PERPINDAHAN MASSA Tiga prinsip mekanisme perpindahan massa : 1. Molecular diffusion ( Difusi molekuler ) 2. Interphase mass transfer (one-film theory) 3. Interphase mass transfer (two-film theory) 1. Molecular Diffusion ( Difusi Molekuler ) Difusi adalah peristiwa mengalirnya/berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas secara merata atau mencapai keadaan kesetimbangan dimana perpindahan molekul tetap terjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi. Definisi difusi adalah penyebaran molekul zat dan gas / cairan yang konsentrasinya tinggi (hipertonis) ke gas / cairan yang konsentrasinya lebih rendah (hipotonis). Dengan kata lain setiapzat akan berdifusi menuruni gradien konsentrasinya. Hasil dari difusi adalah konsentrasiyang sama antara larutan tersebut dinamakan isotonis. Proses difusi terjadi karena adanya perpindahan massa suatu zat dimana massa dapat berpindah dari
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PERPINDAHAN MASSA
Tiga prinsip mekanisme perpindahan massa :
1. Molecular diffusion ( Difusi molekuler )
2. Interphase mass transfer (one-film theory)
3. Interphase mass transfer (two-film theory)
1. Molecular Diffusion ( Difusi Molekuler )
Difusi adalah peristiwa mengalirnya/berpindahnya suatu zat dalam
pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi
rendah. Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan disebut gradien
konsentrasi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas
secara merata atau mencapai keadaan kesetimbangan dimana perpindahan
molekul tetap terjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi.
Definisi difusi adalah penyebaran molekul zat dan gas / cairan yang
konsentrasinya tinggi (hipertonis) ke gas / cairan yang konsentrasinya lebih
rendah (hipotonis). Dengan kata lain setiapzat akan berdifusi menuruni
gradien konsentrasinya. Hasil dari difusi adalah konsentrasiyang sama antara
larutan tersebut dinamakan isotonis.
Proses difusi terjadi karena adanya perpindahan massa suatu zat dimana
massa dapat berpindah dari kondisi dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi
rendah. Perpindahan massa dapat terjadi dalam fasa gas maupun cair.
Peristiwa difusi berakhir jika telah mencapai keadaan setimbang antara dua
keadaan (pada keadaan sebelumnya terdapat perbedaan konsentrasi sehingga
keadaan belum setimbang). Proses difusi dapat terus-menerus berlangsung
jika perbedaan konsentrasi antara dua kondisi dipertahankan. Hal ini dapat
dilakukan dengan mengalirkan fluida yang merupakan tempat akan
berdifusinya suatu molekul secara terus menerus. Proses difusi akan berhenti
jika kondisi dari dua fluida sudah sama atau setimbang.
Pada absorbsi gas, zat- terlarut terdifusi melalui fase gas ke antarmuka
antara kedua fase dan melalui zat cair dari antarmuka itu. Pada proses
destilasi, komponen yang bertitik didih rendah terdifusi melalui fase zat cair
ke antarmuka dan dari antarmuka ke fase uap. Komponen yang bertitik didih
tinggi terdifusi pada arah yang berlawanan dan berpindah melalui uap ke zat
cair. Pada proses ekstraksi zat cair , zat terlarut terdifusi melalui fase rafinat
ke antarmuka ,lalu ke fase ekstrak. Pada proses kristalisasi, zat- terlarut
terdifusi melalui cairan induk ke kristal dan mengendap pada permukaan zat
padat. Pada proses humidifikasi ( kelembaban ) tidak ada difusi fase zat cair
karena zat cairnya murni dan tidak mungkin ada gradien konsentrasi di dalam
zat cair itu, tetapi uapnya terdifusi ke antarmuka zat cair- gas.
Ada beberapa macam kecepatan ( velocity )yang diperlukan untuk
memberikan gerakan masing- masing bahan dan fase kesluruhan . Oleh
karena gerakan absolut tidak mempunyai makna , setiap kecepatan itu harus
didasarkan pada suatu keadaan diam sembarang . Molekul- molekul setiap
komponen dalam suatu campuran berada dalam keadaan rambang, jika
seluruh kecepatan sesaat komponen itu di jumlahkan dan diuraikan menjadi
kecepatan yang tegak lurus terhadap antarmuka , dan dibagi dengan
banyaknya molekul zat itu , maka akan di dapat kecepatan makroskopik
komponen itu.
