Kimia Fisika 3

I. II. III. IV.

Judul Percobaan Hari / Tanggal Percobaan Selesai Percobaan Tujuan Percobaan

: Kesetimbangan Fasa Dua Komponen : Rabu / 2 November 2011/ Pukul 13.00 WIB : Rabu / 2 November 2011/ Pukul 15.30 WIB :

1. Menggambarkan kesetimbangan fasa dua komponen fasa cair-cair (fenol-air) 2. Menentukan titik ekivalen pada kesetimbangan fasa dua komponen fasa caircair (fenol-air) 3. Menentukan fasa, komponen, dan derajat kebebasan suatu sistem kesetimbangan fasa dua komponen fasa cair-cair (fenol-air). V. Tinjauan Pustaka Kesetimbangan : fasa dikelompokan menurut jumlah komponen

penyusunnya yaitu sistem satu komponen, dua komponen dan tiga komponen. Pemahaman mengenai perilaku fasa berkembang dengan adanya aturan fasa Gibbs Fasa diidentikkan dengan wujud atau keadaan suatu materi, misalnya es berwujud padat, air berwujud cair atau uap air yang berwujud gas. Konsep ini tidak benar karena sistem padatan dan sistem cairan dapat terdiri dari beberapa fasa. Sedangkan gas cenderung bercampur sempurna sehingga dalam sistem gas hanya terdapat satu fasa. Komponen adalah spesies yang ada dalam sistem seperti zat pelarut dan pelarut dalam jumlah biner. Jumlah komponen suatu sitem dinyatakan sebagai jumlah minimum spesi kimia yang membentuk sistem tersebut yang dapat menentukan susunan setiap sistem fasa sistem. Derajad kebebasan (f) dari suatu sistem setimbang merupakan variabel intensif independen yang diperlukan untuk menyatakan keadaan sistem tersebut. Untuk menentukan derajad kebebasan dibutuhkan aturan fasa. Aturan fasa mengatur hubungan antara jumlah komponen, jumlah fasa dan derajad kebebasan suatu sistem. Menurut aturan fasa f = c-p+2 Sistem 2 komponen dapat berupa campuran dari fasa cair-gas, cair-cair, fasa padat-cair, ataupun padat-padat. Karakteristik setiap campuran sangat khas, misalnya ada sistem cair-cair yang membentuk campuran yang homogen atau 1 fasa pada segala P,T, dan komposisi, tetapi ada pula yang hanya membentuk 1 fasa pada P,T atau komposisi tertentu.

Diagram fasa untuk sistem dua komponen digambarkan sebagai fungsi komposisi terhadap tekanan atau komposisi terhadap suhu. Oleh sebab itu aturan fasa berubah menjadi f=cp+1 karena salah satu variabel (P atau T) dalam keadaan konstan. Derajad kebebasan (f) menjadi 2-p. Campuran dua macam senyawa cair-cair kadang tidak menghasilkan suatu campuran yang homogen, karena kedua cairan itu tidak larut (misibel) sempurna. Dua cairan dikatakan misibel sebagian jika A larut dalam B dalam jumlah yang terbatas, dan sebaliknya. Secara eksperimen dapat diperoleh diagram fasa suhu terhadap komposisi cair-cair pada tekanan tetap, seperti pada gambar berikut:

Diagram Fasa Dua Komponen Cair-Cair35 30 25 20 T 15 10 5 0 0 10 20 X 30 40

Pada tekanan konstan, daya saling campur (miscibility) dari dua cairan (sistem biner cair) yang saling campur sebagian (partial miscibility), sehingga menjadi campuran homogen, sangat dipengaruhi oleh komposisi dan temperatur cairan. Jadi pada komposisi cairan tertentu daya saling larut dipengaruhi oleh temperatur. Fenol dan air termasuk salah satu contoh dua cairan yang membentuk campuran saling larut sebagian dan dapat membentuk campuran saling larut sempurna pada temperatur tertentu. Temperatur kritis atas Tc adalah batas atas temperatur dimana terjadi pemisahan fasa. 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.

