LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA KELARUTAN TIMBAL BALIK SISTEM BINER FENOL AIR I. TUJUAN 1. Memperoleh kurva komposisi sistem fenol-air terhadap suhu pada tekanan tetap 2. Menentukan suhu kritis kelarutan timbal balik sistem fenol-air II. DASAR TEORI Kelarutan adalah kemampuan suatu zat kimia tertentu, zat terlarut (solute), untuk larut dalam suatu pelarut (solvent). Kelarutan dinyatakan dalam jumlah maksimum zat terlarut yang larut dalam suatu pelarut pada kesetimbangan. Larutan hasil disebut larutan jenuh. Zat-zat tertentu dapat larut dengan perbandingan apapun terhadap suatu pelarut. Contohnya adalah etanol di dalam air. Sifat ini lebih dalam bahasa Inggris lebih tepatnya disebut miscible. Pelarut umumnya merupakan suatu cairan yang dapat berupa zat murni ataupun campuran (Darmaji, 2005). Kelarutan timbal balik adalah kelarutan dari suatu larutan yang bercampur sebagian bila temperaturnya di bawah temperatur kritis. Jika mencapai temperatur kritis, maka larutan tersebut dapat bercampur sempurna (homogen) dan jika temperaturnya telah melewati temperatur kritis maka sistem larutan tersebut akan kembali dalam kondisi bercampur sebagian lagi. Salah satu contoh dari temperatur timbal balik adalah kelarutan fenol dalam air yang membentuk kurva parabola yang berdasarkan pada bertambahnya % fenol dalam setiap perubahan temperatur baik di bawah temperatur kritis (Sukardjo, 2003). Jika temperatur dari dalam kelarutan fenol aquadest dinaikkan di atas 50 C maka komposisi larutan dari sistem larutan tersebut akan berubah. Kandungan fenol dalam air untuk lapisan atas akan bertambah (lebih dari 11,8 %) dan kandungan fenol dari lapisan bawah akan berkurang (kurang dari 62,6 %). Pada saat suhu kelarutan mencapai 66 C maka komposisi sistem larutan tersebut menjadi seimbang dan keduanya dapat dicampur dengan sempurna.temperatur kritis adalah kenaikan temperatur tertentu dimana akan diperoleh komposisi larutan yang berada dalam kesetimbangan. (Karyadi,2002). Sistem biner fenol - air merupakan sistem yang memperlihatkan sifat kelarutan timbal balik antara fenol dan air pada suhu tertentu dan tekanan tetap. Disebut sistem biner karena jumlah komponen campuran terdiri dari dua zat yaitu 1
fenol dan air. Fenol dan air kelarutanya akan berubah apabila dalam campuran itu ditambahan salah satu komponen penyusunnya yaitu fenol atau air. Jika komposisi campuran fenol air dilukiskan terhadap suhu akan diperoleh kurva sebagai berikut. T L 1 L 2 A 2 A 1 B 2 B 1 T 1 T 2 T 0 X A = X C Mol X F = Gambar 1. Komposisi campuran fenol air L 1 adalah fenol dalam air, L 2 adalah air dalam fenol, X A dan X F masingmasing adalah mol fraksi air dan mol fraksi fenol, X C adalah mol fraksi komponen pada suhu kritis (T c ). Sistem ini mempunyai suhu kritis (T c ) pada tekanan tetap, yaitu suhu minimum pada saat dua zat bercampur secara homogen dengan komposisi C c. Pada suhu T 1 dengan komposisi di antara A 1 dan B 1 atau pada suhu T 2 dengan komposisi di antara A 2 dan B 2, sistem berada pada dua fase (keruh). Sedangkan di luar daerah kurva (atau diatas suhu kritisnya, T c ), sistem berada pada satu fase (jernih). Temperatur kritis atas T c adalah batas atas temperatur dimana nterjadi pemisahan fase.diatas temperatur batas atas, kedua komponen benar-benar bercampur.temperatur ini ada gerakan termal yang lebih besar menghasilkan kemampuan campur yang lebih besar pada kedua komponen, (Atkins PW, 1999). 2
