LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA I DIAGRAM TERNER (SISTEM ZAT CAIR TIGA KOMPONEN)

LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA I DIAGRAM TERNER (SISTEM ZAT CAIR TIGA KOMPONEN) Oleh : Nama : I Gede Dika Virga Saputra NIM : 1108105034 Kelompok : IV.B JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2013

Laporan Praktikum Kimia Fisika 1 Diagram Terner (Sistem Zat Cair Tiga Komponen) Oleh : I Gede Dika Virga Saputra (1108105034) Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana 2013 Abstrak Prinsip dasar dari percobaan ini adalah pemisahan suatu campuran dengan ekstraksi yang terdiri dari dua komponen cair yang saling larut dengan sempurna. Pemisahan dapat dilakukan dengan menggunakan pelarut yang tidak larut dengan sempurna terhadap campuran, tetapi dapat melarutkan salah satu komponen (solute) dalam campuran tersebut. Tujuan dari percobaan ini adalah membuat kurva kelarutan suatu cairan yang terdapat dalam campuran dua cairan tertentu. Metode yang digunakan ialah metode titrasi. Dimana didapatkan hasil larutan yang mengandung dua komponen yang saling larut sempurna akan membentuk daerah berfase tunggal, sedangkan untuk komponen yang tidak saling larut sempurna akan membentuk daerah fase dua. Kata kunci : kurva kelarutan, titrasi, fase Pendahuluan Kelarutan suatu zat adalah suatu konsentrasi maksimum yang dicapai suatu zat dalam suatu larutan. Partikel-partikel zat terlarut baik berupa molekul maupun berupa ion selalu berada dalam keadaan terhidrasi (terikat oleh molekul-molekul pelarut air). Makin banyak partikel zat terlarut makin banyak pula molekul air yang diperlukan untuk menghindari partikel zat terlarut itu. Setiap pelarut memiliki batas maksimum dalam melarutkan zat. Untuk larutan yang terdiri dari dua jenis larutan elektrolit maka dapat membentuk endapan (dalam keadaan jenuh). Pemisahan suatu larutan dalam campuran dapat dilakukan dengan berbagai cara salah satunya dengan ekstraksi. Ektraksi merupakan suatu metoda yang didasarkan pada perbedaan kelarutan komponen campuran pada pelarut tertentu dimana kedua pelarut tidak saling melarutkan. Bila suatu campuran cair,misalnya komponen A&B dicampurkan tidak saling melarutkan sehingga membentuk dua fasa. Maka untuk memisahkannya digunakan pelarut yang kelarutannya sama dengan salah satu komponen dalam campuran tersebut. Sehingga ketiganya membentuk satu fasa. Jika kedalam sejumlah air kita tambahkan terus menerus zat terlarut lama kelamaan tercapai suatu keadaan dimana semua molekul air akan terpakai untuk menghidrasi

