laporan PERCOBAAN E-2

LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA PERCOBAAN E-2

KELARUTAN TIMBAL BALIK

oleh : Nama

:DINNA RIZQI AWALIA

NIM

: 13010102

Kelompok

: 5 ( shift siang )

Tanggal Percobaan

: 4 April 2012

Tanggal Pengumpulan

: 18 April 2012

Asisten

: Adlina Abtaliana ( 10507047 ) Andhy Pusvita Sari ( 10509031 )

LABORATORIUM KIMIA FISIKA PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2012

PERCOBAAN E-2 KELARUTAN TIMBAL BALIK A. Tujuan 1. Menentukan massa jenis larutan NaCl 1% dan larutan CH3OH 1%. 2. Menentukan hubungan antara temperatur dan fraksi fenol yang digambarkan dalam diagram fasa. B. Teori Dasar Fasa adalah bagian dari sistem yang homogen secara fisik maupun kimia. Jumlah komponen adalah bilangan terkecil yang menunjukkan spesi kimia independen yang harus dispesifikasi agar komponen dalam setiap fasa bisa terdeskripsikan. Derajat kebebasan sistem adalah bilangan terkecil dari variabel intensif yang harus dispesifikasikan untuk mengepaskan nilai dari semua variabel intensif yang tersisa. Campuran larutan menjadi satu fasa bila kelarutan cairan pertama dalam cairan kedua belum terlampaui. Campuran akan menjadi dua fasa bila kelarutan salah satu cairan terlampaui dan karenanya akan terjadi bentuk dua fasa yang masing – masingnya merupakan larutan jenuh. Potensial kimia suatu komponen dalam campuran dinyatakan dengan µi = µio + RT ln xi. Dari persamaan tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa potensial kimia suatu komponen dalam campuran akan lebih rendah daripada potensial kimianya dalam kondisi murni. C. Data Pengamatan Massa Piknometer dan Massa Piknometer dengan Larutan cairan dalam piknometer Kosong Air larutan metanol 1% larutan NaCl 1%

massa (gram) 18.79 45.75 45.68 45.9

Temperatur Perubahan Fasa Campuran Fenol + Air massa fenol(gram)

volume air(ml)

T1(°C)

T2(°C)

4 4 4 4 5 6 7 8

4 5 6 8 10 6.5 8.5 10.5

59 64 61 66 67 61 65 62.5

60.5 65 63 67 67 63 65 63.5

Keterangan : T1 merupakan temperatur saat larutan berubah dari keruh ( dua fasa ) menjadi bening ( satu fasa ) T2 merupakan temperatur saat larutan berubah dari bening ( satu fasa ) menjadi keruh ( dua fasa ) Temperatur Perubahan Fasa untuk Campuran Fenol & Larutan CH3OH 1% dan Fenol % Larutan NaCl 1% larutan CH3OH 1% NaCl 1%

massa fenol(gram) 4 4

volume larutan (ml) 6 6

T1(°C) 69.5 77

D. Pengolahan Data 1. Penentuan Temperatur Rata - Rata ( Trata-rata ) T +T Trata-rata = 1 2 2 massa fenol(g) 4 4 4 4 5 6 7 8

2.

volume air(ml) 4 5 6 8 10 6.5 8.5 10.5

T1(°C) 59 64 61 66 67 61 65 62.5

T2(°C) 60.5 65 63 67 67 63 65 63.5

Trata-rata 59.75 64.5 62 66.5 67 62 65 63

T2(°C) 68.5 77

larutan CH3OH1% NaCl 1%

massa fenol(g) 4 4

vol. larutan (ml) 6 6

T1(°C) 69.5 77

T2(°C) 68.5 77

Trata-rata 69 77

2. Penentuan Volume Piknometer Vpiknometer =

massa piknometer & air + massa piknometer kosong ρ o air,25 C

Menurut literatur, Handbook of Chemistry and Physical Properties, ρair pada temperatur 25oC adalah 0.997048 g/ml, sedangkan massa piknometer + air dari data pengamatan adalah 45.75 gram, dan massa piknometer kosong 18.79 gram, sehingga Vpiknometer =

45.75 gram -18.79 gram = 27.0398 ml 0.997048 gram/ml

3. Penentuan ρzat

ρ zat =

massa piknometer & zat - massa piknometer kosong Vpiknometer

ρ metanol 1% = ρ NaCl 1% =

45.68 gram - 18.79 gram = 0.99446 g/ml 27.0398 ml

45.9 gram - 18.79 gram = 1.0026 g/ml 27.0398 ml

4. Penentuan xfenol ( fraksi mol fenol ) pada sistem fenol-air Nilai massa molekul relatif ( Mr ) didapat dari literatur, Handbook of Chemistry and Phyics Properties, Mr fenol adalah 94.111 gram/mol, Mr air = 18.015 gram/mol. massa fenol n fenol = Mr fenol

n air =

massa air Mr air

x fenol =

n fenol n fenol + n air

massa fenol(g) 4 4 4 4 5 6 7 8

volume air(ml) 4 5 6 8 10 6.5 8.5 10.5

massa air(g) 3.908192 4.88524 5.862288 7.816384 9.77048 6.350812 8.304908 10.259004

n fenol 0.042503 0.042503 0.042503 0.042503 0.0531288 0.0637545 0.0743803 0.085006

n air 0.2220372 0.2775465 0.3330558 0.4440744 0.555093 0.3608104 0.471829 0.5828476

x fenol 0.1606675 0.1328013 0.1131727 0.087351 0.087351 0.1501643 0.1361754 0.1272824

