diffusion in-solids-difusi-dalam-padatan

Download Diffusion in-solids-difusi-dalam-padatan

Post on 16-Jul-2015

434 views

Category:

Science

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • MAKALAH

    MATERIAL TEKNIK

    DIFFUSION IN SOLID

    Disusun Oleh :

    Damar Dwiyadi Pratama (3333101066)

    JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK

    UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

    2011

  • KATA PENGANTAR

    Puja dan puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat limpahan

    rahmat dan hidayahnya, penulis dapat menyelesaikan makalah ini.

    Makalah ini dibuat oleh penulis dalam rangka memenuhi tugas mata kuliah material teknik di

    program pendidikan sarjana teknik industri Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Selain itu juga

    bertujuan agar mengerti tentang difusi dalam padatan.

    Terimakasih penulis ucapkan untuk pribadi-pribadi yang telah memberi bantuam moral dalam

    penyelesaian makalah ini. Penulis sadar bahwa tidak ada yang sempurna di dunia ini. Oleh

    karenanya saran dan kritik yang membangun dapat pembaca berikan agar penulis bias menjadi

    lebih baik lagi dikemudian waktu.

    Cilegon, 15 Oktober 2011

    Damar Dwiyadi Pratama

  • DAFTAR ISI

    HALAMAN JUDUL. i

    KATA PENGANTAR... ii

    DAFTAR ISI. iii

    BAB I PENDAHULUAN

    1.1 Difusi1

    1.2 Macam Macam Difusi2

    1.2.1 Difusi Cair..2

    1.2.2 Difusi Padat2

    1.2.3 Difusi Gas...2

    BAB II PEMBAHASAN

    2.1 Persamaan Arrhenius4

    2.2 Mekanisme Difusi5

    2.3 Fenomena Interdifusi6

    2.4 Self-diffusion7

    2.5 Difusi Volume..8

    2.6 Difusi Bidang Batas.8

    2.7 Difusi Permukaan.9

    2.8 Efek Hartley-Kirkendall...10

    2.9 Difusi Dan Ketidak-Sempurnaan Kristal..10

    BAB III PENUTUP

    3.1 Kesimpulan12

    Daftar Pustaka

  • BAB I

    PENDAHULUAN

    Difusi memainkan peran kunci dalam banyak proses yang beragam seperti

    mencampurkan gas dan cairan, perembesan atom atau molekul melalui

    membran, penguapan cairan, pengeringan kayu, doping wafer silikon untuk

    membuat perangkat semikonduktor, dan transportasi neutron termal di reactor nuklir. Tingkat

    reaksi kimia yang penting, dibatasi oleh seberapa cepat difusi dapat membawa sebuah reaktan

    secara bersamaan atau mengantar mereka ke tempat terjadinya reaksi pada enzim. Atau katalis

    yang lainnya.

    1.1 DIFUSI

    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. Contoh yang sederhana adalah

    pemberian gula pada cairan teh tawar. Lambat laun cairan menjadi manis. Contoh lain adalahuap

    air dari cerek yang berdifusi dalam udara. 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.

    Ada beberapa faktor yang memengaruhi kecepatan difusi, yaitu:

    Ukuran partikel. Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu akan bergerak,

    sehinggak kecepatan difusi semakin tinggi.

    Ketebalan membran. Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi.

    Luas suatu area. Semakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya.

    Jarak. Semakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya.

  • Suhu. Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih cepat.

    Maka, semakin cepat pula kecepatan difusinya

    1.2 MACAM-MACAM DIFUSI

    Proses difusi yang kita ketahui terbagi ke dalam 3 jenis yaitu difusi pada material cair, difusi

    pada material padat, dan difusi pada material gas.

    1.2.1 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).

    1.2.2 Difusi padat

    Dikatakan difusi padat jika terjadi perpindahan molekul padatan dari konsentrasi tinggi ke

    konsentrasi rendah. Contohnya yaitu 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.

    1.2.3 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.

    Difusi dalam material padat merupakan subjek yang akan dibahas. Sejak lama, reaksi dalam

    keadaan padat telah diterapkan. Seperti pada pengerasan permukaan baja yang menurut ilmu

    pengetahuan kita sekarang melibatkan difusi atom karbon dalam kisi kristal besi.