partikel yang dilarutkan sehingga larutan itu tidak mampu lagi menerima zat yang akan dtambahkan. Dapat dikatakan larutan tersebut mencapai keadaan jenuh.zat cair yang hanya sebagian larut dalam cairan lainya, dapat dinaikan kelarutannya dengan menambahkan suatu zat cair yang berlainan dengan kedua zat cair yang lebih dahulu dicairkan. Bila zat cair yang ketiga ini hanya larut dalam suatu zat cair yang terdahulu, maka biasanya kelarutan dari kedua zat cair yang terdahulu itu akan menjadi lebih kecil. Tetapi bila zat cair yang ketiga itu larut dalam kedua zat cair yang terdahulu, maka kelarutan dari kedua zat cair yang terdahulu akan menjadi besar. Gejala ini dapat terlihat pada sistem CCL 4 - asam asetat- air. Bila asam asetat ditambahkan kedalam suatu campuran heterogen kloroform dan air pada suhu tertentu, kelarutan kloroform dalam air akan bertambah, sehingga pada suatu ketika akan menjadi homogen. Jumlah asam asetat yang harus ditambahkan untuk mencapai titik homogen (pada suhu tertentu tadi), tergantung dari komposisi campuran CCl 4 dalam air. Derajat kebebasan didefinisikan sebagai jumlah minimum variabel intensif yang harus dipilih agar keberadaan variabel intensif dapat ditetapkan. Jumlah minimum variabel intensif dapat berupa temperatur, tekanan, konsentrasi. Simbol untuk derajat kebebasan Φ dan invarian bila Φ = 0, univarian bila Φ = 1, biarian bila Φ = 2 dan seterusnya. Rumus derajat kebebasan diturunkan melalui hukum fasa Gibbs. Persamaannya dapat dituliskan menjadi: Φ = C + 2 Dimana, Φ = derajat kebebasan C = jumlah komponen P = jumlah fasa Hubungan antara diagram fasa dengan derajat kebebasan dapat dinyatakan untuk kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebas disebut derajat kebebasan Φ yang sama dengan jumlah komponen C ditambah 2 dikurangi jumlah fasa P. Jadi, dalam titik tertentu di diagram fasa, jumlah derajat kebebasan adalah 2 yakni suhu dan tekanan, bila dua fasa dalam kesetimbangan, sebagaimana ditunjukkan dengan garis yang membatasi daerah dua fasa hanya ada satu derajat kebebasan, bisa suhu atau tekanan. Pada titik tripel, ketika terdapat tiga fase tidak ada derajat kebebasan lagi. Dalam ungkapan diatas, kesetimbangan dipengaruhi oleh suhu, tekanan dan komposisi sistem. Jumlah derajat kebebasan untuk sistem tiga komponen pada suhu dan tekanan tetap dapat dinyatakan sebagai : F = 3 P Jika dalam sistem hanya terdapat satu fasa, maka F = 2, berarti untuk menyatakan keadaan sistem dengan tepat perlu ditentukan konsentrasi dari dua komponennya.

Sedangkan bila dalam sistem terdapat dua fasa dalam kesetimbangan, maka F = 1, berarti hanya satu komponen yang harus ditentukan konsentrasinya dan konsentrasi komponen yang lain sudah tertentu berdasarkan diagram fasa untuk sistem tersebut. Oleh karena sistem tiga kompoen pada suhu dan tekanan tetap mempunyai jumlah derajat kebebasan paling banyak dua, maka diagram fasa sistem ini dapat digambarkan dalam satu bidang datar berupa suatu segitiga sama sisi yang disebut diagram terner. Suatu sistem tiga komponen mempunyai dua pengubah komposisi yang bebas, contohnya X2 dan X3. Jadi komposisi suatu sistem tiga komponen dapat dialurkan dalam koordinat cartes dengan X2 pada salah satu sumbunya, dan X3 pada sumbu yang lain yang dibatasi oleh garis X2+X3=1. karena X itu tidak simetris terhadap ketiga komponen, biasanya, komposisi dialurkan pada suatu segitiga sama sisi dengan tiap-tiap sudutnya menggambarkan suatu komponen murni, bagi suatu segitiga sama sisi, jumlah jarak dari seberang titik didalam segitiga ketiga sisinya sama dengan tinggi segitiga tersebut. Jarak antara setiap sudut ke tengahtengah sisi yang berhadapan dibagi 100 bagian sesuai dengan komposisi dalam persen. Untuk memperoleh suatu titik tertentu dengan mengukur jarak terdekat ketiga sisi segitiga. Jumlah fasa dalam sistem zat cair tiga komponen tergantung pada daya saling larut antar zat cair tersebut dan suhu percobaan. Misalnya ada tiga zat cair A, B dan C. A dan B saling larut sebagian. Penambahan zat C kedalam campuran A dan B akan memperbesar atau memperkecil daya saling larut A dan B. Pada percobaan ini hanya akan ditinjau sistem yang memperbesar daya saling larut A dan B. Dalam hal ini A dan C serta B dan C saling larut sempurna. Kelarutan cairan C dalam berbagai komposisi campuran A dan B pada suhu tetap dapat digambarkan pada suatu diagram terner. Prinsip menggambarkan komposisi dalam diagram terner dapat dilihat pada gambar (1) dan (2) di bawah ini Untuk campuran yang terdiri atas tiga komponen, komposisi (perbandingan masing-masing komponen) dapat digambarkan di dalam suatu diagram segitiga sama sisi yang disebut dengan Diagram Terner. Komposisi dapat dinyatakan dalam fraksi massa (untuk cairan) atau fraksi mol (untuk gas). Diagram tiga sudut atau diagram segitiga berbentuk segitiga sama sisi dimana setiap sudutnya ditempati komponen zat. Sisi-sisinya itu terbagi dalam ukuran yang menyatakan bagian 100% zat yang berada pada setiap sudutnya. Untuk menentukan letak titik dalam diagram segitiga yang menggambarkan jumlah kadar dari masing-masing komponen dilakukan sebagai berikut

