3 Kesetimbangan Fasa 2 Komponen Analis Pembahasan - Lampiran.docx

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

I. Analisis Data dan Pembahasan Pada praktikum Kimia Fisika II yang berjudul “Kesetimbangan Fasa Dua Komponen” bertujuan untuk menggambarkan kesetimbangan fasa dua komponen fase cair-cair (fenol-air), menentukan titik ekivalen pada kesetimbangan fasa dua komponen fase cair-cair (fenol-air), serta menentukan fasa, komponen, dan derajat kebebasan suatu sistem kesetimbangan fase dua komponen fase cair-cair (fenol-air). Percobaan kesetimbangan fasa dua komponen dilakukan dengan mencampurkan antara dua cairan yang mempunyai perbedaaan

kelarutan,

di

mana

perbedaan

kelarutan

mempengaruhi

pembentukan larutan. Prinsip kerja percobaan ini yaitu pengukuran titik ekivalen dengan menggambarkan diagram fasa sebagai fungsi fraksi mol dan temperatur. Kesetimbangan fase adalah suatu keadaan dimana suatu zat memiliki komposisi yang pasti pada kedua fasenya pada suhu dan tekanan tertentu. Diagram fasa merupakan cara mudah menampilkan wujud zat sebagai fungsi suhu dan tekanan. Untuk memahami tentang diagram fasa dapat dibantu dengan pemahaman hukum fasa Gibbs di tahun 1876. Aturan ini menyatakan bahwa untuk kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebasdisebut derajat kebebasan (F) yang sama dengan jumlah komponen (C) ditambah 1 dikurangi jumlah fasa (P) (Tjahjani, 2013). Sistem biner fenol air merupakan sistem yang memperlihatkan sistem kelarutan timbal balik antara fenol dan air pada suhu dan tekanan tetap. Mula-mula air sebanyak 300 mL dimasukkan dalam gelas kimia 500 mL dan dipanaskan menggunakan pembakar spirtus dan kaki tiga, pembakar spirtus dimatikan setelah air mulai mendidih. Pada percobaan pertama yaitu mencampurkan larutan fenol ke dalam larutan aquades pada tabung tabung reaksi besar A dan percobaan yang kedua yaitu mencampurkan larutan aquades ke dalam larutan fenol pada tabung reaksi besar B. Mula-mula fenol berbentuk serbuk berwarna putih yang kemudian dipanaskan sehingga menjadi cairan jernih tidak berwarna. Percobaan pertama, pada tabung reaksi besar A dimasukkan 10 mL larutan aquades tidak berwarna kemudian ditambahkan 2 mL larutan fenol dengan menggunakan pipet gondok, kemudian dilakukan pengadukan sampai 14

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

keduanya menjadi larutan homogen yang berwarna putih keruh. Kemudian tabung tabung reaksi besar Adipanaskan pada penangas air. Pemanasan ini bertujuan untuk memperlambat reaksi yang menyebabkan molekul bergerak perlahan sehingga mudah diamati saat terjadi perubahan fasa dalam reaksi tersebut. Pada saat pemanasan di penangas air, dilakukan pengukuran suhu dan didapat T1A yang merupakan suhu yang didapat pada saat larutan berubah dari keruh menjadi tepat jernih. Selanjutnya tabung reaksi didinginkan. Pada saat proses pendinginan dilakukan pengukuran suhu sehingga didapatkan T2A dan didiamkan sehingga terjadi perubahan menjadi dua fasa. Pada saat terjadi 2 lapisan yaitu larutan fenol di lapisan bawah dan aquades di lapisan atas, hal ini terjadi karena massa jenis fenol lebih besar daripada massa jenis air serta terjadi pemutusan ikatan hidrogen. Fenol dan aquades pada temperatur kamar tidak dapat larut karena adanya ikatan hidrogen yang kuat pada keduanya dan juga Kelarutan fenol terbatas dalam air dikarenakan fenol mempunyai gugus hidrokarbon yang memiliki 6 atom C aromatis dan bersifat hidrofobik (tidak suka air). Penambahan fenol dilakukan terus-menerus sampai pada volume 14 mL. Sehingga diperoleh data suhu saat larutan menjadi jernih (T1A) dengan volume fenol sebanyak 2 mL, 4 mL, 6 mL, 8 mL, 10 mL, 12 mL, 14 mL berturutturut adalah 52⁰C, 56⁰C, 58⁰C, 62⁰C, 53⁰C, 48⁰C, 43⁰C serta suhu saat larutan pada saat tepat keruh (T2A) berturut-turut adalah 40⁰C, 45⁰C, 46⁰C, 48⁰C, 45⁰C, 43⁰C, 40⁰C. Disajikan dalam tabel sebagai berikut:

