Praktikum Kimia Fisik I (Kesetimbangan Fasa)

A.  Judul   :

Kesetimbangan Fasa

B.  Tujuan :

Membuat kurva kelarutan suatu cairan yang terdapat dalam campuran dua cairan tertentu

C.  Dasar Teori

Diagram fasa yang mengambarkan terpisahnya padatan dan cairan dari sebuah campuran berkomponen, yang termasuk kedalamnya adalah penurunan titik beku, kelarutan ideal, pembentukan-pembentukan senyawa dengan titik lebur yang kongruen dan yang tak kongruen dan pembentukan larutan padat. Fasa adalah bagian sistem yang komposisi kimia dan sifat-sifat fisiknya seragam, yang terpisah dari bagian sistem lainya oleh adahnya bidang batas. Perilaku fasa, yang dipunyai suatu zat murni adalah sangat beragam dan rumit, akan tetapi data-datanya dapat dikumpulkan dan kemudian dengan termodinamika dapat dibuat ramalan-ramalan. Pemahaman mengenai perilaku fasa berkembang dengan adahnya aturan fasa gibbs (Robert A. dan Alberty.1987:96-97).

Persamaan Clausius dan persamaan Clausius-Clapeyron menghubungkan perubahan tekanan kesetimbangan dengan perubahan suhu. Sistem cair-cair yang terdapat atas dua komponen mungkin mempunyai perilaku yang sama dengan campuran ideal gas-gas. Dengan demikian konsepsi larutan ideal memberikan suatu standar untuk perbandingan bagi larutan-larutan nyata. Penyimpangan dari keadaan ideal dinyatakan dengan koefisien keaktifan. Kenyataan bahwa tekanan dalam dua buah fasa yang setimbang harus sama dapat dibuktikan dengan pengadaian bahwa fasa a bertambah besar volumenya dengan dv dan fasa b berkurang volumenya dengan dv pula. Bila suhu dan volume sistem secara keseluruhan tetap, dA= 0  (Robert A. dan Alberty.1987:96-97).

Kondisi kesetimbangan untuk sembaran sistem yaitu bahwa potensial kimia dan tiap konstituen pada seluruh sistem harus sama. Bila ada beberapa fase dari tiap konstituen, maka potensial kimia setiap konstituen pada tiap fase harus mempunyai nilai yang sama. Misalnya bila temperature dan tekanan sembarang larutan air berada dalam kesetimbangan dengan uap air dan es padat. Persamaan Clapeyron mengambarkan variasi tekanan dengan temperature pada keadaadn kesetimbangan atau menghubungkan ketergantungan kuantitas dari temperature kesetimbangan dengan tekanan (Dogra.1990:446-447).

Bila dua zat di campur dengan komposisi yang berbeda-beda maka akan terdapat tiga kemungkinan yang terjadi, yaitu kedua zat cair tidak dapat bercampur dengan yang lainya atau tidak bercampur sama sekali, zat cair dapat bercampur hanya pada komposisi tertentu (Hiskia.1999).

Fasa adalah keadaan materi yang seragam diseluruh bagiannya, bukan hanya dalam komposisi kimianya, melainkan juga dalam keadaan fisiknya. Banyaknya fasa dalam sistem diberi notasi p. Gas atau campuran gas adalah fasa tunggal; kristal adalah fasa tunggal; dan dua cairan yang dapat bercampur secara total membentuk fasa tunggal (p = 1) adalah es, walaupun es itu dapat dipotong – potong menjadi bagian – bagian kecil. Campuran es dan air adalah sistem dua fasa (p = 2) walaupun sulit untuk menentukan batas antara fasa – fasanya ( Atkins. 1989).

Kesetimbangan fasa antara cairan dan uap terjadi keika dua proses yang berlawanan itu berlangsung dengan laju yang tepat sama. Maka jika distribusi laju molekular diketahui untuk berbagai suhu kita dapat membuat perkiraan teoritis dari tekanan uap sebagai fungsi dari suhu. Ketika cairan menguap molekul dengan kecepatan tinggilah yang lepas dari permukaan. Sementara itu yang tertinggal rata – rata memiliki energi yang lebih sedikit. Hal ini memberikan sudut pandang molekular dari pendinginan dan pengembunan (D. Young Hugh : 2002).