Gambar 1. Diagram Terner Titik A, B dan C menyatakan kompoenen murni. Titik-titik pada sisi Ab, BC dan Ac menyatakan fraksi dari dua komponen, sedangkan titik didalam segitiga menyatakan fraksi dari tiga komponen. Titik P menyatakan suatu campuran dengan fraksi dari A, B dan C masing-masing sebanyak x, y dan z Gambar 2. Penggambaran Diagram Terner A dan C. Titik-titik pada lengkungan menggambarkan komposisi sistem pada saat terjadi perubahan dari jernih menjadi keruh. Kekeruhan timbul karena larutan tiga komponen yang homogen pecah menjadi dua larutan konjugat terner. Bahan dan Metode Percobaan Pada percobaan kali ini untuk menentukan diagram terner, sistem zat cair tiga komponen. Metode yang digunakan adalah metode titrasi, dimana menggunakan alat-alat, seperti labu bertutup 100 ml sebanyak 5 buah, labu erlenmeyer 250 ml sebanyak 3 buah, buret 50 ml sebanyak 2 buah, neraca Westphal sebanyak 1 buah, dan termometer sebanyak 1 buah. Juga digunakan bahan-bahan, seperti aquades, CCl 4, asam asetat glasial, dan etanol. Titik X menyatakan suatu campuran dengan fraksi A = 25%, B = 25%, dan C = 50%. Titik-titik pada garis BP dan BQ menyatakan campuran dengan perbandingan dengan jumlah A dan C yang tetap, tetapi dengan jumlah B yang berubah. Hal yang sama berlaku bagi garis-garis yang ditarik dari salah satu sudut segitiga kesisi yang ada dihadapannya. Daerah didalam lengkungan merupakan daerah dua fasa. Salah satu cara untuk menentukan garis binoidal atau kurva kelarutan ini ialah dengan cara menambah zat B ke dalam berbagai komposisi campuran a. Cara Pengerjaan Percobaan ini dilakukan dengan menimbang tiap labu kosong terlebih dahulu. Kemudian ditambahkan cairan A dan ditimbang lagi. Setelah itu ditambahkan cairan C dan ditimbang sekali lagi. Dengan begitu diketahui massa cairan A dan C untuk setiap labu. Tiap campuran dalam labu 1 sampai dengan labu 5 dititrasi dengan zat B sampai tepat timbul kekeruhan dan dicatat volume zat B yang digunakan. Titrasi dilakukan perlahan-lahan. Setelah didapatkan

