DIFUSI PADA ZAT CAIR

 DIFUSI PADA ZAT CAIR

RIZKY APRILIA SUDRAJAT (@Z16-RIZKY)

Abstrak

    Difusi adalah pengangkutan netto bahan dalam fase tunggal tanpa proses mekanik atau melakukan konveksi. Difusi terjadi salah satunya adalah karena gradien konsentrasi. Gradien konsentrasi ini menunjukkan adanya perbedaan tekanan antara dua sisi zat cair yang berbeda. Zat cair yang memiliki konsentrasi lebih tinggi akan bergerak menuju zat cair yang konsentrasinya lebih rendah. Gerak pelarutan ini memiliki model gerak tertentu dan memiliki nilai koefisien difusi yang berbeda untuk tiap-tiap zat. Suhu memiliki peranan penting dalam laju setiap proses termasuk peristiwa difusi, sehingga perlu adanya penelitian untuk melihat peranan suhu dalam proses difusi. Tujuannya adalah untuk mengetahui persamaan kecepatan difusi, mengetahui nilai koefisien difusi zat, dan untuk mengetahui bagaimana pengaruh suhu terhadap koefisien difusi suatu zat. Penelitian ini adalah jenis penelitian eksperimen. Sampel yang digunakan adalah jenis madu alami yang memiliki warna alami dan bersifat larut dalam aquades. Madu yang digunakan adalah madu hutan, madu australia dan madu randu. Analisa data dilakukan dengan menggunakan ralat asal standar deviasi dan ralat grafik. Dari penelitian didapatkan hasil bahwa persamaan kecepatan pelarutan menunjukkan kecepatan semakin lama semakin lambat. Dengan nilai koefisien difusi pada suhu 4 oC, 27 oC dan 50 oC berturut-turut untuk madu hutan adalah 0,3454 mm2 /dt, 0,5379 mm2 /dt, 1,2379 mm2 /dt, untuk madu australia 0,2266 mm2 /dt, 0,4180 mm2 /dt, 1,7764 mm2 /dt, dan untuk madu randu 0,5595 mm2 /dt, 0,71 mm2 /dt, 2,7161 mm2 /dt. Dari nilai koefisien difusi yang diperoleh untuk tiap-tiap suhu terlihat bahwa koefisien difusi terus meningkat seiring kenaikan suhu.

Kata Kunci : Suhu, Koefisien Difusi, Zat Cair

Pendahuluan

    Difusi adalah peristiwa perpindahan partikel dari lingkungan dengan konsentrasi tinggi menuju lingkungan dengan konsentrasi rendah. Proses difusi menjadi proses penting dalam sistem tubuh manusia seperti pada difusi oksigen dan karbondioksida dalam sistem pernapasan, difusi pada sistem saraf, difusi pada molekul, dan difusi pada zat dalam berbagai sistem tubuh manusia.

Difusi sering disebut juga dengan proses pembauran. Proses mengalirnya zat pelarut ini berlangsung hingga seluruh partikel tersebar secara luas dan merata sehingga mencapai titik keseimbangan, yaitu saat perpindahan molekul tetap terjadi walau tidak ada perbedaan konsentrasi.

Rumusan Masalah

1. apa itu difusi?

2. apa itu difusi pada zat cair dan penjelasan mengenai keterkaitannya!

Tujuan

1. untuk mengetahui tentang difusi dan penjelasan keterkaitannya

2. untuk mengetahui tentang keterkaitan difusi pada zat cair dan penjelasan detailnya.

PEMBAHASAN

Pengertian Difusi

    Dilansir Britannica Encyclopedia, difusi adalah proses yang dihasilkan dari gerakan molekul dimana alirannya berpindah dari daerah berkonsentrasi tinggi ke daerah berkonsentrasi rendah. Menurut definisi tersebut, perbedaan konsentrasi dalam dua larutan dikenal juga dengan sebutan gradien konsentrasi. Meski tidak ada perbedaan konsentrasi, perpindahan molekul tetap dapat terjadi untuk mencapai kesetimbangan.