Jika percobaan dilakukan pada suhu yang lebih tinggi akan di peroleh batas kelarutan yang berbeda. Semakin tinggi suhu, kelarutan masing-masing komponen satu sama lain meningkat sehingga daerah dua fasa menyempit. Kurva kelarutan pada akhirnya bertemu di satu titik pada konsulat atas. Atau disebut juga suhu kelarutan kritis, Tc. Diatas Tc cairan saling melarut sempurna sempurna dalam berbagai komposisi. Contoh sistem mengikuti kurva seperti ini adalah sistem airfenol dengan Tc=65,85C.

VI.

Alat dan Bahan Nama Alat Tabung reaksi besar Termometer Pengaduk Beaker Glass Buret Kaki Tiga dan Kasa Pembakar Spiritus Gelas ukur Ukuran 0-100 oC 500 mL 25 mL 10 mL Jumlah 2 2 2 1 1 1 1 2

Bahan : 1. Aquades 2. Fenol Teknis 3. Kertas Milimeter

VII.

Alur Kerja

Air dimasukkan dalam baker glass 500 mL hingga setengah volume dan didihkan

10 mL Aquades Dimasukkan Tabung Reaksi A + pengaduk dan termometer Ditambah 2 mL fenol Diaduk

10 mL Fenol Dimasukkan Tabung Reaksi A + pengaduk dan termometer Ditambah 2 mL Aquades dari buret diaduk

Diamati Perubahan

Diamati Perubahan

Tabung A dan B dimasukkan dalam beaker glass

yang telah didihkan Didapat suhu perubahan Larutan menjadi Tabung A: tA1 jernih Tabung B: tB1 Kedua tabung diangkat dari beaker glass Didapat suhu perubahan Tabung A: tA2 Tabung B: tB2

Larutan menjadi keruh

:: Percobaan terus dilakukan dengan menambahkan 2 mL Fenol pada tabung reaski A dan 2 mL aquades pada tabung reaksi B. Percobaan dilakukan terus sampai kedua tabung reasi tetap keruh saat dipanaskan maupun didinginkan.

VIII.

Hasil Pengamatan Prosedur Percobaan Hasil Pengamatan Dugaan / Reaksi Kesimpulan Hasil percobaan telah sesuai dengan teori dimana saat dipanaskan larutan berada dalam satu fase dan saat didinginkan larutan berada dalam keadaan dua fase Tc teoritis tidak sesuai dengan hasil percobaan dimana Tc percobaan 74C

Tabung reaksi A10 mL Aquades Dimasukkan ke dalam tabung reaksi Tabung reaksi A + 2 mL fenol diaduk Diamati perubahan Dimasukkan kedalam beaker glass T1A Diangkat Didinginkan T2A

Tabung A (penambahan fenol): - 2mL t1A 70C; t2A 67C - 4mL t1A 66C; t2A 64C - 6mL t1A 65C; t2A 63C - 8mL t1A 73C; t2A 68C - 10mL t1A 70C; t2A 69C - 12mL t1A 65C; t2A 69C - 14mL t1A 71C; t2A 66C - 16mL t1A 73C; t2A 66C - 18mL t1A 72C; t2A 68C - 20mL t1A 73C; t2A 65C - 22mL t1A 70C; t2A 60C - 24mL t1A 64C; t2A 59C - 26mL t1A 62C; t2A 60C

Saat dimasukkan 10 mL aquades + 2 mL fenol larutan tidak menyatu karena larutan berada dalam keadaan dua fasa Saat dipanaskan larutan menjadi jernih karena larutan berada dalam keadaan satu fasa Saat didinginkan larutan menjadi keruh dan kembali dalam keadaan dua fasa Tc teoritis 65,8 C