titik akhir titrasi, setiap labu ditimbang untuk menentukan massa cairan B. Diulangi cara ini dimana zat B yang digunakan ialah kloroform dan zat C yang digunakan ialah asam asetat glasial Hasil dan Pembahasan. Pada percobaan ini dilakukan percobaan mengenai diagram terner sistem zat cair tiga komponen dengan metode titrasi. Percobaan kelarutan zat ini bertujuan untuk mengetahui berapa perbandingan pelarut yang harus ditambahkan sehingga dapat melarutkan suatu zat, sehingga didapatkan suatu perbandingan komponen yang mempunyai efisiensi yang besar, baik dari segi banyaknya zat yang dibutuhkan ataupun dari segi sifat zatnya sendiri. Pemisahan dapat dilakukan dengan menggunakan pelarut yang tidak larut dengan sempurna terhadap campuran, tetapi dapat melarutkan salah satu komponen (solute) dalam campuran tersebut. Adapun metode yang digunakan adalah metode titrasi. Pemisahan dapat dilakukan dengan menggunakan pelarut yang tidak larut dengan sempurna terhadap campuran, tetapi dapat melarutkan salah satu komponen dalam campuran tersebut. Pada praktikum kali ini, dicampurkan tiga komponen berfasa cair yaitu aquades, CCl 4 dan asam asetat glasial. Air dan asam asetat dapat larut sempurna, demikian pula halnya dengan CCl 4 dan asam asetat. Namun berbeda halnya dengan air dan CCl 4, dimana CCl 4 tidak larut dalam air, karena CCl 4 bersifat non polar sehingga tidak dapat larut dalam campuran air yang bersifat polar. Oleh karena itu ditambahkan asam asetat glasial yang berfungsi sebagai emulgator karena asam asetat glasial larut dalam kloroform maupun air. Percobaan ini dibagi menjadi 2 yaitu percobaan titrasi 1 dimana titran yang digunakan adalah CCl 4 dan asam asetat glasial, serta air sebagai titran. Untuk percobaan titrasi 2 titrat yang digunakan yaitu akuades dan asam asetat glasial, sedangkan titran yang digunakan yaitu CCl 4. Titik akhir titrasi ditunjukkan dengan terbentuknya larutan keruh yang menandakan telah terpisahnya komponenkomponen campuran dari larutan tiga komponen menjadi dua komponen larutan terner terkonjugasi. Pada titrasi 1 Pada titrasi I dilakukan lima perlakuan pada masing-masing erlenmeyer, yakni mencampurkan CCl4 dengan asam asetat dengan perbandingan yang berbeda-beda di tiap labunya. Kecepatan kekeruhan yang timbul pada labu tidak bertahap sesuai dengan kadar air yang terkandung pada masing-masing labu. Berdasarkan data perngamatan dan perhitungan, semakin banyak asam asetat

glasial yang dicampurkan dengan CCl 4 maka semakin banyak pula aquadest yang dibutuhkan untuk mencapai titik ekivalen. Jadi asam asetat glasial dapat menaikan kelarutan CCl 4 dalam air. Pada titrasi 2 Metode titrasi ini dapat digunakan untuk memisahkan campuran yang terdiri dari dua cairan yang saling melarut sempurna yaitu air dan asam asetat glasial dititrasi dengan zat yang tidak larut dengan campuran tersebut yaitu CCl4. Pada percobaan ini dilakukan seperti percobaan sebelumnya. Seperti halnya pada saat titrasi, kecepatan kekeruhan yang terjadi pada labu tidak bertahap sesuai dengan kadar asam asetat yang terkandung pada masing-masing labu. Dengan kata lain, volume CCl 4 yang digunakan untuk mencapai titik kekeruhan mengalami kenaikan dan penurunan yang acak seperti yang tercantum pada data pengamatan. Berdasarkan data pengamatan dan perhitungan yang telah diperoleh semakin banyak CCl 4 yang digunakan dan volume asam asetat glasial yang diperlukan semakin sedikit, maka aquades yang digunakan semakin sedikit. Asam asetat glasial yang digunakan dapat menaikkan kelarutan CCl 4 dalam air. Saat penambahan larutan dengan komposisi kloroform terbanyak dan air terbanyak terjadi dua lapisan pada larutan. Lapisan atas merupakan campuran dari air dan asam asetat glasial dan lapisan bawah adalah kloroform. Berat jenis kloroform adalah 1,3752 gr/ml, air 1 gr/ml dan asam asetat glasial 1,05 gr/ml. Berdasarkan berat jenis tersebut dapat dilihat bahwa kloroform memiliki berat jenis yang lebih besar, sehingga kloroform berada pada lapisan bawah larutan. Berdasarkan hasil perhitungan yang diperoleh, untuk membuat suatu kurva kelarutan tiga komponen zat cair tersebut dalam satu bidang datar berupa suatu segitiga sama sisi digunakan faraksi mol. Tiap sudut segitiga itu menggambarkan suatu komponen murni. Titik menyatakan campuran terner dengan komposisi x% mol A, y% mol B dan z% mol C. Jumlah fasa dalam sistem zat cair tiga komponen bergantung pada daya saling larut antar zat cair tersebut. Larutan yang mengandung dua komponen yang saling larut sempurna akan membentuk daerah berfase tunggal, misalnya pada campuran CCl 4 dan asam asetat maupun campuran aquades dan asam asetat, sedangkan untuk komponen yang tidak saling larut sempurna atau larut sebagian membentuk daerah dua fase yakni antara aquades dengan CCl 4. Kesimpulan Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan prinsip dasar dari percobaan ini adalah pemisahan suatu campuran dengan ekstraksi yang terdiri dari dua komponen cair yang saling larut dengan sempurna. Dua komponen larutan yang saling