Proses difusi juga berlaku dalam tubuh manusia. Berdasarkan penjelasan di Modul Biologi Kelas XI yang disusun oleh Saifullah (2020), difusi adalah proses perpindahan partikel suatu zat dari larutan berkonsentrasi tinggi ke larutan dengan konsentrasi rendah untuk mencapai keseimbangan.

Contoh difusi dalam tubuh manusia adalah ketika kita menarik napas, alveolus mengembang dan oksigen masuk ke paru-paru. Lalu, ketika mengembuskan napas, alveolus mengempis dan karbondioksida keluar dari tubuh. Nah, proses ini terjadi disebabkan molekul bergerak dari konsentrasi tinggi ke rendah.

Secara umum, difusi adalah salah satu peristiwa perpindahan massa yang prosesnya sering juga dilakukan dalam industri-industri. Proses difusi minimal melibatkan dua zat, salah satu zat berkonsentrasi lebih tinggi daripada zat lainnya atau dapat dikatakan dalam kondisi belum setimbang, Keadaan ini dapat menjadi driving force dari proses difusi.

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. Contoh yang sederhana adalah uap air dari cerek yang berdifusi dalam udara. Lambat laun cairan menjadi manis. Contoh lain adalah pemberian gula pada cairan teh tawar. Difusi yang paling sering terjadi adalah difusi molekuler. Difusi ini terjadi jika terbentuk perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekul yang diam dari solid atau fluida.

Pada percobaan ini, yang diteliti ialah proses difusi gas cair dan proses difusi cair-cair. Pada percobaan ini digunakan cairan aseton dengan variasi temperatur untuk mengetahui pengaruhnya terhadap proses difusi. Untuk difusi gas cair digunakan cairan yang mudah menguap, sehingga proses difusi mudah untuk dilihat. Pada difusi cair-cair digunakan larutan yang mudah terurai ion-ionnya di dalam air ,sehingga proses difusi mudah untuk diamati.

Pada percobaan ini dilakukan variasi konsentrasi untuk mengetahui pengaruhnya terhadap proses difusi. Variasi ini dilakukan agar diperoleh suatu perbandingan dari kedua variasi tersebut serta pengaruhnya terhadap koefisien difusi.

               

Contoh difusi dalam kehidupan sehari-hari, di antaranya:

1. Ikan air tawar yang diletakkan di dalam air laut menyebabkan volume tubuh ikan akan menyusut karena air laut bersifat hypertonic terhadap sel tubuh mahluk hidup. Mengkonsumsi air laut menyebabkan tubuh akan mengalami dehidrasi.
2. Parfum yang disemprotkan akan menyebar ke seluruh ruangan karena berdifusi dengan udara.
3. Gula yang dimasukkan ke dalam minuman panas di dalam gelas akan menyebar ke seluruh volume air gelas walaupun tanpa diaduk karena berdifusi di dalam zat cair.

Proses Difusi

    Proses difusi dapat terjadi di zat padat, zat cair, atau zat gas. Dalam hal ini, prosesnya tidak memerlukan energi karena itulah proses difusi disebut juga sebagai sistem transpor pasif. Proses difusi adalah kondisi dimana terjadinya pergerakan partikel zat dengan gerakan acak yang berdifusi dari bagian berkonsentrasi tinggi menuju ke bagian yang lebih rendah melalui membran sel. Sebuah partikel dapat melewati membran tersebut jika ukuran partikel sangat kecil dan dapat larut dalam air maupun lemak.

Proses difusi merupakan proses transport pasif. Di dalam proses difusi partikel zat akan bergerak dari daerah berkonsentrasi tinggi menuju daerah dengan konsentrasi yang lebih rendah, sehingga akan menghasilkan konsentrasi yang sama di dalam zat tersebut.