Penambahan fenol

T1 A

T2 A

2 mL

52⁰C

40⁰C

4 mL

56⁰C

45⁰C

6 mL

58⁰C

46⁰C

8 mL

62⁰C

48⁰C

10 mL

53⁰C

45⁰C

12 mL

48⁰C

43⁰C

14 mL

43⁰C

40⁰C

15

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

Persamaan reaksi pada saat fenol ditambah dengan aquades adalah sebagai berikut :

Reaksi diatas menunjukkan bahwa fenol dan air membentuk ikatan hidrogen. Pada suhu ruang hidrogen dan fenol mudah terpisah dan ikatan OH pada fenol mudah lepas. Fenol ditambahkan air akan mengalami kenaikan suhu dikarenakan penambahan air yang dilakukan terus menerus akan mengakibatkan ikatan hidrogen yang terjadi antara fenol dan air semakin kuat. Pada percobaan kedua, tabung reaksi besar B diisi 10 mL larutan fenol dan ditambahkan 2 mL larutan aquades. Setelah penambahan 2 mL aquades pada tabung reaksi besar B dilakukan pengadukan sampai menjadi larutan homogen berwarna putih keruh. Kemudian tabung reaksi dipanaskan pada penangas air. Pada saat pemanasan dilakukan pengukuran suhu sehingga didapat T1B yaitu suhu yang didapatkan pada saat larutan berubah dari keruh menjadi tepat jernih. Selanjutnya tabung reaksi didinginkan. Pada saat proses pendinginan dilakukan pengukuran suhu dan didapatkan T2B tepat saat terjadi perubahan menjadi dua fasa. Pada saat terjadi 2 lapisan yaitu larutan fenol di lapisan bawah dan aquades di lapisan atas, hal ini terjadi karena massa jenis fenol lebih besar daripada massa jenis air. Fenol dan aquades pada temperatur kamar tidak dapat larut karena adanya ikatan hidrogen yang kuat pada keduanya dan juga Kelarutan fenol terbatas dalam air dikarenakan fenol mempunyai gugus hidrokarbon yang memiliki 6 atom C aromatis dan bersifat hidrofobik (tidak suka air). Penambahan larutan aquades dilakukan sampai volume 22 ml. Diperoleh data suhu (T1B) saat volume 2 mL, 4 mL, 6 mL, 8 mL, 10 mL, 12 mL, 14 mL, 16 mL, 18 mL, 20 mL, 22 mL berturut-turut sebesar 45⁰C, 50⁰C, 53⁰C, 60⁰C, 57⁰C, 55⁰C, 53⁰C, 55⁰C, 62⁰C, 59⁰C, 60⁰C. Suhu pada saat (T2B) berturut-turut adalah 42⁰C, 48⁰C, 51⁰C, 57⁰C, 55⁰C, 54⁰C, 50⁰C, 53⁰C, 56⁰C, 54⁰C, 52⁰C.

16

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

Disajikan dalam tabel sebagai berikut:

Penambahan aquades

T1 A

T2 A

2 mL

45⁰C

42⁰C

4 mL

50⁰C

48⁰C

6 mL

53⁰C

51⁰C

8 mL

60⁰C

57⁰C

10 mL

57⁰C

55⁰C

12 mL

55⁰C

54⁰C

14 mL

53⁰C

50⁰C

16 mL

55⁰C

53⁰C

18 mL

62⁰C

56⁰C

20 mL

59⁰C

54⁰C

22 mL

60⁰C

52⁰C

Pada percobaan yang dilakukan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Berdasarkan data yang diperoleh dapat dihitung persen fenol pada tabung tabung reaksi besar Adan B dengan menggunakan rumus :

% fenol =

volume fenol × 100% volume total

17

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

Dari perhitungan, didapat data sebagai berikut :

Tabung reaksi besar Besar A No 1 2 3 4 5 6 7

Volume (mL) Aquades Fenol 10 2 10 4 10 6 10 8 10 10 10 12 10 14

Temperatur T1 A T2A 52⁰C 40⁰C 56⁰C 45⁰C 58⁰C 46⁰C 62⁰C 48⁰C 53⁰C 45⁰C 48⁰C 43⁰C 43⁰C 40⁰C

