunan luas permukaan adsorpsi, namun semakin tinggi tekanan sehingga p > p0 akan menaikkan lagi adsorpsi

4. Adsorpsi cair padat

Adsorpsi larutan pada material padatan sedikit berbeda. Karena larutan melibatkan minimal dua komponen. Yaitu zat yang larut dan zat yang terlarut. Komposisi kedua komponen itu apabila dirubah maka jumlah yang teradsorp juga mengalami perubahan. Antara zat pelarut dan zat yang terlarut bisa saja berkompetisi untuk mudah teradsorp. Bergantung kesesuaian sifatnya dengan adsorben.
Meskipun prinsip adsorpsinya sama, namun perlu diperhatikan apakah sistem larutan yang dimiliki tersebut bersiap ideal atau tidak.
Adsorpsi terjadi pada permukaan padatan, oleh karena itu ada 4 sistem yang perlu diketahui, yaitu bahwa dalam larutan yang akan mengalami adsorpsi ada sebagian molekul zat terlarut berada pada permukaan interface padatan dan sebagian lainnya ada pada fasa bulk yang jauh dari permukaan padatan. Demikian juga pelarutnya, ada sebagian molekul yang berada pada permukaan interface padatan dan sebagian yang lain ada di fasa bulknya. Disimbolkan sebagai berikut
xs1 dan x1, adalah fraksi mol zat terlarut pada permukaan padatan dan fraksi mol zat terlarut pada fasa bulknya
xs2 dan x2, adalah fraksi mol zat pelarut pada permukaan padatan dan fraksi mol zat pelarut pada fasa bulknya

Rumus surface excess amount dapat dihitung dari

Bagaimana dalam eksperimen memperoleh data dari jumlah yang teradsorp?
Pada dasarnya ada dua cara, yaitu menimbang adsorben setelah mengadsorp dan menkarakterisasi senyawa yang ada di adsorben atau dengan mengukur dan menganalisa zat sisa yang tidak teradsorp. Jika anda ingin cara yang menantang tentu pilihan pertama menggiurkan.
Secara umum, jumlah yang teradsorp ditentukan dengan cara yang ke dua. Melalui persamaan berikut.
http://shareimage.org/images/umt6h267s2w8jzdp7rzu.png
dimana nσ1(v) = molekul teradsorp,   Γ1(v) = Surface excess amount, m = massa adsorben, V = volume larutan, s = luas permukaan adsorben,co1 = Konsentrasi adsorbat saat adsorpsi maksimum, c1 = konsentrasi sisa adsorbat.

3. Adsorpsi dan teori BET

Apa yang akan diperoleh dari belajar teori ini ?
1. Anda dapat menentukan luas permukaan suatu padatan
2. Anda dapat menentukan ukuran pori padatan
3. Anda dapat menentukan bentuk struktur pori

Yeah, ke tiga hal di atas penting untuk dikuasai. Kegiatan riset yang melibatkan material selalu memerlukan teknik pengukuran ini untuk mengetahui karakter dan sifatnya.
Asumsi dasar
  1. Teorema adsorpsi langmuir berlaku untuk setiap layer adsorbat yang teradsorp
  2. Adsorbat yang menemukan situs aktif yang sudah terisi tidak langsung serta merta meninggalkannya
  3. Adsobat tersebut mengalami short-live membentuk adsorpsi kompleks dengan adsorbat yang sudah teradsorp di situs aktiv
  4. Semakin naikknya tekanan sehingga p mendekati tekanan uap jenuh po maka jumlah situs bebas pada permukaan adsorben berkurang, demikian juga jumlah situs aktiv yang yang terisi single molecule (layer pertama) akan mengalami penurunan (lihat gambar )
http://shareimage.org/images/oj13b2hx616kzy0zmss.png
Penurunan persamaan BET dapat dilihat di link berikut, sehingga diperoleh perumusan :
http://shareimage.org/images/k0adq22vuiccr1bu52v.png
Nilai C berhubungan dengan perbedaan entalpi adsorpsi antara layer pertama dengan entalpi kondensasi (layer-layer berikutnya). Adapun nilai C secara matematis di hubungkan melalui persamaan
http://shareimage.org/images/7ikeid1mpuzek8wcr5i.png
Dengan nilai Eads vs Econd bisa bervariasi, lebih besar, lebih kecil atau sama. Sehingga grafik adsorpsi menurut lagmuir bisa dibedakan menjadi empat tipe.
http://shareimage.org/images/2bgmhbcahe45eguhue9y.png
Dari persamaan BET maka luas permukaan dapat di ketahui
http://shareimage.org/images/4ndlwm6mw5q0zeyu3304.png
surface area di peroleh darihttp://shareimage.org/images/80g2ognlozyg8xa3d06.png
S      = luas permukaan total
N     = bilangan Avogadro
ωm = luas tampang lintang molekul adsorbat

——————————————Histeresis—————————————-
Histeresis atau loop atau percabangan yang terjadi pada grafik adsorpsi menunjukkan adanya pori pada material tersebut. Hal ini disebabkan oleh kondensasi kapiler adsorbat dengan dinding pori adsorben. Sehingga proses desorpsinya terjadi pada tekanan dibawah tekanan adsorpsinya. Ilustrasinya sebagai berikut

Tipe-tipe pori berdasar histeresis (Oscik, 1982)

Penentuan Surface area pada di ukur pada tekanan rendah yaitu  tekanan p/p0 diukur antara n0l sampai 0,05 sedang untuk menentukan pori pada tekanan yang lebih tinggi. Dalam hal ini tekanan p/p0 diukur antara nol  sampai 1.