III. ALAT DAN BAHAN a) Alat 1. Tabung reaksi diameter 4 cm 1 buah 2. Pemanas 1 set 3. Pengaduk 1 buah 4. Gelas kimia 1 L 1 buah 5. Buret 50 ml 1 buah 6. Statif dan klem 1 buah 7. Termometer 1 buah b) Bahan 1. Fenol 2. Aquades IV. CARA KERJA Menimbang Fenol 4 gram terlebih dahulu ke dalam tabung Susunan alat Mentiitrasi dengan aquades hingga keruh, catat ml aquades yang didapat Ulangi beberapa kali Panaskan dalam penangas, sambil aduk, catat suhu saat campuran berubah dari keruh menjadi jernih (T1) 3
Suhu ( o C) V. HASIL DAN PEMBAHASAN T ( o C) Mol Fraksi Air T ( o C) Mol Fraksi Air 36 0,76547312 56 0,90844391 39 0,78520362 53 0,92950881 40,5 0,80686765 50 0,95172342 44 0,8284904 47 0,97299742 48,5 0,8488036 44 0,98273555 51 0,8694238 42 0,98741572 54,5 0,88844172 39 0,9905281 Suhu vs Mol Fraksi Air 60 50 40 30 20 10 0 Tc Mol Fraksi Air Tujuan dari percobaan ini yaitu untuk menetapkan (mencari) suhu kelarutan kritis (titik konsulat) system biner air- phenol. Pada percobaan ini dilakukan beberapa perbandingan empat belas perbandingan yaitu 4:2,5 ; 4:2,8 ; 4:3,2 ; 4:3,7 ; 4:4,3 ; 4:5,1 ; 4:6,1 ; 4:7,6 ; 4:10,1 ; 4:15,1 ; 4:27,6 ; 4:43,6 ; 4:60,1 ; 4:80,1. Dari perbandingan tersebut kita dapat menentukan titik kritis (titik konsulat) dari system biner air-phenol. Temperatur kritis atas T c adalah batas atas temperatur dimana nterjadi pemisahan fase. Diatas temperatur batas atas, kedua komponen benarbenar bercampur. Temperatur ini ada gerakan termal yang lebih besar menghasilkan kemampuan campur yang lebih besar pada kedua komponen Tabung yang berisi air dan fenol dengan perbandingan yang telah ditentukan, dipanaskan sampai kedua zat tersebut bercampur atau membentuk system satu fasa yang ditandai dengan perubahan campuran dari keruh menjadi 4
jernih. Dalam proses pemanasan campuran dilakukan pengocokan yang dimaksudkan untuk mencampurkan secara sempurna antara air dan phenol. Ketika dilakukan pengocokan tidak terbentuk campuran keruh dan tidak terbentuk dua lapisan, pemanasan dihentikan dan dicatat suhunya sebagai suhu dimana terbentuk system satu fasa. Ketika campuran kembali keruh suhunya juga dicatat sebagai suhu dimana terbentuk kembali system dua fase atau air dan phenol kembali tidak bercampur. Dalam percobaan ini, diperoleh larutan yang tidak saling bercampur, yang membentuk dua lapisan, lapisan atas air dan lapisan bawah adalah fenol, hal ini di sebabkan karena air memiliki massa jenis yang lebih rendah dari pada fenol. Setelah terjadi percampuran antara air dan fenol dalam tabung yang berbeda dengan perbandingan kompsisi yang berbeda pula, di lakukan pemanasan yang menyebabkan