Berdasarkan hukum fasa Gibbs, jumlah terkecil perubahan derajat kebebasan yang diperlukan untuk menyatakan keadaan suatu system dengan tepat pada kesetimbangan diungkapkan sebagai : ν  =  C – P  + 2. Dengan ν = jumlah derajat kebebasan,  C = jumlah komponan, dan P = jumlah fasa.  Dalam ungkapan di atas kesetimbangan dipengaruhi oleh suhu, tekanan dan komposisi sistem. Jumlah derajat kebebasan untuk sistem tiga komponen pada suhu dan tekanan tetap dinyatakan sebagai ;ν  =  3 – P.  Jika dalam sistem hanya terdapat satu fasa dalam kesetimbangan, ν = 2, berarti untuk menyatakan kesdaan sistem dengan tepat perlu ditentukan konsentrasi dari dua komponennya. Sedangkan bila dalam sistem terdapat dua fasa dalam kesetimbangan, ν = 1, berarti hanya satu komponen yang ditentukan konsentrasinya dan konsentrasi komponen lain sudah tertentu berdasarkan diagram fasa untuk sistem tersebut.  Oleh karena itu sistem tiga komponen pada suhu dan tekanan tetapmempunyai jumlah derajat kebebasan maksimum = 2 (jumlah fasa minimum = 1), maka diagram fasa sistem ini dapat digambarkan dalam satu bidang datar berupa suatu segitiga sama sisi yang dibuat untuk diagram terner.  Tiap sudut segitiga tersebut menggambarkan suatu komponen murni.

Kemudian bila suatu sistem terdiri dari dua lapisan cairan yang tidak bercampur atau bercampur sebagian. Jika ditambahkan zat ketiga yang larut dalam kedua lapisan tersebut. Maka zat tersebut akan terdistribusi diantara kedua lapisan dengan perbandingan tertentu, selain itu dalam larutan terdapat dua macam kemungkinan terjadinya kesetimbangan antara lain yang pertama, kesetimbangan yang terbentuk dapat berupa kesetimbangan heterogen atau homogen. Dimana kesetimbangan adalah kesetimbangan yang terjadi pada campuran dalam fase yang sama maupun dua fase yang berbeda (Atkins. 2006)

 

D.    Alat dan Bahan

1.      Alat

No	Nama Alat	Kategori	Gambar	Fungsi
1.	Gelas Kimia	1		Digunakan sebagai tempat larutan
2.	Corong	1		Digunakan pada saat memasukkan cairan dalam suatu wadah
3.	Erlenmeyer	1		Digunakan untuk tempat zat yang akan dititrasi
4.	Pipet tetes	1		Digunakan untuk mengambil bahan yang berbentuk larutan dalam jumlah yang kecil
5.	Buret	1		Digunakan untuk melakukan titrasi
6.	Neraca analitik	2		Digunakan untuk menimbang berat suatu benda atau zat kimia
7.	Statif dan klem	1		Digunakan sebagai penjepit,misalnya menjepit buret dalam proses titrasi
8.	Piknometer	1		Mengukur nilai massa jenis atau densitas fluida

2.      Bahan

No	Nama Bahan	Kategori	Sifat Kimia	Sifat Fisika
1.	Aquades	Umum	-  Bersifat polar dan merupakan elektrolit kuat. Pelarut yang baik bagi senyawa organik.	-  Berat molekul 18 g/mol -  Titik didih 100oC -  Titik beku 0oC -  Densitas 0,998 kg/m3 Wujud cair
2.	Benzena	Khusus	-  Merupakan cairan yang mudah terbakar. -  Lebih mudah mengalami reaksi subtitusi daripada adisi -  Dapat bereaksi dengan halogen H2SO4, asam nitrat dan alkil halida	-  Tidak berwarna -  Berwujud cair pada suhu ruangan (270oC) -  Titik didih 80,10oC -  Titik leleh -5,50oC
3.	Alkohol Teknis	Khusus	-  Rumus molekul C2H5OH -  Rumus empiris C2H6O -  Merupakan isomer konstituonal dari dimetil eter	-  Tidak berwarna dan mudah terbakar -  Massa molar 46,07 g/mol -  Titik lebur -114,30C dan titik didih 78,40C