Proses difusi terjadi akibat adanya pergerakan suatu partikel zat dari daerah yang berkonsentrasi lebih tinggi menuju daerah yang berkonsentrasi lebih rendah melewati suatu membran sel. Syarat agar partikel dapat melalui membran ketika berdifusi ialah ukuran partikel tersebut sangat kecil dan partikel tersebut dapat larut di dalam air dan di dalam lemak.

Permeabilitas membran dalam proses difusi dibedakan menjadi:

1. Impermeabel (Tidak Permeabel)

Membran yang tidak dapat dilalui oleh partikel zat yang terlarut dan air. Contoh: membran di dalam karet.

2. Permeabel

Membran yang dapat dilalui partikel zat-zat terlarut dan air. Contoh: membran sel di dalam kentang.

3. Semipermeabel

Membran yang tidak dapat dilalui oleh partikel zat terlarut dan hanya dilalui oleh air. Contoh: membran sel di dalam sitoplasma.

Difusi dan Biologi

    Dalam mengambil zat-zat nutrisi yang penting dan mengeluarkan zat-zat yang tidak diperlukan, sel melakukan berbagai jenis aktivitas, dan salah satunya adalah difusi. Ada dua jenis difusi yang dilakukan, yaitu difusi biasa dan difusi khusus.

Difusi biasa terjadi ketika sel ingin mengambil nutrisi atau molekul yang hydrophobic (tidak berpolar atau berkutub). Molekul dapat langsung berdifusi ke dalam membran plasma yang terbuat dari phospholipids. Difusi seperti ini tidak memerlukan energi atau ATP (Adenosine Tri-Phosphate).

Difusi khusus terjadi ketika sel ingin mengambil nutrisi atau molekul yang hydrophilic atau berpolar dan ion. Difusi seperti ini memerlukan protein khusus yang memberikan jalur kepada partikel-partikel tersebut ataupun membantu dalam perpindahan partikel. Hal ini dilakukan karena partikel-partikel tersebut tidak dapat melewati membran plasma dengan mudah. Protein-protein yang turut campur dalam difusi khusus ini biasanya berfungsi untuk partikel spesifik. 

Faktor-Faktor yang Memengaruhi Difusi

    Kecepatan difusi suatu partikel atau molekul suatu zat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Berikut ini merupakan sejumlah faktor yang mempengaruhi proses difusi adalah sebagai berikut:

1. Ukuran Molekul yang Meresap

Jika molekul berukuran besar, proses difusi akan lebih lambat untuk melewati membran daripada molekul yang ukurannya lebih kecil.

2. Suhu

Gerakan molekul akan lebih cepat ketika terjadi kenaikan suhu. Hal ini tentunya berdampak pada laju difusi yang juga semakin cepat. Ketika suhu semakin tinggi, partikel akan mendapat energi yang lebih besar untuk bergerak, sehingga kecepatan difusinya semakin besar.

3. Konsentrasi Zat

Laju difusi juga didasarkan kepada besar gradien konsentrasi yang ada pada dua zat.

4. Wujud Materi

Proses difusi pada zat padat biasanya akan lebih lambat dibandingkan dengan zat cair dan zat gas. Contohnya proses difusi O2 pada hewan bersel satu. Difusi dapat terjadi karena konsentrasi O2 di udara lebih tinggi daripada konsentrasi O2 di dalam sel.

5. Ketebalan Membran

Semakin tipis membran sel menyebabkan kecepatan difusi semakin besar.

6. Luas Suatu Area

Semakin besar luas area menyebabkan kecepatan difusi semakin besar.

7. Jarak

Semakin dekat jarak antara dua konsentrasi menyebabkan kecepatan difusi semakin besar.

Jenis-Jenis Difusi

    Difusi memiliki dua macam jenis, yaitu difusi sederhana dan difusi terbantu. Dikutip dari Modul Biologi yang disusun oleh Saefullah (2020), berikut penjelasannya.