larutan menjadi bening yang sebelumnya keruh karena penambahan aquades kemudian dilakukan pendinginan yang menyebabkan larutan menjadi keruh kembali. Larutan keruh ini akan berubah kembali menjadi jernih (ketika dipanaskan) dan sebaliknya larutan jernih akan keruh kembali (ketika didinginkan). Hal ini menandakan kalau zat mengalami perubahan kelarutan yang dipengaruhi oleh perubahan suhu. Pada percobaan ini komponen air selalu ditambahkan dan jumlah fenolnya tetap sehingga perubahan larutan dari jernih menjadi keruh atau sebaliknya terjadi pada suhu yang berubah-ubah. Perubahan suhu bergantung pada komposisi atau fraksi mol kedua zat. Kelarutan Fenol dan air akan berubah apabila ke dalam campuran itu ditambahkan dengan salah satu komponen penyusunnya. Beradasarkan data percobaan, dapat dibuat grafik sistem biner fenol air, yaitu antara fraksi mol vs suhu (T). Grafik ini berbentuk parabola dimana puncaknya merupakan suhu kritis (Tc) yang dicapai pada saat komponen mempunyai fraksi mol tertentu. Suhu kritis dalam percobaan ini adalah 56ºC dengan komposisi campurannya adalah fraksi mol fenol 0,091556 dan fraksi mol airnya 0,90844391. Grafik parabola yang diperoleh berdasarkan data percobaan sesuai dengan teori. Hal ini dibuktikan dengan naiknya temperature yang dihasilkan ketika ke dalam fenol ditambahkan air dengan volume yang berbeda. Semakin banyak volume air yang ditambahkan, semakin tinggi pula temperaturnya. 5
VI. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa : a. Keadaan dimana terjadinya perubahan warna dari keruh menjadi jernih dan sebaliknya merupakan contoh kelarutan timbal balik b. Dalam percobaan ini, temperatur berbanding lurus dengan volume air yang digunakan c. Suhu kritis dalam percobaan kelarutan timbal balik sistem biner fenol-air yaitu 56 o C dengan fraksi mol airnya 0,90844391 Saran a. Sebelum melakukan percobaan, sebaiknya praktikan hendaknya melakukan persiapan secara matang b. Saat melaksanakan percobaan, praktikan sebaiknya lebih teliti dalam melakukan pengamatan c. Praktikan harus lebih hati-hati selama percobaan berlangsung, karena zat yang digunakan adalah fenol yang apabila terkena kulit dapat menyebabkan luka VII. DAFTAR PUSTAKA Atkins PW. 1999. Kimia Fisika. Ed ke-2 Kartahadiprodjo Irma I, penerjemah ; Indarto Purnomo Wahyu, editor. Jakarta : Erlangga. Terjemahan dari : Physichal Chemistry. Darmaji.2005.Kimia Fisika I.Jambi : Universitas Jambi. Sukardjo.2003.Dasar-Dasar Kimia Fisika.Jogjakarta : Universitas Gajah Mada. Karyadi, Beny.2002.Kimia Fisika.Jakarta : Erlangga. Mengetahui, Semarang, 6 Oktober 2012 Dosen Pengampu Praktikan, Ir. Sri Wahyuni, M.Si Ana Yustika NIM. 4301410005 6