Tabung reaksi B10 mL Fenol

Tabung B (penambahan aquades):

Dimasukkan ke - 2 mL dalam tabung reaksi t1B 65C; t2B 63C Tabung reaksi B + 2 mL aquades diaduk Diamati perubahan Dimasukkan kedalam beaker glass T1B Diangkat Didinginkan T2B

- 4 mL t1B 72C; t2B 70C - 6 mL t1B 77C; t2B 73C - 8 mL t1B 78C; t2B 70C - 10 mL t1B 76C; t2B 69C - 12 mL t1B 77Ct2B 71C - 14 mL t1B 74C; t2B 72C - 16 mL t1B 72C; t2B 70C - 18 mL t1B 74C; t2B 74C - 20mL t1B 72C; t2B 71C - 22 mL t1B 71Ct2B 70C - 24 mL t1B 70C; t2B 69C - 16 mL t1B 73C; t2B 71C

Saat dimasukkan 10 mL aquades + 2 mL fenol larutan tidak menyatu karena larutan berada dalam keadaan dua fasa Saat dipanaskan larutan menjadi jernih karena larutan berada dalam keadaan satu fasa Saat didinginkan larutan menjadi keruh dan kembali dalam keadaan dua fasa Tc teoritis 65,8 C

IX. Analisis Data Dari percobaan yang telah dilakukan, hasil pengamatan dapat dinyatakan dalam sebuah grafik antara %volume fenol dan temperatur yang didapat. Berikut ini adalah data dalam tabel masing-masing tabung dan grafik gabungannya:Volume (mL) Fenol 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Aquades 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 16,66% 70 28,57% 66 37,50% 65 44,44% 73 50,00% 70 54,54% 69 58,33% 71 61,54% 73 64,28% 72 66,67% 73 68,75% 70 70,59% 64 72,22% 62 Tabel 1. Tabung Reaksi A % volume fenol 83,33% 71,43% 62,50% 55,56% 50,00% 45,45% 41,67% 38,46% 35,71% 33,33% 31,25% 29,41% 27,78% Tabel 2. Tabung Reaksi B 65 72 77 78 76 77 74 72 74 72 71 70 73 % volume fenol temperatur (C) t1A 67 64 63 68 69 65 66 66 68 65 60 59 60 t2A

Volume (mL) Fenol 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Aquades 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

temperatur (C) t1A 63 70 73 70 69 71 72 70 74 71 70 69 71 t2A

Kurva Kesetimbangan Fase Dua Komponen80 75

T

70 65 60 55 T1 T2

% Volume Fenol Persen volume fenol didapatkan dari volume fenol dibagi dengan volume campuran. Dapat dituliskan secara matematis:

Pada saat aquades direaksikan dengan fenol, keduanya tidak larut sempurna tetapi hanya larut sebagian (misible). Pada tabung reaksi A maupun B saat dipanaskan sampai suhu tertentu larutan menjadi jernih yang menandakan larutan berada pada keadaan satu fase tetapi setelah didinginkan larutan menjadi keruh karena kembali berada dalam keadaan dua fase. Hal yang sama terus terjadi saat ditambahkan setiap 2 mL fenol pada tabung reaksi A dan 2 mL aquades pada tabung reaksi B. Penambahan terus dilakukan sampai voleme larutan pada tabung reaksi A dan B 26 mL. Tetapi kami tidak mendapatkan larutan yang tetap keruh meskipun dipanaskan maupun didinginkan. Dalam grafik dapat dilihat kami mendapatkan t1 dan t2 berada di titik yang sama (temperatur sama) yaitu pada suhu 74C dengan 35,71 % volume fenol dalam campuran.

X.