1. Difusi Sederhana

Pada jenis ini, difusi adalah perpindahan zat padat, cair, atau gas baik itu melewati atau tidak melewati membran dari bagian berkonsentrasi tinggi (hipertonis) ke bagian berkonsentrasi rendah (hipotonis). Akibat perpindahan ini, konsentrasi zat menjadi sama (isotonis). Sel ingin mengambil nutrisi, atau terjadi pada molekul/partikel hydropobhic (tidak berpolar). Partikel akan langsung berdifusi tanpa memerlukan energi, dan bisa melewati membran langsung.

2. Difusi Terbantu

Proses ini terjadi di sel yang ingin mengambil nutrisi, terjadi di partikel yang punya polar/ion (hydrophilic). Jenis difusi ini memerlukan bantuan protein yang spesifik berupa saluran protein dan protein transpor agar partikel bisa melewati membran. Contohnya pada bakteri Escherichia coli yang akan menurun metabolismenya jika dipindahkan ke dalam medium laktosa karena tidak dapat melalui membran sel.

Namun, dengan bantuan enzim permease, laktosa dapat melewati membran sel. Enzim permease adalah protein membran sel yang membuka jalan untuk ion dan molekul polar tidak bermuatan untuk dapat melewati dua lapisan lipid hidrofobik dari membran sel.

 Macam-Macam Difusi

    Proses difusi yang kita ketahui terbagi ke dalam tiga jenis, yaitu difusi pada material cair, difusi pada material padat, dan difusi pada material gas. Berikut penjelasannya.

1. Difusi Cair

Dikatakan difusi cair jika terjadi perpindahan molekul cairan dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Contohnya yaitu ketika kita merendam kedelai dalam air saat pembuatan tempe. Selama perendaman akan terjadi difusi air dari lingkungan luar (yang kadar airnya tinggi) ke dalam kedelai (yang kadar airnya rendah).

Alat-alat yang dibutuhkan dalam praktikum ini adalah sebuah neraca ohause yang digunakan untuk menimbang pewarna sintetis (teres hijau). Sebuah sendok plastik yang digunakan untuk mengambil teres hijau dari dalam kemasan kedalam kertas sebagai alas untuk menimbang teres hijau. Sebuah gelas beker denagan ukuran 25 ml yang digunakan sebagai wadah air kran dan sebagai wadah larutan teres. Sebuah gelas ukur berukuran 50 ml yang digunakan untuk mengukur volume air kran. Rangkaian alat pemanas yang terdiri dari sebuah bunsen sebagai sumber api,sebuah kaki tiga sebagai penyangga, dan sebuah kasa sebagai alas gelas beker saat dipanaskan. Sebuah termometer yang digunakan untuk mengukur suhu air kran yang dipanaskan.

Sebuah stopwatch untuk menghitung lamanya waktu yang dibutuhkan dalam proses difusi hingga terbentuk larutan yang homogen. Sebuah corong kaca yang digunakan untuk menyaring larutan teres hijau pada gelas beker. Sebuah Pipet tetes yang digunkan untuk mengambil larutan teres dari gelas beker 1 memasukkan 5 ml larutan teres pada wadah lainnya. Bahan-bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah air kran 50 ml yang digunakan sebagai zat pelarut dalam proses difusi. 5 ml larutan teres hijau 30% (dibuat dari 20 ml air kran dan 6 gram teres hijau yang tercampur sampai homogen). Korek api untuk menyalakan api pada bunsen. Sebuah kertas saring yang digunakan untuk membantu penyaringan pada larutan teres berwarna hijau agar terpisah endapannya.

2. Difusi Padat

Dikatakan difusi padat jika terjadi perpindahan molekul padatan dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Contohnya adalah ketika kita melakukan perendaman buah dengan larutan gula dalam pembuatan manisan buah. Selama perendaman selain terjadi difusi air dari lingkungan luar ke dalam buah juga terjadi difusi molekul gula (molekul padatan) ke dalam buah dan ini berarti difusi padatan juga terjadi dalam pembuatan manisan buah ini. Selama ini batasan antara kapan terjadinya difusi air dengan difusi padatan masih belum jelas karena prosesnya sering terjadi bersamaan dan susah untuk dibedakan.