  • BAB II

    PEMBAHASAN

    2.1 PERSAMAAN ARRHENIUS

    Analisis matematis memberikan dasar untuk menafsirkan hasil-hasil eksperimen. Namun

    eksperimen itu sendiri merupakan proses yang tidak mudah dilakukan. Dari hasil eksperimen

    diketahui bahwa koefisien difusi, D, mengikuti persamaan Arrhenius

    Persamaan Arrhenius adalah persamaan yang menyangkut laju reaksi. Arrhenius (ahli kimia

    Swedia, 1859 - 1927) menyatakan bahwa laju reaksi, Lr , dapat dinyatakan dengan relasi

    di mana Q adalah apa yang disebut energi aktivasi (activation energy) dalam satuan calori/mole,

    R adalah konstanta gas (1,98 cal/mole K), T temperatur absolut K, sedangkan k adalah konstanta

    laju reaksi yang tidak tergantung pada temperatur. Relasi (15.1) disebut persamaan Arrhenius.

    Persamaan Arrhenius ini diperoleh dari hasil-hasil percobaan dan bukan diturunkan secara teori.

  • 2.2 MEKANISME DIFUSI

    Mekanisme terjadinya difusi terbagi oleh difusi vacancy dan difusi interstitial. Difusi Vacancy

    adalah mekanisme perpindahan atom karena ada kekosongan tempat. Kekosongan ini akan diisi

    oleh atom yang lain.

    Gambar 2.1: Difusi Vacancy

    Difusi interstitial adalah mekanisme perpindahan atom karena gerakan atom yang terjadi di

    dalam rongga atom.

    Gambar 2.2: Difusi Interstitial

  • 2.3 FENOMENA INTERDIFUSI

    Interdifusi merupakan salah satu dari teori adhesi. Dalam teori ini, adhesi dinyatakan pada

    jalinan antar-molekul pada antar-muka. Salah satu aplikasinya adalah penyatuan pada polimer

    dengan berat molekul yang tinggi. Konsep utamanya adalah adhesi meningkat melalui interdifusi

    dari adherend dan adhesive. Perbedaan utama adalah bahwa teori ini bias diaplikasikan pada tiga

    dimensi proses dibandingkan dua dimensi proses. Interdifusi dapat terjadi karena adanya pelarut

    dan jumlah difusi tergantung pada penyesuaian molekul, konstituen yang terlibat dan kemudahan

    pergerakan molekul. Daerah antar-muka yang terbentuk mempunyai ketebalan yang kuat, dan

    sifat mekanis, fisik, dan kimianya berbeda dari penguat dan matriknya, tetapi interdifusi tidak

    selalu menguntungkan karena bisa terbentuk senyawa yang tidak diinginkan, biasanya ketika

    lapisan oksida terbentuk pada fiber dan menggangu pada tekanan dan tekanan tinggi saat proses

    fasa padat.

    Dalam aloi, atom cenderung untuk bermigrasi dari daerah yang berkonsentrasi tinggi ke daerah

    yang berkonsentrasi rendah. Aloi adalah kombinasi, dalam larutan atau senyawa, dua atau

    lebih elemen, dan paling tidak salah satunya adalah logam, dan hasilnya memiliki

    properti metalik. Aloi dengan dua komponen disebut aloi binari; 3 komponen disebut aloi ternari;

    4 komponen disebut aloi quaternari. Hasilnya adalah zat metalik dengan sifat berbeda dari

    komponennya.

    Aloi biasanya didesain untuk memiliki sifat yang lebih menguntungkan dibanding dengan

    komponennya. Misalnya, baja lebih kuat dari besi, salah satu elemen utamanya,

    dan kuningan lebih tahan lama dari tembaga, tapi lebih menarik dari seng.

  • Gambar 2.1: Interdifusi pada Cu dan Ni

    2.4 SELF-DIFFUSION

    Self-diffusion adalah gerakan spontanitas atom dari suatu lokasi ke lokasi lain yang terjadi masih

    dalam kristal jenis sendiri.

    Gambar 2.2: Self-diffusion

  • Dari gambar diatas, dapat diambil informasi bahwa atom A, B, C, dan D sedang terjadi proses

    self-diffusion.

    2.5 DIFUSI VOLUME

    Difu