Thursday, May 22, 2014

ARTIKEL RADIASI PANGAN


Riza Umami Nur K – M0309048

Iradiasi pangan adalah metode penyinaran terhadap pangan baik dengan menggunakan zat radioaktif maupun akselerator untuk mencegah terjadinya pembusukan dan kerusakan pangan serta membebaskan dari jasad renik patogen. Iradiasi pangan merupakan proses yang aman dan telah disetujui oleh lebih kurang 50 negara di dunia dan telah diterapkan secara komersial selama puluhan tahun di USA, Jepang dan beberapa negara Eropa. Iradiasi pangan adalah metode penyinaran terhadap pangan baik dengan menggunakan zat radioaktif maupun akselerator untuk mencegah terjadinya pembusukan dan kerusakan pangan serta membebaskan dari jasad renik patogen.
Proses iradiasi dilaksanakan dengan melewatkan/ pemaparan pangan (baik yang dikemas maupun curah) pada radiasi ionisasi dalam jumlah dan waktu yang terkontrol untuk mencapai tujuan yang diinginkan (akan dijelaskan di bawah). Di samping untuk alasan keamanan pangan, iradiasi juga dapat dimanfaatkan untuk menunda pematangan beberapa jenis buah-buahan dan sayuran dengan perubahan proses fisiologi jaringan tanaman serta untuk menghambat pertunasan dari umbi-umbian. Proses ini tidak akan meningkatkan tingkat radioaktivitas pangan. Gelombang energi yang dilepas selama proses dapat mencegah pembelahan mikroorganisme penyebab pembusukan pangan seperti bakteri dan jamur melalui perubahan struktur molekul.
Dalam meiradiasi pangan, sumber radiasi yang boleh digunakan adalah:
·         Sinar Gamma dari radionuklida 60Co atau 137Cs
·         Sinar X yang dihasilkan dari mesin sumber yang dioperasikan dengan energi pada atau dibawah 5 MeV;
Elektron yang dihasilkan dari mesin sumber yang dioperasikan dengan energi pada atau dibawah 10 MeV
Kecenderungan dunia menggunakan teknik iradiasi terus meningkat karena adanya keuntungan yang diperoleh antara lain tersedianya pangan yang bebas dari serangan (infestasi) serangga, kontaminasi dan pembusukan; pencegahan penyakit karena pangan; dan pertumbuhan perdagangan pangan yang harus memenuhi standar impor dalam hal mutu dan karantina. Iradiasi pangan memberikan keuntungan praktis jika diterapkan sesuai dengan sistem penanganan dan dengan distribusi pangan yang aman. Lagi pula dengan semakin ketatnya larangan penggunaan insektisida kimia untuk mengendalikan serangga dan mikroba dalam pangan, maka iradiasi merupakan alternatif yang efektif untuk melindungi pangan dari kerusakan akibat serangga serta sebagai tindakan karantina untuk produk pangan segar.

Aplikasi iradiasi pangan
Pada prakteknya terdapat tiga penerapan umum dan kategori dosis dalam menggunakan radiasi ionisasi :
                     Iradiasi dosis rendah : sampai dengan 1 kGy menghambat pertunasan: 0.05 - 0.15 kGy pada: kentang, bawang merah, bawang putih, jahe, ubi jalar, dan lain-lain. Disinfestasi / mencegah serangan serangga dan disinfeksi parasit : 0.15 - 0.5 kGy pada: serealia dan kacang-kacangan, buah segar dan kering, ikan kering dan daging, daging babi, dan lain-lain. Menunda proses fisiologis (misalnya pematangan): 0.25 - 1.0 kGy pada : sayur dan buah segar.
                     Iradiasi dosis medium :1 - 10 kGy Memperpanjang masa simpan : 1.0 - 3.0 kGy pada : ikan segar, strawbeery, jamur, dan lain-lain. Eliminasi mikroba pembusuk dan patogen: 1.0 - 7.0 kGy pada : pangan laut segar dan beku, ternak dan daging segar maupun beku, dan lain-lain. Memperbaiki teknologi pangan : 2.0 - 7.0 kGy pada : anggur (meningkatkan hasil sari buah), sayuran dehidrasi (mengurangi waktu memasak), dan lain-lain.
                     Iradiasi dosis tinggi: di atas 10 kGy Sterilisasi industri (kombinasi dengan pemanasan suhu rendah): 30 - 50 kGy pada: daging, ternak, seafood, pangan steril untuk pasien di rumah sakit, pangan steril untuk astronot, dan lain-lain. Dekontaminasi beberapa bahan tambahan pangan: 10 - 50 kGy pada: rempah, enzim, gum, dan lain-lain.

Keuntungan  iradiasi pangan
 Iradiasi pangan cukup memberikan manfaat yang luas baik bagi industri pangan maupun bagi konsumen antara lain :
                     Mengurangi mikroorganisme patogen, sehingga dapat mengurangi penyakit infeksi, akibatnya biaya yang timbul untuk pengobatan dapat ditekan.
                     Dekontaminasi bumbu, rempah dll sehingga tidak merusak rasa dan aromanya.
                     Memperpanjang masa simpan, sehingga frekuensi transportasi distribusi pangan berkurang, akibatnya dampak transportasi terhadap udara dan lingkungan juga berkurang dan kebutuhan energi untuk transportasi juga dapat ditekan.
                     Mencegah serangan/disinfestasi serangga sehingga dapat menekan berkurangnya gandum, tepung, serealia, kacang-kacangan dan lain-lain karena serangan serangga.
                     Menghambat pertunasan

                     Iradiasi tidak merubah kesegaran produk (karena tidak menggunakan panas).