5. Penentuan xfenol pada sistem fenol-air-NaCl Menurut literatur, Handbook of Chemistry and Physics Properties, Mr NaCl adalah 58.443 gram/mol, Mr air = 18.015 gram/mol, Mr fenol = 94.111 gram/mol, ρNaCl = 2.17 gram/ml, ρfenol = 1.0545 gram/ml, ρair = 0.977048 gram/ml VNaCl =

1% × VNaCl 1% ρ NaCl 1%

Vair = VNaCl 1% - VNaCl n NaCl = n air =

ρ NaCl × VNaCl Mr NaCl

ρair × Vair Mr air

VNaCl =

1% × 6 ml = 0.05984 ml 1.0026 gram/ml

Vair = 6 ml – 0.05984 ml = 5.94016 ml n NaCl = n air =

2.17 gram/ml × 0.05984 ml = 0.00222 mol 58.443 gram/ml

0.977048 gram/ml × 5.94016 ml = 0.322 mol 18.015 gram/ml

n fenol =

massa fenol Mr fenol

n fenol =

4 gram = 0.0425 mol 94.111 gram/ml

x fenol =

n fenol n fenol + n NaCl +n air

x fenol =

0.0425 mol = 0.1159 mol (0.0425 + 0.00222+0.322)mol

6. Penentuan xfenol pada sistem fenol-air-metanol Menurut literatur, Handbook of Chemistry and Physics Properties, ρCH3OH = 0.7914 gram/ml, ρair = 0.977048 gram/ml, Mr CH3OH = 32.042 gram/mol, Mr air = 18.015 gram/mol, Mr fenol = 94.111 gram/mol VCH3OH = 1% × VCH3OH 1%

VCH3OH = 1% × 6 ml = 0.06 ml

n CH3OH =

ρCH3OH × VCH3OH Mr

n CH3OH =

CH3OH

Vair = VCH3OH 1% - VCH3OH n air =

Vair = 6 ml – 0.06 ml = 5.94 ml

ρair × Vair Mr air

n fenol =

0.7914 gram/ml × 0.06 ml = 0.00148 mol 32.042 gram/mol

n air =

massa fenol Mr fenol

0.977048 gram/ml × 5.94 ml = 0.322 mol 18.015 gram/mol

n fenol =

4 gram = 0.0425 mol 94.111 gram/ml

n fenol x fenol = 0.0425 mol x fenol = n fenol + n CH3OH +n air = 0.116 mol (0.0425 + 0.00148+0.322)mol 7. Diagram Fasa Diagram Fasa Sistem Fenol-Air 68 67

y = -270.42x2 - 8.4233x + 69.121 R2 = 0.647

temperatur

66 65 64 63 62 61 60 59 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

fraksi m ol fenol

E. Pembahasan Kelarutan timbal balik adalah suatu keadaan dalam campuran suatu zat cair, bisa terbentuk satu fasa, dua fasa, atau bahkan lebih. Terjadinya campuran zat cair yang bersifat satu fasa adalah jika kelarutan cairan pertama dalam campuran kedua belum terlampaui. Terjadi dua fasa bila kelarutan salah satu campuran sudah terlampaui sehingga dua fasa tersebut masing – masing terdiri dari larutan jenuh. Terlampaui atau tidaknya kelarutan salah satu faktor

