si Fisika (JAF) Jurusan Fisika UHO-KENDARI --- Jurnal Aplika
1 of 1
HOME
ABOUT
LOG IN
REGISTER
Home > Archives > Vol 11, No 2 (2015)
http://ojs.uho.ac.id/index.php/JAF/issue/view/203
SEARCH
CURRENT
ARCHIVES
OPEN JOURNAL SYSTEMS
Journal Help US ER
Vol 11, No 2 (2015) JURNAL APLIKASI FISIKA TABLE OF CONTENTS
Username Password Remember me Log In NOT IFI CATI ONS View Subscribe / Unsubscribe
JOU RNAL C ONT ENT Search
All Search Browse By Issue By Author By Title Other Journals
FONT SI ZE
INF OR MAT IO N For Readers For Authors For Librarians
ISSN: 1858-4020
05/09/2016 10:54
urnal Aplikasi Fisika (JAF) Jurusan Fisika UHO-KENDARI --- J
1 of 1
HOME
ABOUT
LOG IN
REGISTER
http://ojs.uho.ac.id/index.php/JAF/issue/view/203/showToc
SEARCH
CURRENT
OPEN JOURNAL SYSTEMS
ARCHIVES
Journal Help
Home > Archives > Vol 11, No 2 (2015)
US ER
Vol 11, No 2 (2015)
Username Password
JURNAL APLIKASI FISIKA
Remember me Log In
Table of Contents
NOT IFI CATI ONS
VOLUME 11 NO. 2, AGUSTUS 2015 ANALISIS PROKSIMAT DAN NILAI KALOR BRIKET HIBRID (BROWN COAL – SEKAM PADI) DENGAN PEREKAT LIQUID VOLATILE MATTER (LVM) YANG DIPREPARASI DENGAN METODE PIROLISIS Rahmat ., H.M. Jahiding, E.S. Hasan PRODUKSI DAN KARAKTERISASI SENYAWA LIQUID VOLATILE MATTER AMPAS SAGU MENGGUNAKAN METODE PIROLISIS DAN GAS CHROMATOGRAPHY Muhammad Jahiding, W.O.S. Ilmawati, M. Burhan THEORETICAL ANALYSIS OF MICROWAVE SINTERING OF CERAMICS Muhammad Zamrun F PENGARUH TEMPERATUR KALSINASI TERHADAP KAPASITANSI SUPERKAPASITOR PADA KOMPOSIT TIO2-ARANG AKTIF KULIT BIJI METE Muhammad Anas, Hajjah Hunaidah PERCEPATAN REAKSI KIMIA DENGAN PEMANASAN MIKROWAVE I Nyoman Sudiana, Muhammad Zamrun Firihu Ponderomotive Force Generated by Microwaves During Sintering Muhammad Zamrun F, I Nyoman Sudiana
View Subscribe / Unsubscribe
PDF
JOU RNAL C ONT ENT PDF
Search
All PDF PDF
PDF
Search Browse By Issue By Author By Title Other Journals
PDF
FONT SI ZE
ISSN: 1858-4020 INF OR MAT IO N For Readers For Authors For Librarians
05/09/2016 11:12
PERCEPATAN REAKSI KIMIA DENGAN PEMANASAN MIKR...
HOME
ABOUT
LOG IN
REGISTER
SEARCH
http://ojs.uho.ac.id/index.php/JAF/article/view/1277
CURRENT
ARCHIVES
Home > Vol 11, No 2 (2015) > Sudiana
OPEN JOURNAL SYSTEMS
Journal Help US ER Username Password
PERCEPATAN REAKSI KIMIA DENGAN PEMANASAN MIKROWAVE I Nyoman Sudiana, Muhammad Zamrun Firihu
Remember me Log In NOT IFI CATI ONS View Subscribe / Unsubscribe
Abstract Penelitian ini untuk membuat silica keramik dengan menggunakan energi mikrowave. Silika diproduksi dari sekam padi yang diperoleh di persawahan di Sulawesi Tenggara. Silika yang diperoleh memiliki kemurnian rata-rata 93.8 %. Silika ini di buat pellet lalu disinterring sampai suhu 1100 oC untuk mendapatkan keramik dengan kualitas tinggi. Mikrowave yang digunakan dari hasil modifikasi oven microwave komersial. Hasilnya dibandingkan dengan pemanasan biasa (dengan tanur listrik). Hasil ekperimen menunjukkan perbedaan yang signifikan dibandingkan keramik hasil pemanasan biasaterhadap sifat-sifat keramik. Ini menunjukkan bahwa ada ‘microwave effect’ terhadap silika selama sintering. Full Text: PDF
Refbacks
JOU RNAL C ONT ENT Search
All Search Browse By Issue By Author By Title Other Journals
There are currently no refbacks. FONT SI ZE
INF OR MAT IO N For Readers For Authors For Librarians
1 of 1
05/09/2016 11:31
JURNAL APLIKASI FISIKA
VOLUME 11
NOMOR 2
AGUSTUS 2015
PERCEPATAN REAKSI KIMIA DENGAN PEMANASAN MIKROWAVE I.N. Sudiana dan M. Zamrun Firihu Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Halu Oleo, Kendari, Sulawesi Tenggara, 93231 E-mail :