Masalah perpindahan massa dapat diselesaikan dengan dua cara yang
berbeda, pertama dengan menggunakan konsep tahap kesetimbangan
(equilibrium stage) atau kedua atas dasar proses laju diffusi (diffusional rate
process). Cara mana yang dipilih, bergantung pada jenis peralatan yang
digunakan untuk melaksanakan operasi tersebut. Semua perhitungan
perpindahan massa akan memerlukan pengetahuan tentang hubungan
kesetimbangan fase.
Batas perpindahan fase tercapai apabila kedua fase itu mencapai
kesetimbangan dan perpindahan netto berhenti. Untuk proses praktis, yang
harus mempunyai laju produksi, maka proses kesetimbangan harus dihindari,
karena laju perpindahan massa pada setiap keseimbangan. Ada beberapa
macam kesetimbangan yang penting dalam perpindahan massa. Dalam fase
lindak (bulk), pengaruh luas permukaaan dapat diabaikan dan variabel yang
menentukan adalah sifat-sifat intensif seperti suhu, tekanan dan konsentrasi.
Walaupun penyebab difusi umumnya karena gradien konsentrasi,tetapi
difusidapat
juga terjadi karena gradien tekanan, karena gradien suhu, atau karena medan
gaya yang diterapkan dari luar seperti pada pemisah sentrifugal. Difusi
molekuler yang terjadi karena gradien tekanan (bukan tekanan parsial)
disebut difusi tekanan ( pressure diffusion), yangdisebabkan karena gradien
suhu disebut difusi termal (thermal diffusion), sedangkan yang disebabkan
oleh medan gaya dari luar disebut difusi paksa ( forced diffusion).
Jadi difusi adalah pencampuran spontan dari molekul-molekul karena
suatu perbedaan. Perbedaan ini dapat berupa perbedaan suhu atau pun
konsentrasi. Spesi sebuah molekul dalam satu fasa akan selalu berdifusi dari
konsentrasi yang tinggi ke konsentrasi yang rendah, sampai tercapai
konsentrasi yang sama. Ilustrasinya diberikan pada gambar dibawah ini.
Perpindahan molekul suatu spesi (misal A) dinyatakan dalam fluks molar
WA (mol/area.waktu), kearah tertentu. Fluks A (WA) relatif terhadap sebuah
koordinat vektor tertentu. Jumlah WA (partikel A yang berpindah) dalam
koordinat rektangular dinyatakan oleh:
Jika kita mengaplikasikan mole balance pada spesi A, yang mengalir dan
bereaksi di elemen volum ( ∆V=∆x∆y∆z ), kita akan mendapatkan fluks molar
dalam tiga dimensi. Gambar berikut memperlihatkan aliran dari fkuls molar A
dalam koorinat tiga dimensi.
Molar flux balance pada sistem diatas dinyatakan dengan :
Jika membagi persamaan diatas dengan ∆x∆y∆z dan mengambil limit
mendekati nol, maka akan didapat persamaan molar flux balance pada
koordinat rektangular:
Difusi Molekular pada Cairan
Laju difusi molekular untuk cairan lebih kecil apabila dibandingkan
terhadap laju difusi molekul gas. Hal ini disebabkan jarak antara molekul
dalam fasa cair lebih rapat apabila dibandingkan dalam fasa gas. Umumnya
koefisien difusi untuk gas lebih besar hingga105 kali koefisien difusi cairan.
Namun fluks pada gas tidak berbeda jauh dari fluks dalam cair yaitu 100 kali
lebih cepat, hal itu disebabkan karena konsentrasi cair lebih besar daripada
konsentrasi dalam fasa gas.
Persamaan difusi untuk cairan Jarak molekul dalam cairan lebih rapat
daripada dalam fasa gas, maka densitas danhambatan difusi pada cairan akan
lebih besar. Hal ini juga menyebabkan gaya interaksi antarmolekul sangat
penting dalam difusi cairan. Perbedaan antara difusi cairan dan difusi
gasadalah bahwa pada difusi cairan difusifitas sering bergantung pada
konsentrasi daripadakomponen yang berdifusi.Equimolar counterdiffusion,
dimulai dengan persamaan umum fick kita dapat mensubstitusiuntuk NA =
NB pada keadaan steady state.