melarutkan akan membentuk fase tunggal dan yang tak saling melarutkan akan membentuk daerah berfase dua. Kelarutan dari zat yang terlibat dalam pencampuran ini dapat dinaikan atau diturunkan dengan cara melihat perbandingannya dari diagram terner. Pencampuran zat akan homogen (saling melarutkan) jika komposisinya sesuai perbandingan, dan apabila komposisi salah satunya melebihi maka akan terjadi pencampuran heterogen. Pencampuran homogen terjadi pada asam asetat glasial dengan CCl 4 dan pencampuran heterogen pada CCl 4 dengan air. Semakin banyak asam asetat glasial yang dicampurkan dengan kloroform maka semakin banyak pula aquadest yang dibutuhkan untuk mencapai titik ekivalen. Jadi asam asetat glasial dapat menaikan kelarutan kloroform dalam air. Aquades dan CCl 4 memiliki daya saling larut sebagian, sedangkan baik aquades dengan asam asetat maupun CCl 4 dengan asam asetat memiliki daya saling larut sempurna. Titik akhir titrasi ditandai dengan adanya kekeruhan pada campuran larutan yang menandakan kelarutan dari cairan tersebut berkurang dan menunjukkan bahwa telah terpisahnya komponen-komponen campuran dari larutan tiga komponen menjadi dua komponen larutan terner terkonjugasi. Daftar Pustaka Bird, Tony. 1993. Kimia Fisik untuk Universitas. Alih Bahasa: Kwee Ie Tjen. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama Dogra,S.K.1990. Kimia Fisik dan Soal-Soal. UI-Press : Jakarta Nindia. 2009. Diagran Terner Sistem Zat Cair Tiga Komponen. Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Padjadjaran R. A. Alberty dan F. Daniels. 1983. Kimia Fisika. Erlangga: Jakarta Tim Laboratorium Kimia Fisika. Penuntun Praktikum Kimia Fisika II. 2013. Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Udayana : Bukit Jimbaran

LAMPIRAN LAMPIRAN 1. Komponen A = aquades B = CCl 4 C = asam asetat 2. Konsentrasi ketiga komponen dalam % mol untuk tiap campuran ketika terjadi perubahan fase adalah sebagai berikut: Percobaan 1 (campuran A dan C sebagai pelarut) Untuk Pelarut A : C = 1 : 9 M A = (Massa Erlemeyer + A) - erlemeyer kosong = 128,79 gram 129,21 gram = 0,42 gram Jadi massa Aquades = 0,42 gram M B = (Massa Erlemeyer + A + B + C) (Massa Erlemeyer + A + C) = 145,11 gram 138,59 gram = 6,52 gram Jadi massa CCl 4 = 6,52 gram M C = (Massa Erlemeyer + A + C) (Massa Erlemeyer + A) = 138,59 gram 128,79 gram = 9,38 gram Jadi massa Asam Asetat Glasial = 9,38 gram Dengan cara yang sama maka didapatkan massa masing-masing zat pada : perbandingan A : C (ml) M A (gram) M B (gram) M C (gram) 1 : 9 0,42 5,10 14,56 3 : 7 1,22 0,96 6,98 5 : 5 1,77 0,10 5,09 7 : 3 2,31 0,20 3,07 9 : 1 2,52 0,31 0,98 Perhitungan mol n A = n B = n C = Dengan cara yang sama maka di dapatkan mol masing masing zat yaitu Perbandingan A : C n A (mol ) n B ( mol ) n C ( mol ) n A + n B + n C