pentingnya adalah temperatur, sehingga kelarutan suatu zat dalam zat lain sering diungkapkan dengan adanya suatu kurva temperatur, bisa berbentuk upper consolute temperature atau lower consolute temperature. Pada campuran cairan yang memiliki kurva upper consolute temperature, cairan akan berwujud satu fasa bila lebih tinggi dari temperatur kritiknya, sebaliknya pada kurva lower consolute temperature, suatu campuran akan berwujud satu fasa dalam suhu yang lebih rendah daripada temperatur kritiknya. Melalui percobaan kelarutan timbal balik ini, diketahui beberapa faktor yang mempengaruhi kelarutan suatu zat dalam suatu pelarut, yaitu temperatur campuran, adanya penambahan zat terlarut lain ( efek salting in dan salting out ), kepolaran pelarut dan zat terlarut, fraksi mol zat terlarut dan zat pelarut, dsb. Pada percobaan digunakan piknometer. Piknometer adalah suatu tabung kaca kecil bertutup yang digunakan untuk menentukan massa jenis suatu cairan. Piknometer kosong ditimbang, kemudian piknometer yang telah diisi dengan larutan ditimbang, sehingga didapat selisihnya yang merupakan massa larutan. Selanjutnya massa larutan dibagi dengan volume piknometer maka akan didapat nilai massa jenis larutan tersebut. Dalam penggunaannya, piknometer sangat tidak dianjurkan kontak langsung dengan tangan karena dapat mempengaruhi hasil pengukuran. Seperti diketahui, pada tangan manusia, ada lemak, keringat, atau mungkin menempel zat lain yang dapat dengan mudah menempel pula pada dinding piknometer, sehingga mempengaruhi perbedaan massanya. Dari percobaan ini, didapat beberapa hal, yaitu massa jenis larutan NaCl 1% yaitu 1.0026 g/ml. Bila dibandingkan dengan besar massa jenis larutan NaCl 1% secara teoritis ( larutan ideal ) yang massa jenisnya 0.9824 g/ml, maka nilai galatnya 2.05%. Massa jenis larutan metanol 1 % 0.99446 g/ml, bila dibandingkan dengan nilai massa jenis teoritis yaitu 0.9752 g/ml, maka nilai galatnya 1.98 %. Dari percobaan, didapat pula diagram fasa sistem fenol-air. Diagram fasa tersebut menunjukkan kurva upper critical solution temperatur atau upper consolute temperature, hal ini berhubungan dengan faktor – faktor yang menentukan kelarutan suatu zat pada zat lainnya. Dalam hal in fenol dan air dapat membentuk ikatan hidrogen intermolekuler, seperti diketahui ikatan hidrogen adalah ikatan yang cukup kuat, sehingga membutuhkan temperatur tinggi untuk

memutuskannya. Oleh karena itu, diagram fasa sistem fenol-air membentuk sistem upper consolute temperature. Diagram fasa sistem fenol-air hasil percobaan memang sesuai dengan teori, yaitu bersistem upper consolute temperature, tetapi bila ditarik menuju titik puncaknya, maka titik puncak dicapai bila fraksi mol fenol dalam air adalah -0.0156, hasil yang buruk. Faktor kesalahan ini dikarena pembacaan skala termometer yang kurang teliti, paralaks, penggunaan dua termometer dalam satu sistem tanpa kalibrasi termometer terlebih dahulu, dan lain – lain. Berdasarkan gambaran kurva, temperatur kritik saat fraksi mol fenol sekitar 0.116 adalah sekitar 65oC, dibandingkan dengan temperatur kritik yang ditimbulkan akibat penambahan metanol dan NaCl, kedua macam penambahan ini menaikkan temperatur kritik. Dalam hal ini yang lebih dominan adalah penambahan NaCl yang menyebabkan temperatur kritik mencapai 77oC. Hal ini berarti penambahan NaCl memberikan efek salting out¸ mengurangi kelarutan fenol dalam air, sehingga temperatur kritik meningkat. F. Kesimpulan 1. Dari hasil percobaan, massa jenis larutan NaCl 1% adalah 1.0026 g/ml, sedangkan massa jenis larutan CH3OH 1% adalah 0.99446 g/ml. 2. Hubungan antara temperatur dan fraksi mol digambarkan dalam diagram fasa sistem fenol – air di bawah ini : Diagram Fasa Sistem Fenol-Air 68 67

y = -270.42x2 - 8.4233x + 69.121 R2 = 0.647

temperatur

66 65 64 63 62 61 60 59 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

fraksi m ol fe nol

0.12

0.14

0.16

0.18

Lampiran JAWABAN PERTANYAAN 1. Apakah yang dimaksud dengan suhu konsolut atas atau suhu larutan kritik ? Berapa derajat kebebasan sistem pada T > T konsolut atas ? Jawab : Titik konsolut atas atau suhu larutan kritik adalah suatu titik batas temperatur dimana suatu campuran larutan dengan komposisi tertentu yang pada suhu rendahnya berwujud dua fasa bila dinaikkan suhunya dengan komposisi konstan kemudian melewati temperatur batas tersebut maka akan terbentuk satu fasa. Bila T > T konsolut atas, maka misalnya campuran yang terdiri dari dua komponen, satu fasa, F = 2 – 1 + 2 = 3 2. Sebutkan sistem yang mempunyai titik konsolut bawah dan sistem yang mempunyai dua suhu konsolut ( atas dan bawah ) Jawab : Sistem yang mempunyai titik konsolut bawah : trietil-amin & air Sistem yang mempunyai dua suhu konsolut : nikotin-air 3. Apakah yang dimaksud dengan larutan konyugasi ? 4. Apakah yang dimaksud dengan efek salting out ? Tunjukkan terjadinya efek tersebut pada percobaan yang Saudara lakukan ! Jawab : Efek salting out adalah efek yang ditimbulkan oleh penambahan suatu zat yang memiliki kelarutan tinggi terhadap pelarut, sehingga kelarutan zat terlarut utama menurun. Pada percobaan ini, penambahan NaCl dan metanol memberikan efek salting out terlihat pada kurva, bahwa penambahan ini menaikkan temperatur kritik, naiknya temperatur kritik menandakan bahwa kelarutan zat utama menurun.