[email protected] Abstrak Penelitian ini untuk membuat silica keramik dengan menggunakan energi mikrowave. Silika diproduksi dari sekam padi yang diperoleh di persawahan di Sulawesi Tenggara. Silika yang diperoleh memiliki kemurnian rata-rata 93.8 %. Silika ini di buat pellet lalu disinterring sampai suhu 1100 oC untuk mendapatkan keramik dengan kualitas tinggi. Mikrowave yang digunakan dari hasil modifikasi oven microwave komersial. Hasilnya dibandingkan dengan pemanasan biasa (dengan tanur listrik). Hasil ekperimen menunjukkan perbedaan yang signifikan dibandingkan keramik hasil pemanasan biasaterhadap sifat-sifat keramik. Ini menunjukkan bahwa ada ‘microwave effect’ terhadap silika selama sintering. Kata Kunci: mikrowave, reaksi kimia, microwave effect. diyakini I. PENDAHULUAN Mikrowave belakangan diaplikasikan kehidupan.
di
berbagai
bidang
bidang
kimia,
Dalam
[1].
ini
konveksi, konduksi, dan atau radiasi panas dari permukaan
material melalui interaksi molekul dengan
molekul dan dipole dalam bahan atau ion-
medan elektromagnetik [2]. Mikrowave
yang beperan
dapat
mengubah energi ektromagnetik menjadi
ultrasound, dan oksidasi
ekonomis, namun tetap mempertahankan dibandingkan
ramah dengan
untuk
pembuatan
seperti eksploitasi steam, hidrotermal,
mikrowave umumnya cepat, bersih dan dan
diterapkan
biomass, berbagai tehnik pretreatment
panas. Reaksi kimia dengan memanfaatkan
reaksi
material. Sebaliknya
energi mikrowave ditransfer langsung pada
kimiawi memanfaatkan kemampuan gerak
hasil
Pada proses konvensional energi
termal ditransfer ke material melalui
pemanasan dan sumber energi pada proses
ion konduksi dalam zat
sebagai teknologi masa depan
basah telah
dilakukan untuk lignoselulosa biomassa.
lingkungan
Mikrowave
metode
pretreatment
merupakan
pretreatment dengan efisiensi energi dan
konvensional. Oleh karena itu mikrowave 38
JAF Vol 11 No. 2 (2015) 38-43
mudah diimplementasikan untuk level
absorpsi akan terjadi seperti konduksi
komersial [3].
ionic, relaksasi ion, proses multi phonon,
Beberapa laporan menyebutkan bahwa mikrowave
mempercepat
dsb
reaksi,
[5].
Absorspsi
tersebut
yang
transfer
material
berbeda-beda
yang
dihasilkan
oleh
material adalah hasil dari semua proses
berdasarkan kecepatan dan homogenitas panas
microwave
dari
untuk
masing-masing karna
selain
gelombang mikro. Sebagai contoh, waktu
dipengaruhi lingkungan juga oleh kondisi
reaksi
termodinamik bahan.
menjadi
Pretreatment yang
lebih
cepat
[4].
Secara umum rata-rata energy yang diserap persatuan volume oleh bahan adalah:
menggunakan mikrowave
dipadukan
dengan
penambahan
NaOH dapat meningkatkan kadar selulosa [1]
batang pisang kepok dibandingkan dengan
dimana ε adalah konstanta dielektrik dari
metode konvensional [4].
material,
Namun sampai saat ini mekanisme
adalah kecepatan sudut, H
meningkatkan
adalah medan magnet, o pemeabiliti
reaksi kimia masih dalam perdebatan.
magnetik, adalah dielectric losses
Beberapa penelitian mengemukakan teori
adalah magnetic losses, adalah , adalah
tentang
tambahan
konduksi ionic, dan 0 adalah permitivitas
(ponderomotive force) ataupun karena
dari ruang hampa. Mekanisme pemanasan
munculnya titik-titik panas baru (new
oleh komponen medan E dari microwave
hotspot) dalam bahan
yang bereaksi
diperlihatkan pada Gambar 1 [6]. Medan E
selama di radiasi oleh mikrowave. Dalam
menyebabkan osilasi dari dipole dan ion,
tulisan
osilasi ini diteruskan ke menjadi vibrasi
bagaimana
mikrowave
keberadaan
ini
dianalisis
gaya
beberapa
hasil
kisi dan selanjutnya meningkatkan suhu
microwave pada reaksi kimia.
benda akibat gerak molekul. II. Mekanisme absorpsi microwave
Saat radiasi microwave diberikan pada
material,
beberapa
mekanisme
39
Percepatan Reaksi………………………………………………………………….(Sudiana,dkk)
Gambar 1 Konversi energi selama pemanasan microwave oleh komponen medan E [6].
