Surface Chemistry

1. Surface Chemistry Adsorption

2. ADSORPTION Adsorption is the process in which matter is extracted from one phase and concentrated at the surface of a second phase. (Interface accumulation). This is a surface phenomenon as opposed to absorption where matter changes solution phase, e.g. gas transfer. This is demonstrated in the following schematic.

3. d

4. Important Term If we have to remove soluble material from the solution phase, but the material is neither volatile nor biodegradable, we often employ adsorption processes. Also adsorption has application elsewhere. adsorbate: material being adsorbed adsorbent: material doing the adsorbing.

5. Faktor yang Mempengaruhi: • pH • pH mengakibatkanperubahandistribusimuatanpadapermukaan mineral sebagaiakibatterjadinyareaksiprotonasidandeprotonasigugusSOH. • Permukaanmineral relatiflebihbermuatanpositifpada pH rendah, dan cenderungbermuatannegatif pd pH tinggi • Afinitas anion dan kation terhadap permukaan pd pH rendah dan tinggi?

6. Jaslin et al. 2005

7. Jaslin et al., 2002

8. Faktor yang Mempengaruhi: • Sifat Sorbat • Sifat-sifatsorbatdapatdibilangsebagaifaktorterpenting yang menentukanperilakuadsorpsi. • Beberapasifatspesiesorganik:konsentrasi, strukturmolekul (Weber 1970), jumlahdanposisigugusfungsional (Dashman and Stotzky 1984, Zielkeet al. 1989, Boilyet al. 2000, Johnston et al. 2001), danjenisgugusfungsional.

9. Jaslin et al. 1999

10. Faktor yang Mempengaruhi: • Sifat Sorbat • Untuk sorbat anion: semakintinggikonsentrasi anion, adsorpsipadasitustepi mineral atausitus SOH akanbergeserke pH yang lebihrendahkarenatingginyakonsentrasi anion menuntutlebihbanyaknyajumlah SOH2+, danuntukitu pH medium haruslebihrendah (Jaslinet al. 2004, 2005). • pH juga mempengaruhi secara signifikan distribusi spesies sorbat, sehingga akan mempengaruhi adsorpsi sorbat tersebut

11. -4 1 x 10 M 5 x 10 M -5 -4 1 X 10 M -3 5 X 10 M 100 80 60 % 9-AA teradsorp 40 20 0 4 6 8 10 pH Jaslin et al. 2006

12. Distribusi spesies fosfat sebagai fungsi pH Gambar 5.24. Distribusi spesies fosfat yang dihitung dengan parameter yang tertera dalam Tabel 5.1 pada suhu (∙∙∙∙∙∙∙∙∙)10 oC, (– – –) 30 oC dan (––––) 50 oC. Jaslin et al. 2012

13. Faktor yang Mempengaruhi: • Sifat dan Konsentrasi Sorben • Sorbenyang berbedaakanmempunyaidayaadsorpsi yang berbedaterhadapsuatusorbat. Duajenissampelmontmorillonite (yang satudari Texas, dan yang lainnyadari Wyoming, Amerika) yang memilikiluaspermukaansamaternyatamempunyaidayaadsorpsi yang berbeda. • Dayaadsorpsimontmorillonitedari Texas terhadap 2-aminopyridine jauhlebihrendahdibandingkandenganmontmorillonitedari Wyoming (Jaslinet al. 2005a).

14. Faktor yang Mempengaruhi: • Sifat dan Konsentrasi Sorben • Perbedaantersebutdapatdifahamikarenaperbedaankapasitaspertukarankation(CEC) keduamontmorillonitetersebut, di manamontmorillonitedari Texas jauhlebihkecildibandingkanmontmorillonitedari Wyoming. • Bahkansorben yang sama, tetapiterjenuhkanolehkation yang berbedamempunyaidayaadsorpsi yang berbeda. Sebagaicontoh, montmorillonitedari Texas yang terjenuhkandengankation K+mempunyaidayaadsorpsijauhlebihbesardaripada yang terjenuhkandengankation Ca2+ (Jaslinet al. 2005a).

15. Jaslin et al. Clays and Clay Minerals, 2005

16. Faktor yang Mempengaruhi: • Suhu • Perubahansuhudapatmempengaruhiperilakuadsorpsidengancaramengubahkarakterkomponendasardarisistemadsorpsi, sepertisifatkimiasorbatdanmuatanpermukaansorben. Sebagaicontoh, Brady et al. (1992, 1994, 1996) menunjukkanbahwakonstantekeasamansilika, alumina, dan kaolinite, sertamuatanpermukaannyaberubahsampaisatusetengahkalinyadarisuhu 25 oCke 70 oC. • Kinetikaproses adsorpsijugaberubahkarenaperubahansuhu. Bruemmeret. al. (1988) menunjukkanbahwakinetikaadsorpsi / desorpsidapatberubahsecarasignifikanakibatperubahansuhu yang sedang-sedangsaja (sekitar 30 K).