Pembahasan Saat pertama air dan fenol dicampurkan, diperoleh dua lapisan didalamnya, lapisan atas adalah air dan lapisan bawah adalah fenol. Hal ini disebabkan karena air memiliki massa jenis yang lebih rendah dari fenol. Namun campuran dapat tercampur sesaat setelah diaduk dengan menjadi sedikit keruh. Dua cairan ini dikatakan misible sebagian karena fenol larut dalam air dalam jumlah yang terbatas dan sebaliknya. Saat dipanaskan, campuran akan menjadi jernih berwarna coklat karena berada dalam satu fasa. Campuran fenol-air akan larut pada satu titik suhu maksimum, namun kedua larutan tidak dapat bereaksi atas perbedaan kepolaran masing-masing larutan, dimana air merupakan larutan polar dan fenol larutan nonpolar. Dan larutnya kedua campuran dikarenakan fenol dan air masing-masing mengalami peningkatan kelarutan saat campuran dipanaskan. Namun saat didinginkan campuran fenol dan air keruh karena kembali dalam keadaan satu fasa. Semakin tinggi suhu, kelarutan masing-masing komponen satu sama lain meningkat, sehingga daerah dua fase semakin menyempit. Pada kurva kelarutan, akhirnya bertemu di satu titik dimana Tc= 74C. Hal ini tidak sesuai dengan Tc teoritis sebesar 65,8C. Ketidaksesuaian terjadi dapat disebabkan karena tidak jelasnya tingkat kekeruhan dan tingkat kejernihan yang diinginkan. Dalam percobaan tidak didapatkan larutan yang tetap keruh walau saat dipanaskan sampai pada penambahan 26 mL fenol pada tabung A dan penambahan 26 mL aquades pada tabung B. Hal ini karena waktu yang tersedia untuk praktikum tidak memungkinkan untuk mencapai keadaan tersebut pada larutan.

XI.

Kesimpulan Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa campuran fenol dan air dapat larut sempurna dan menjadi satu fasa ketika dipanaskan dan mencapai suhu maksimumnya di masing-masing komposisi. Sedangkan apabila didinginkan campuran berada dalam keadaan dua fasa. Titik ekuivalen pada kesetimbangan fase dua komponen cair-cair (fenol-air) dalam percobaan ini sebesar 74C yang sangat jauh berbeda dengan teoritis sebesar 65,8C

XII.

Jawaban Pertanyaan 1. Gambarkan kesetimbangan fasa dua komponen fasa cair-cair (fenol-air) dari data yang telah anda dapatkan antara %volume pada sumbu X dan temperatur pada sumbu Y. Gabungkan data yang didapat dari tabung reaksi A dan tabung reaks B pada satu grafik. 2. Dari grafik yang Anda dapatkan (soal no.1), kapan terjadi titik ekivalen?

Kurva Kesetimbangan Fase Dua Komponen80 75

T

70 65 60 55 T1 T2

% Volume Fenol Titik ekivalen terjadi saat campuran berada di titik suhu yang sama saat menjadi satu fasa dan tepat akan keruh (kembali menjadi dua fasa). Dilihat dari grafik, titik ekivalen berada pada suhu 74C dengan persen volume fenol sebesar 35,71 % volume.

Daftar Pustaka

:

Tjahjani, Ir. Siti, M. Kes. Nasrudin, Drs. Harun , M.S. Novita, Dian, S.T., M.Pd.2011. Buku Petunjuk Pratikum Kimia Fisika II. Surabaya: UNESA. Rohman, Ijang. 2004. Common Textbook: Kimia Fisika I. Edisi revisi. Malang: Universitas Negeri Malang. Atkina,P.W.1994.Physical Chemistry.Oxford:Oxford University Press. id.wikipedia.org

LAMPIRAN

Fenol dan air sebelum penambahan

Larutan saat panas, menjadi jernih dan hanya 1 fasa

Sesaat setelah larutan didinginkan

Terbentuk 2 fasa larutan kembali (larutan keruh)

Larutan masih mengalami perubahan sampai pada 12mL penambahan fenol (tabung A) dan aquades (tabung B)