Penyerapan energi ini menyebabkan kenaikan temperature dari bahan,
sesuai
dengan Persamaan 2 [5]. Nampak dari persamaan 2 bahwa laju kenaikan suhu sangat bergantung pada sifat bahan. ε ε
Dimana ε
(2) dielectric loss efektif, f adalah frekuensi ( Hz), Erms akar rata-rata kuadrat dari
medan E( V/m), adalah kerapatan ( kg/m3 ) dan Cp adalah kapasitas panas benda ( J/kgoC). Mekanisme serapan gelombang elektromagnetik pada bahan sangat bergantung pada frekuensi gelombang EM selain suhu dan sifat termodinamik benda lainnya. Kebergantungan pada frekuensi digambarkan seperti pada Gambar 2.
Fig. 2 Mekanisme serapan dari gelombang elektromagnetik pada bahan untuk berbagai frekuensi EM 40
JAF Vol 11 No. 2 (2015) 38-43
III. EKPERIMEN CHEMISTRY Dalam
microwave
MICROWAVE
untuk
aplikasi
reaksi
kimia.
Pengukuran suhu juga harus seakurat mungkin
ekperimen
agar dapat dianalisa microwave effect nya
menggunakan
microwave untuk reaksi kimia dibutuhkan
dengan
peralatan khusus yang yang dirangkai dengan
fiberoptik karna bila menggunakan sensor
microwave agar hasil reaksi seperti gas, uap,
suhu
dan
dicelupkan dan akan mempengaruhi reaksi
atau
tekanan
yang
tinggi
tidak
benar. biasa
Biasanya
seperti
menggunakan
thermocouple
harus
kimia dalam pengukurannya.
menimbulkan kerusakan pada microwave. Gambar 3 dan 4 salah satu contoh desain
Gambar 3. Rancangan tabung reaksi untuk mikrowave yang dilengkapi dengan pengaman dan multitabung [6]
41
Percepatan Reaksi………………………………………………………………….(Sudiana,dkk)
Gambar 4. Microwave raktor kimia (kiri) yang dilengkapi dengan pengukur suhu fiber optic dan reactor konvensional (kanan) [6] III. HASIL-HASIL EKPERIMEN MIKROWAVE MEMPERCEPAT REAKSI KIMIA Dibawah ini ditampilkan efek microwave terhadap beberapa proses kimiawi. Walaupun penjelasan teoritiknya belum memadai dapat ekperimen ini dapat diulang dan menghasilkan hasil yang mengindikasikan bahwa ada percapatan proses akibat gelombang microwave.Tabel 1 menunjukkan proses kimia dan perbandingan hasilnya dengan microwave dan cara konvensional. Tabel 1. Perbandingan hasil reaksi menggunakan radiasi microwave dan metode konvensional [1] Durasi (menit) % Hasil Reaksi Konvensional Microwave Konvensional Microwave Sintesis Fluoresein
600
35
70
82
60
8
70
73
Reaksi Biginelli
360
35
70
75
Sintesis Aspirin
130
1
85
92
Kondensasi pada benzoin dengan Urea
Hasil lain adalah percepatan reaksi Mannich (Gambar 5) dan efek microwave ditampilkan pada dan Tabel 2.
JAF Vol 11 No. 2 (2015) 38-43
Nampak pada suhu yang sama dan waktu yang sama hasil reaksi dengan microwave lebih banyak. Hal ini jelas menunjukkan adanya nonthermal effect.
Gambar 5. Reaksi Mannich Tabel 2. Perbandingan hasil reaksi Mannich menggunakan radiasi microwave dan metode konvensional (oil bath) Metode Reaksi Suhu (oC) Waktu Hasil (%) Mikrowave (7 W) 65 5 jam 79 Reaksi Mikrowave (57 W) 65 5 jam 83 Mannich Konvensional 65 5 jam 81 Percepatan oksidasi dari benzyl alcohol pada microwave prosessing dilaporkan oleh ddd,dkk [7]. Dari grafik ini menunjukkan bahwa oksidasi dari benzyl alcohol pada microwave (MW) jauh lebih cepat dibandingkan dengan konvensional(CH).