Difusi melalui membran dapat berlangsung melalui tiga mekanisme, yaitu:
1 .Difusi sederhana (simple difusion),
2. Difusi melalui saluran yang terbentuk oleh protein trans membran
3. Difusi difasilitasi ( fasiliated difusion).
Difusi melalui membran berlangsung karena molekul-molekul yang
berpindah atau bergerak melalui membran bersifat larut dalam lemak (lipid )
sehingga dapat menembus lipid bilayer pada membran secara langsung.
Membran sel permeabel terhadap molekul larut lemak seperti hormon steroid,
vitamin A, D, E, dan K serta bahan-bahan organik yang larut dalam lemak,
Selain itu, membran sel juga sangat permeabel terhadap molekul anorganik
seperti O, CO₂, OH, dan H₂O. Beberapa molekul kecil khusus yang terlarut
serta ion-ion tertentu, dapat menembus membran melalui Saluran ini
terbentuk dari protein transmembran, semacam pori dengan diameter tertentu
yang memungkinkan molekul dengan diameter lebih kecil dari diameter pori
tersebut dapat melaluinya. Sementara itu, molekul – molekul berukuran besar
seperti asam amino, glukosa,dan beberapa garam – garam mineral, tidak
dapat menembus membrane secara langsung, tetapi memerlukan protein
pembawa atau transporter untuk dapat menembus membran. Proses masuknya
molekul besar yang melibatkan transporter dinamakan difusi difasilitasi, yaitu
pelaluan zat melalui rnembran plasma yang melibatkan protein pembawa atau
protein transporter. Protein transporter tergolong protein transmembran yang
memiliki 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 glukosa diperlukan protein transporter
yang khusus untuk mentransfer glukosa kedalam sel. Protein transporter
untuk glukosa banyak ditemukan pada sel-sel rangka, otot jantung, sel-sel
lemak dan sel-sel hati, karena sel –sel tersebut selalu membutuhkan glukosa
untuk diubah menjadi energi.
Syarat suatu partikel atau molekul dapat melewati membrane sel dengan cara
difusi adalah:
1. Partikel atau molekul tersebut merupakan partikel atau molekul
sederhana
2. Berukuran kecil
3. Dapat larut dalam air ataupun lemak
Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi :
1. Perbedaan Konsentrasi
Makin besar perbedaan konsentrasi antara dua bagian, makin besar
proses difusi yang terjadi.
2. Jarak Tempat Berlangsungnya Difusi
Makin dekat jarak tempat terjadinya difusi, makin cepat proses difusi
yang berlangsung.
3. Area Tempat Berlangsungnya Difusi
Makin luas area difusi makin cepat proses difusi
4. StrukturTempat Berlangsungnya Difusi
Adanya pori-pori pada membran (sekat) meningkatkan proses difusi.
Makin banyak jumlah pori dan makin besar ukuran pori, makin
meningkatkan proses difusi..
5. Ukuran dan Tipe Molekul Yang Berdifusi
Molekul-molekul berukuran kecil (misalnya, oksigen), berdifusi lebih
cepat daripada molekul-molekul berukuran besar (misalnya, karbon
dioksida)
Molekul-molekul yang larut dalam bahan-bahan penyusn membran,
berdifusi lebih cepat. Misalnya, molekul-molekul yag larut dalam
berdifusi lebih cepat daripada molekul-molekul yang tidak larut dalam
air.
6. Suhu, makin tinggi difusi makin cepat
7. BM makin besar difusi makin lambat
8. Kelarutan dalam medium, makin besar difusi makin cepat
Gambar Contoh Difusi
Macam - macam & Proses Difusi
1. Difusi Sederhana
Difusi sederhana berarti bahwa gerakan kinetik molekuler dari molekul
ataupun ion terjadi melalui celah membran atau ruang intermolekuler
tanpa perlu berikatan dengan protein pembawa pada membran.
Kecepatan difusi ditentukan oleh : jumlah zat yang tersedia, kecepatan