VIII. JAWABAN PERTANYAAN 1. Tuliskan rumus kimia fenol dan hitung massa molekulnya (Mr)! Fenol mempunyai rumus kimia C 6 H 5 OH dengan nilai Mr = 94. Rumus strukturnya sebagai berikut. 2. Jika fenol yang digunakan berkadar 95% (b/b) dan massa yang ditimbang sebesar 5,140 gram, hitung jumlah mol fenol! Massa fenol = 95% x 5,140 = 4,883 g Mol fenol = 4,883 = 0,052 mol 94 3. Jelaskan dengan singkat apa yang dimaksud dengan fase? Adakah perbedaan dengan wujudnya? Fase adalah bagian serba sama dari suatu zat yang dapat dipisahkan secara mekanik serta serba sama dalam sifat fisika dan kimia, sedangkan wujud merupakan bentuk zat pada suhu tertentu. Zat pada suhu yang berbeda mungkin mempunyai wujud yang berbeda. Misal air pada suhu -10ºC wujudnya padat, sedangkan pada suhu 10ºC wujudnya cair. 4. Berapa komposisi campuran fenol dan air dalam % (b/b) pada suhu kritis larutannya? Massa fenol = 5 g Fraksi mol fenol = 0,059 Massa air = 15,1 g Fraksi mol air = 0,041 Komposisi campuran dalam % Fenol : 5 x 100%= 24,876% air : 15,1 x 100% = 75,124% 5+15,1 5+15,1 5. Berapa komposisi campuran fenol dan air dalam satuan mol fraksi pada suhu 50ºC, dimana sistem berada pada satu fase dan dua fase? Komposisi campuran pada suhu 50ºC (diambil dari T rata2 = 50,5 o C) X fenol = 0,219 X air = 1-0,219 = 0,781 Sistem berada dalam 2 fase pada suhu di atas 64ºC. Sistem berada dalam 2 fase pada suhu di bawah 64ºC. 7
IX. LAMPIRAN Data Massa fenol yang ditimbang = 4 gram 1. Penambahan aquades, sampai terjadi kekeruhan pertama No. Aquades (ml) Pengamatan T 1 T 2 T rata-rata 1. 2,3 keruh 42 29 35,5 2. Penambahan aquades, setelah terjadi kekeruhan NO Aquades Massa (g) Suhu ( 0 C) % Massa (ml) Fenol Air T 1 T 2 T Fenol Air 1 0,2 4 2,5 42 30 36 61,54 38,46 2 0,3 4 2,8 45 33 39 58,82 41,18 3 0,4 4 3,2 47 34 40,5 69,44 30,56 4 0,5 4 3,7 52 36 44 51,95 48,05 5 0,6 4 4,3 57 40 48,5 48,19 51,81 6 0.8 4 5,1 59 43 51 43,96 56,04 7 1,0 4 6,1 61 48 54,5 39,60 60,40 8 1,5 4 7,6 62 50 56 34,48 65,12 9 2,5 4 10,1 57 49 53 28,37 71,63 10 5,0 4 15,1 56 44 50 20,94 79,06 11 12,5 4 27,6 52 42 47 12,66 87,34 12 15,0 4 43,6 48 42 44 8,58 91,52 13 17,5 4 60,1 43 41 42 6,24 93,76 14 20,5 4 80,1 40 38 39 4,76 95,24 Menghitung % massa fenol dan air No 1. 2. 3. n 1 2 3 % massa fenol % massa air x 100 % = 61,54 x 100 % = 38,46 x 100 % = 58,82 x 100 % = 41,18 x 100 % = 69,44 x 100 % = 30,56 8
4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. x 100 % = 51,95 x 100 % = 48,05 x 100 % = 48,19 x 100 % = 51,81 x 100 % = 43,96 x 100 % = 56,04 x 100 % = 39,60 x 100 % = 60,40 x 100 % = 34,48 x 100 % = 65,12 x 100 % = 28,37 x 100 % = 71,63 x 100 % = 20,94 x 100 % = 79,06 x 100 % = 12,66 x 100 % = 87,34 x 100 % = 8,58 x 100 % = 91,52 x 100 % = 6,24 x 100 % = 93,76 x 100 % = 4,76 x 100 % = 95,24 Menghitung Fraksi mol Fenol dan Fraksi mol Air Kadar Fenol = 99,5% Massa Fenol = 99,5 % x 4 = 3,98 gram Mol Fenol = 0,042553 mol Mr Fenol = 94 Mr air = 18 Contoh : Mol air = = 0,1389 0,76547312 9
Mol air = = 0,155556 0,785203623 Mol air = = 0,177778 0,806867654 Mol air = = 0,205556 0,828490396 Mol air = = 0,238889 0,848803601 Mol air = = 0,283333 0,869423797 Mol air = = 0,338889 0,888441723 Mol air = = 0,422222 0,908443914 10
Mol air = = 0,561111 0,929508813 Mol air = = 0,838889 0,95172342 Mol air = = 1,533333 0,972997418 Mol air = = 2,422222 0,982735545 Mol air = = 3,338889 0,987415723 Mol air = = 4,45 0,990528103 11