Gambar 6. Oksidasi dari benzyl alcohol pada microwave (MW) dan konvensional(CH) heating [7] Hasil-hasil ini menunjukkan bahwa
bukan wadahnya. Sebuah contoh khas
microwave mempercepat reaksi kimia.
adalah penggunaan radiasi gelombang
Pemanasan dengan cara radiasi microwave
mikro dalam proses pengabuan. Sebagai
adalah proses yang sangat efisien dan
sistem pengabuan bisa mencapai suhu
menghasilkan penghematan energi yang
lebih dari 800 ° C dalam 50 menit
signifikan.
dibandingkan dengan cara konvensional
Hal
ini
terutama
karena
microwave memanaskan hanya sampel
yang lama [8]. 42
Gambar 7 Pemanasan reaksi kimia dengan konvensional (kiri) dan microwave (kanan) Pemanasan
dengan
radiasi
sebelum tersebar ke bahan yang bereaksi
seperti
metode
(Gambar7).
microwave
tidak
pemanasan
konvensional,
yang
Walaupun banyak hasil menunjukkan
memberikan pemanasan merata di seluruh
microwave mempercepat proses kimiawi
campuran
namun beberapa ilmuwan meragukannya.
reaksi
(Gambar
2),
yang
meningkatkan suhu dari seluruh volume,
Hal
dimana
dalam
pengukuran
tabung
selama reaksi sehingga beberapa peneliti
minyak panas (oil bath) dimana bagian
mengklaim bahwa perbedaan hasil tersebut
dinding yang pertama-tama dipanaskan
bukan
diikuti dengan campuran reaksi yang
perbedaan suhu dari reaktan. Analisis dari
kontak langsung dengan dinding pembuluh
level energi diuraikan berikut ini.
pada
konvensional
pemanasan
seperti
dengan
ini
karna
susahnya
temperature
karna
microwave
membuat
yang
akurat
tapi
Tabel 3. Frekuensi microwave, panjang gelombang, dan energi photon Frekuensi (GHz)
Panjang Gelombang
Energi (eV)
(mm) 0.3 300
1.24 x 10-6 1.24 x 10-3
1000 1 Tabel 4. Level energi ikatan atom
Energi level eV
Gerak Brown (200 K) 0.017
Ikatan Hidrogen 0,04-0,44
Ikatan kovalen
4,51 (C-H) dan 3,82 (C-C) kJ/mol 1.64 3,8-42 4,35 (C-H) dan 3,68 (C-C) Tabel 5. Driving force untuk proses kimia dan sintering
Ikatan Ionik 7,6 730
karna
JAF Vol 11 No. 2 (2015) 38-43
Driving Force(F )
Nilai
d
10
Driving force microwave (Ponderomotive force)
10
Driving force untuk reaksi kimia
10
Nampak dari level energi dari microwave dan ikatan antar atom dan driving force untuk reaksi kimia menunjukkan bahwa kecil kemungkinan secara langsung foton dari
microwave
mempercepat
reaksi.
Namun microwave menimbulkan spot-spot panas seperti yang dilaporkan oleh hamper semua peneliti. Hal ini menimbulkan gradient suhu dalam reaktan sehingga kemungkinan mampu mempercepat reaksi seperti hasil ekperimen yang dilaporkan para peneliti sebelumnya. IV
KESIMPULAN
Mikrowave mempercepat reaksi kimia di klaim
-18
Driving force untuk sintering
oleh
para
peneliti.
Hasil-hasil
ekperimen belakangan ini menunjukkan kesesuaian dengan prediksi para ilmuwan. Namun penjelasan teoritik dari hasil-hasil tersebut belum memadai. Gradient suhu dalam reaktan akibat radiasi microwave kemungkinan salah satu penyebabnya.
43
-18
-15
to 10 to 10
-17
-16
N N
-13
to 10 N
REFERENSI [1] Gaba, M., Dhingra N. 2011. Microwave chemistry: General Features and Applications. Indian Journal of Pharmaceutical Education and Research. [2] Thostenson E.T., Chou T.W. 1999. Microwave processing : Fundamental and Applications, Elsevier Composites : Part A 30 (1999) 10551071. [3] Kannan S., T. Ahmed A.S, Ani F. N, 2013. Advanced Materials Research Vol. 701 (2013) pp 249-253. [4] Rosyidin K., K. Yusuf, 2015., Prosiding Simposium Nasional Inovasi dan Pembelajaran Sains 2015. [5] Sutton, W. H., , Microwave Solutions for Ceramic Engineers, Am. Cer. Soc., Ed.by D.E. Clark, D.C. Folz, C.E. Folgar, M.M. Mahmoud , pp. 35-65 ( 2005). [6] K.I. Rybakov, E.A. Olevsky, E.V. Krikun,2013, , J. of American Ceramic Society 96 (4), 1003-1020 [7] Proefschrift, 2009, thesis, Eindhoven University of Technology. [8] Taylor M, Atri SS, Minhas S.2005. Evalueserve analysis: Developments in microwave chemistry.