17. 100 80 60 o 50 C % fosfat terjerap o 30 C 40 o 10 C 20 0 3 4 5 6 7 8 9 10 pH Effect of T to Adsorption Edges Jaslin et al., Thermodinamic Parameters on theSorption of Phosphate Ions by Montmorillonite,2012

18. Faktor yang Mempengaruhi: • Medium Elektrolit • Adsorpsi kation ditemukan naik jika medium elektrolit dinaikkan (Schinder et al. 1987, Puls and Bohn 1988, Spark 1995). • Ion dari elektrolit dpt berinteraksi dgn sorben dan mengubah karakteristik permukaan sorben • Ion dari elektrolit dpt berkom[petisi dgn sorbat utk permukaan (Spark et al. 1995)

19. Interaksi yang Mungkin Ikatan antara sorben dan sorbet dapat terjadi melalui tarikan elektrostatik atau pembentukan ikatan kimia yang spesifik atau ikatan fisika. Beberapa mekanisme reaksi ikatan kimia yang menyebabkan terbentuknya kompleks tersebut, misalnya: • Interaksi elektrostatik Sorbat dapat terprotonasi atau terdeprotonasi, dan berinteraksi dengan gugus aktif di permukaan sorben.

20. Interaksi yang Mungkin • Pertukaran ion Sorbate kation dapat menggantikan kation logam anorganik dalam mineral melalui tarikan elektrostatik (Nearpass 1970, Baker and Luh 1971, Gemeay et al. 2002, Jaslin et al. 2005).

21. Interaksi yang Mungkin • Ikatan hidrogen • Sorbat dapat berinteraksi dengan gugus fungsional permukaan melalui pembentukan ikatan hidrogen. • Di dalam suatu penelitian adsorpsi ditemukan bahwa piridin dilaporkan membentuk ikatan hidrogen yang kuat dengan molekul air yang terkoordinasi oleh Cu2+ yang teradsorb oleh kaolinite (Reis 1996). • Ikatan hidrogen dapat terjadi antara molekul organik polar yang terkoordinasi oleh air, dan kation-kation yang terikat oleh permukaan mineral lempung. Ikatan semacam ini disebut juga jembatan air (water bridging) (Kowalska et al. 1994). • Water bridging juga telah dilaporkan sebagai mekanisme reaksi antara aminopiridin dan bentonit, sepiolite, dan montmorillonite (Akyüz 1999, 1999a, 2001).

22. Interaksi yang Mungkin • Pembentukan ion dipol Kation dari sorben dapat membentuk koordinasi tipe ion dipol dengan molekul organik anionik atau non-ionik (Lδ¯) yang dapat menyumbangkan elektron.

23. Interaksi yang Mungkin • Interaksi hidrofobik • Spesies sorbat hidrofobik cenderung membentuk agregat dan mengikat permukaan melalui interaksi yang menghasilkan hidofobisitas dan ikatan dengan permukaan yang lebih kuat. • Sebagai contoh, interaksi hidrofobik diusulkan sebagai suatu mekanisme adsorpsi: • asam polimaleat dan fulvat oleh gothite (Wang et al. 1997), • asam amino poliasetat oleh -Al2O3 (Bowers and Huang 1985). • keberadaan asam ftalat dapat memacu adsorpsi suatu molekul hidrofobik antrasin yang sama sekali tidak teradsorb oleh kaolinite dan goethite. Hal ini dikarenakan asam ftalat dapat terikat oleh kaolinite dan gothite dan meninggikan hidrofobisitas permukaan mineral lempung tersebut (Angove et al.2002).

24. Interaksi yang Mungkin • Ikatan pi • Spesies sorbat dapat menyumbangkan dan menggunakan bersama elektron pi-nya dengan gugus aktif permukaan. • Ikatan semacam ini telah diusulkan oleh Harris et al. (2001) untuk adsorpsi molekul poliaromatik oleh kaolinite.

25. Interaksi yang Mungkin • Ikatan van der Waals • Spesies sorbat dapat mengikat gugus aktif permukaan. • Energi ikatan van der Waals ini sangat lemah. • Ikatan semacam ini terjadi ketika atrazin mengikat smektit (Bariusso et al. 1994), • juga untuk ikatan antara sistein dan montmorillonite (Brigatti et al. 1999).

26. Tugas: • Temukan satu artikel tentang adsorpsi (utamanya ttg reaksi antara sorbat dan sorben) dan ulas: • Faktor2 yang berpengaruh dalam adsorpsi yang dibahas/dikontrol dalam penelitian • Jenis ikatan yang terjadi dalam interaksi antara sorbat dan permukaan sorben.

27. Selamat Belajar • Terima kasih ata perhatiannya