1 : 9 0,0069 0,2833 0,2427 0,5329 3 : 7 0,0669 0,0533 0,1163 0,2365 5 : 5 0,0868 0,0055 0,0848 0,1771 7 : 3 0,1099 0,0111 0,0512 0,1722 9 : 1 0,1273 0,0167 0,0163 0,1603 Fraksi mol X A = 0.0129 mol = 1,29 % X B = 0.5316 mol = 53,16 % X C = 0.4554 mol = 45,54 % Dengan cara yang sama maka di dapatkan mol masing masing zat yaitu Perbandingan A : C X A ( % ) X B ( % ) X C ( %) 1 : 9 1,29 53,16 45,54 3 : 7 28,29 22,54 49,18 5 : 5 49,01 3,11 47,88 7 : 3 63,82 6,45 29,73 9 : 1 79,41 10,42 10,17 Percobaan 2 (campuran B dab C sebagai pelarut) Untuk Pelarut B : C = 1 : 9 M A = (Massa Erlemeyer + A + B + C) (Massa Erlemeyer + B + C) = 144,21 gram 136,34 gram = 7,87 gram Jadi massa aquadest = 7,87 gram M B = (Massa Erlemeyer + B) - erlemeyer kosong = 127,12 gram 126,40 gram = 0,72 gram Jadi massa CCl 4 = 0,72 gram M C = (Massa Erlemeyer + B + C) (Massa Erlemeyer + B) = 136,34 gram 127,12 gram = 9,22 gram Jadi massa Asam Asetat Glasial = 9,22 gram Dengan cara yang sama maka didapatkan massa masing-masing zat pada : perbandingan B : C (ml) M A (gram) M B (gram) M C (gram) 1 : 9 7,87 0,72 9,22 3 : 7 1,23 8,5 7,17 5 : 5 0,74 10,71 5,12 7 : 3 1,48 12,3 3,07 9 : 1 4,31 20,95 0,93

Perhitungan mol n A = n B = n C = 0,0511mol Dengan cara yang sama maka di dapatkan mol masing masing zat yaitu Perbandingan n A n B n C B : C (mol ) ( mol ) ( mol ) n A + n B + n C 1 : 9 0,0511 0,0400 0,1537 0,2448 3 : 7 0,0080 0,4722 0,1195 0,5997 5 : 5 0,0048 0,5950 0,0853 0,6851 7 : 3 0,0096 0,6833 0,0512 0,7441 9 : 1 0,0280 1,1639 0,0155 1,2074 Fraksi mol X A = 0,2087 mol = 20,87 % X B = 0,1634 mol = 16,34 % X C = 0,6279 mol = 62,79 % Dengan cara yang sama maka di dapatkan fraksi mol masing masing zat yaitu Perbandingan A : C X A ( % ) X B ( % ) X C ( %) 1 : 9 20,87 16,34 62,79 3 : 7 1,33 78,74 19,93 5 : 5 0,70 86,84 12,45 7 : 3 1,29 91,83 6,88 9 : 1 2,32 96,40 1,28

3. Gambar kesepuluh titik dan kurva binodal yaitu : Gambar diagram fase untuk percobaan I Gambar Diagram Terner untuk percobaan II

3. Gambar diagram fase untuk Percobaan I dan II