E.        Prosedur kerja

                                        

                             mengukur sebanyak 1 mL                            mengukur sebanyak

                                                                                          9 mL

Mencampurkan kedua larutan dalam Erlenmeyer

Menitrasi dengan benzene sampai keruh

Mencatat volume benzene yang digunakan

Catatan : untuk perbandingan 2:8, 3:7, 4:6, 5:5, 6:4, 7:3, 8:2, 9:1 prosedurnya sama.

 

Memasukkan dalam piknometer sebanyak 25 mL

Menimbang piknometer yang berisi aquades sebelumnya

 

Catatan : untuk massa jenis dari benzene dan etanol prosedur sama dengan aquades

F.     Hasil Pengamatan dan Perhitungan

1.      Hasil pengamatan

Labu	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Aquades (mL)	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Benzen (mL)	15,7	12	9,7	7,4	4,1	2,8	1,3	0,9	0,5
Alkohol (mL)	9	8	7	6	5	4	3	2	1

Ø  Menentukan masing-masing rapat cairan murni A, B, dan C.

Dik:

ρ_air = 1 ^g/_mL

W_k= 20,57696 gram

V_p = 25 mL

W_A = 45,7113 gram

W_B = 35,5171 gram

W_C = 43,2399 gram

1.      Aquadest  

          =

=

= 1,0065 gram/mL

                   n   =

                        =

                        = 1,398 mol

2.      Benzena

   =

=

=  0,9 gram/mL

n =   

=  = 0,288 mol

3.      Alkohol (etanol)   

  =

=

= 0,7 gram/mL

n =

      =

      = 40,379  mol

Ø  Untuk Labu 1

Mencari mol

n_A =  =  = 0,0559 mol

n_B =  =  = 0,1809 mol

n_C =  =  = 0,1367 mol

Fraksi mol

X_A =  x 100% =  x 100% =  14,97% mol

X_B =  x 100% =  x 100% =  48,3 % mol

X_C =  x 100% =  x 100% =  36,51% mol

Ø  Untuk Labu 2

Mencari mol

n_A =  =  = 0,1118 mol

n_B =  =  = 0,1383 mol

n_C =  =  = 0,1216 mol

Fraksi mol

X_A =  x 100% =  x 100% =  31,75% mol

X_B =  x 100% =  x 100% =  37,20 % mol

X_C =  x 100% =  x 100% =  32,71% mol

Ø  Untuk Labu 3

Mencari mol

n_A =  =  = 0,1678 mol

n_B =  =  = 0,1118 mol

n_C =  =  = 0,1064 mol

Fraksi mol

X_A =  x 100% =  x 100% =  43,47 % mol

X_B =  x 100% =  x 100% =  30,57 % mol

X_C =  x 100% =  x 100% =  27,54 % mol

Ø  Untuk Labu 4

Mencari mol

n_A =  =  = 0,2237 mol

n_B =  =  = 0,0853 mol

n_C =  =  = 0,912 mol

Fraksi mol

X_A =  x 100% =  x 100% =  55,8 1% mol

X_B =  x 100% =  x 100% =  21,3 % mol

X_C =  x 100% =  x 100% =  22,97 % mol

Ø  Untuk Labu 5

Mencari mol

n_A =  =  = 0,2796 mol

n_B =  =  = 0,0472 mol

n_C =  =  = 0,0351 mol

Fraksi mol

X_A =  x 100% =  x 100% =  69,57 % mol

X_B =  x 100% =  x 100% =  11,74 % mol

X_C =  x 100% =  x 100% =  18,69 % mol

Ø  Untuk Labu 6

Mencari mol

n_A =  =  = 0,3355 mol

n_B =  =  = 0,0323 mol

n_C =  =  = 0,0608 mol

Fraksi mol

X_A =  x 100% =  x 100% =  78,28 % mol

X_B =  x 100% =  x 100% =  7,54 % mol

X_C =  x 100% =  x 100% =  14,16 % mol

Ø  Untuk Labu 7

Mencari mol

n_A =  =  = 0,3914 mol

n_B =  =  = 0,0141 mol

n_C =  =  = 0,0456 mol

Fraksi mol

X_A =  x 100% =  x 100% =  86,76 % mol

X_B =  x 100% =  x 100% =  3,126 % mol

X_C =  x 100% =  x 100% =  10,10 % mol

Ø  Untuk Labu 8

Mencari mol

n_A =  =  = 0,4473 mol

n_B =  =  = 0,0104 mol

n_C =  =  = 0,0304 mol

Fraksi mol

X_A =  x 100% =  x 100% =  91,64 % mol