Alat- alat yang dibutuhkan dalam praktikum ini adalah sebuah neraca ohause yang digunakan untuk menimbang pewarna sintetis (teres hijau). Sebuah sendok plastik yang digunakan untuk mrngambil teres hijau dari dalam kemasan kedalam kertas sebagai alas untuk menimbang teres hijau. Sebuah gelas beker denagan ukuran 25 ml yang digunakan sebagai wadah air kran dan sebagai wadah larutan teres. Sebuah gelas ukur berukuran 50 ml yang digunakan untuk mengukur volume air kran. Rangakaian alat pemanas yang terdiri dari sebuah bunsen sebagai sumber api,sebuah kaki tiga sebagai penyangga, dan sebuah kasa sebagai alas gelas beker saat dipanaskan. Sebuah termometer yang digunakan untuk mengukur suhu air kran yang dipanaskan.

Sebuah stopwatch untuk menghitung lamanya waktu yang dibutuhkan dalam proses difusi hingga terbentuk larutan yang homogen. Sebuah corong kaca yang digunakan untuk menyaring larutan teres hijau pada gelas beker.  Sebuah Pipet tetes yang digunkan untuk mengambil larutan teres dari gelas beker 1 memasukkan 5ml larutan teres pada wadah lainnya. Bahan-bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah air kran 20 ml yang digunakan sebagai zat pelarut dalam proses difusi. Pewarna sintetis (teres hijau) sebanyak 6 gram digunakan sebagai zat terlarut dalam proses difusi. Korek api untuk menyalakan api pada bunsen. Sebuah kertas saring yang digunakan untuk membantu penyaringan pada larutan teres berwarna hijau agar terpisah endapannya.

3. Difusi Gas

Dikatakan difusi gas jika terjadi perpindahan molekul gas dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Contohnya yaitu difusi O2 pada pengemas plastik. Ketika kita menggunakan pengemas plastik untuk membungkus suatu bahan, maka selama penyimpanan akan terjadi difusi oksigen dan uap air dari lingkungan luar ke dalam plastik pengemas.

Jumlah oksigen dan uap air yang dapat masuk ke dalam plastik pengemas bervariasi tergantung permeabilitas dari plastik pengemas tersebut. Semakin banyak jumlah oksigen dan uap air yang dapat masuk ke dalam plastik pengemas berarti kualitas plastik pengemasnya semakin buruk. Disini, difusi oksigen merupakan difusi gas dan difusi uap air merupakan difusi cair.

Makin besar perbedan konsentrasi anatara dua daerah, maka makin tajam pula gradasi konsentrasinya sehingga makin lambat pula kecepatan difusinya. Apabila partikel suatu zat dapat bergerak bebas tanpa terhambat oleh gaya tarik, maka dalam jangka waktu tertentu partikel-partikel itu akan tersebar merata dalam ruang yang ada.

Sampai distribusi merata seperti itu terjadi, akan terdapat lebih banyak partikel yang bergerak dari daerah tempat partikel itu lebih pekat ke daerah yang partikelnya kurang pekat, lalu terjadi yang sebaliknya, dan secara menyeluruh gerakan partikel ke arah tertentu disebut difusi. Makin besar perbedaan konsentrasi antara dua daerah, yaitu makin tajam gradasi konsentrasinya, makin besar kecepatan difusinya (Diana, 2013).

Laju difusi dapat dinaikkan dengan cara pengadukan sehingga kondisi kesetimbangan dapat lebih cepat tercapai Peristiwa lain yang juga termasuk sebagai peristiwa difusi adalah tinta biru yangditeteskan dalam air bening. Tinta akan berdifusi perlahan-lahan ke seluruh bagian air hingga diperoleh kondisi kesetimbangan (tidak adanya gradien konsentrasi). Untuk menaikkan laju difusi dapat dilakukan pengadukan, sehingga kondisi kesetimbangan dapat lebih cepat dicapai. Difusi tidak terbatas hanya pada perpindahan lapisan stagnant (diam) zat padat atau zat cair saja.

Pada fluida yang mengandung banyak komponen yang akan berdifusi dalam keadaan diam berlaku hukum Frick untuk campuran antara hukum A dan B, yaitu:

Keterangan:

J*AZ    =  flux molar komponen A pada arah sumbu z untuk arah molekular (kgmolA/s.m2)
DAB    =  difusi molekular molekul A melalui B (m2/s)
z           =  jarak difusi (m)
c           =  konsentrasi A dan B (kgmol/m3)
xA        =  fraksi mol dari A dari campuran A dan B

Jika c adalah konstan, karena cA = cxA maka :

cdxA = d(cxA) = dcA      (2)

Jika persamaan (1) disubstitusi ke persamaan (2) menghasilkan persamaan difusi untuk konsentrasi yang konstan:

Persamaan (3) umumnya digunakan dalam berbagai aplikasi proses difusi molekular. Apabila nilai c bervariasi, maka yang digunakan dalam persamaan (3) adalah nilai rata-ratanya. Untuk aliran massa yang turbulen dengan konsentrasi yang konstan berlaku persamaan:

dengan εM difusivitas massa turbulen dengan satuan m2/s.

Contoh Soal!

1.Contoh Difusi dalam kehidupan sehari-hari?

2.Difusi zat padat dalam zat cair. jelaskan dengan kata sederhana!

Jawaban

 1. Menyeduh teh celup, menyemprotkan parfum atau parfum ruangan, melarutkan gula dalam air, pertukaran oksigen dan karbondioksida dalam darah, asap yang menyebar.

2.Larutan

Jika suatu padatan dibiarkan bersentuhan dengan pelarut berlebih yang melarutkannya, sebagian dari padatan tersebut akan larut. Kita tahu bahwa proses ini disebut pelarutan partikel padat menjadi cairan, yang terjadi karena difusi partikel padat ke dalam cairan.

Difusi juga didefinisikan sebagai pergerakan partikel dari area dengan konsentrasi tinggi ke area dengan konsentrasi rendah dalam volume fluida tertentu (baik cair atau gas) menuruni gradien konsentrasi.

Oleh karena itu, difusi zat padat dalam cairan berarti pergerakan molekul padat ke dalam media cair sepanjang gradien konsentrasi.

DAFTAR PUSTAKA

 Ahamed, A. P. Vermette., 2008, Culture-based Strategies to Enhance Cellulase Enzyme Production from Trichoderma reesei RUT-C30 in Bioreactor Culture Conditions, Biochemical Engineering Journal, 40, 399, dan 407.

 Brown, D.F.J., Edwards, D.I., Hawkey, P.M., Morrison, D., Ridgway, G.L., Towner, K.J. & Wren, M.W.D., 2005, Guidelines for the laboratory diagnosis and susceptibility testing of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), J Antimicrob Chemother, 56, 1000- 1018.

 Childree, L., 2011, Antibiotics Made More Effective By Glucose, http://www.helium.com/items/2156162-sugar-in-antibiotics, diakses tanggal 22 Desember 2012.

 Chirife, J., Herszage, L., Joseph, A., & Kohn, E. S., 1983, In Vitro Study of Bacterial Growth Inhibition in Concentrated Sugar Solutions: Microbiological Basis for the Use of Sugar in Treating Infected Wounds, Journal Antimicrobial Agent and Chemotherapy, 766-773.

 Christopher, K. & Bruno, E., 2003, Identification of Bacterial Species, Association for Biology Laboratory Education (ABLE), 103-130.