X_B =  x 100% =  x 100% =  3,36 % mol

X_C =  x 100% =  x 100% =  6,23 % mol

Ø  Untuk Labu 9

Mencari mol

n_A =  =  = 0,5034 mol

n_B =  =  = 0,0058 mol

n_C =  =  = 0,0152 mol

Fraksi mol

X_A =  x 100% =  x 100% =  95,91 % mol

X_B =  x 100% =  x 100% =  1,10 % mol

X_C =  x 100% =  x 100% =  2,899 % mol

                                                     C

           0,1        0,9

                                         0,2                 0,8

                                       0,3                      0,7

                                              0,4                              0,6

                             0,5                                        0,5

              0,6                                              0,4

          0,7                                                     0,3          

       0,8                                                            0,2

              0,9                                                                     0,1

A  0,1  0,2   0,3   0,4   0,5   0,6   0,7   0,8   0,9  B

G. Pembahasan

        Transisi dari suatu fasa ke fasa lainnya disebut perubahan fasa. Perubahan dari satu fasa ke fasa lain umumnya berlangsung pada kondisi kesetimbangan fasa. Langkah pertama dilakukan adalah menacmpurkan 1 mL aquades dengan 9 mL alcohol dalam labu Erlenmeyer yang kemudian dititrasi dengan benzene sampai warnanya menjadi keruh, hal ini bertujuan untuk mengetahui seberapa banyak volume benzene yang digunakan untuk menitrasi campuran aquades dan alcohol sampai keruh. Volume benzene sebanyak 15,7 mL. langkaih ini juga berlaku untuk perbandingan aquades dan alcohol pada volume 2:8 sampai pada volume 9:1. Didapatkan hasil bahwa, ketika volume aquades semakin tinggi dengan pernadingan alcohol yang volumenya semakin kecil, maka volume benzene pun semakin menurun, sehingga tingkat kekeruhan tersebut akan semakin cepat terjadi, dan kekeruhan itulah yang merupakan  titik akhir titrasi, dimana titrasi harus dihentikan.

        Menghitung rapat massa larutan aquades, benzene dan alcohol dengan menggunakan pikonometer dan neraca analitik. Didapatkan rapat massa aquades 1 g/cm³, massa jenis alcohol 0,78 g/cm^3,  dan massa jenis benzene 0,87 g/cm³. Perbedaan ini terjadi akibat masing-masing larutan yang berada dalam piknometer tidak sama, karena tergantung sedikit atau banyaknya laruyan yang keluar ketika piknometer ditutup.

H.       Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa suatu kurva dapat dibuat dengan cara menghitung fraksi mol untuk setiap labu, maka didapatkan bahwa semakin banyak volume aquades dan semakin sedikit volume alcohol, maka semakin sedikit pula volume benzene yang dibutuhkan.

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad, Hiskia.1999. Kimia Fisika. Jakarta : Depdikbud

Atkins, P. W. 1989. Kimia Fisika Jidid 1 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga

Atkins, P. W. 2006. Kimia Fisika Jidid 1 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga

Dogra, S.K. 1990. Kimia Fisika dan Soal-Soal. Jakarta : UI Press

Hugh, D. Young. 2002. Fisika Universitas Jilid 1 Edisi Kesepuluh. Jakarta:

            Erlangga.