% V Fenol 16,7 % 28,6 % 37,5 % 44,4 % 50% 54,5 % 58,3 %

Tabung reaksi besar B No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

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

Temperatur T1 A T2A 45⁰C 42⁰C 50⁰C 48⁰C 53⁰C 51⁰C 60⁰C 57⁰C 57⁰C 55⁰C 55⁰C 54⁰C 53⁰C 50⁰C 55⁰C 53⁰C 62⁰C 56⁰C 59⁰C 54⁰C 60⁰C 52⁰C

% V Fenol 83,13 % 71,11 % 62,5 % 55,5 % 50% 45,5 % 41,7 % 38,5 % 35,7 % 33,3 % 45,4 %

Dari data tersebut dapat dibuat grafik atau diagram fasa merupakan cara mudah menampilkan wujud zat sebagai fungsi suhu dan tekanan. Untuk memahami tentang diagram fasa dapat dibantu dengan pemahaman hukum fasa.

18

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

Grafik Kesetimbangan Fasa 2 Komponen 70 60

suhu( ◦C)

50

62 62 60 60 59 58 57 57 56 54 56 55 55 55 54 53 53 53 53 52 52 51 50 50 48 48 46 45 45 45 43 43 40 40 40 42

40 30 20 10

83.13

71.11

62.5

58.3

55.5

54.5

50

50

45.5

45.4

44.4

41.7

38.5

37.5

35.7

33.3

28.6

16.7

0

% volume fenol T1

T2

Menurut (Rohman dan Mulyani, 2004) titik ekivalen yang didapatkan yaitu sebesar 65,85°C, tetapi pada percobaan kesetimbangan fase dua komponen yang kami lakukan, kami tidak menemukan titik ekivalen yang dapat dilihat dari grafik. Hal tersebut mungkin disebabkan oleh pengamatan yang kami lakukan kurang teliti, yaitu pengamatan pada saat melihat suhu yang terjadi ketika perubahan tepat keruh dan tepat jernih. Sehingga, suhu yang didapatkan dari kedua tabung reaksi tidak ada yang menunjukan titik ekivalen fenol dan air. Derajat kebebasan pada kesetimbangan 1 fasa yaitu pada kesetimbangan ini terdapat 2 komponen dan 1 fasa, sehingga derajat kebebasannya yaitu F = C-P+1 = 2-1+1 = 2 Sedangkan pada kesetimbangan 2 fasa, terdapat 2 komponen dan 2 fasa, sehingga derajat kebebasannya, yaitu : F=C–P+1 = 2-2+1 = 1 19

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

J. Kesimpulan 1. Komponen yang ada dalam suatu sistem kesetimbangan fase dua komponen fasa cair-cair yaitu fenol dan air. 2. Pada saat penambahan larutan fenol dan aquades kemudian dipanaskan, larutan berada dalam 1 fasa. Sedangkan pada saat penambahan larutan fenol dan aquades kemudian didinginkan, larutan berada dalam 2 fasa. 3. Dalam sistem fenol-air terdapat dua komponen dengan nilai derajat kebebasan ketika campuran larutan fenol-air dipanaskan memiliki satu fasa yang ditandai dengan larutan menjadi jernih yaitu 2. = C–P+1 i. = 2 – 1 + 1 ii. = 2 4. Saat didinginkan memiliki dua fasa yang ditandai dengan larutan menjadi keruh, maka nilai derajat kebebasannya adalah 1. a. F = C–P+1 i. = 2 – 2 + 1 ii. = 1 K. Tugas a. F

1. Gambarkan kesetimbangan fasa dua komponen fase cair-cair (fenol-air) dari data yang telah anda dapatkan dengan menggunakan komputer (grafik antara %volume pada sumbu X dan temperatur pada suhu Y). Gabungkan data yang didapat dari tabung reaksi A dan tabung reaksi B pada satu grafik. Jawab : T1 52 56 59 62 58 55 53 62 60 55 53 57

T2 40 45 54 56 46 53 50 48 52 54 45 55 20

% V FENOL 16,7 28,6 33,3 35,7 37,5 38,5 41,7 44,4 45,4 45,5 50 50

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

48 60 43 53 50 45

43 57 40 51 40 42

54,5 55,5 58,3 62,5 71,11 83,13

: data tabung A : data tabung B

Grafik Kesetimbangan Fasa 2 Komponen 70 60

suhu( ◦C)

50

62 62 60 60 59 57 57 56 54 56 58 55 55 55 54 53 53 53 53 52 51 50 50 48 52 48 46 45 45 45 43 43 40 40 40 42

40 30 20 10

83.13

71.11

62.5

58.3

55.5

54.5

50

50

45.5

45.4

44.4

41.7

38.5

37.5

35.7

33.3

28.6

16.7

0

% volume fenol T1

T2

2. Dari grafik yang anda dapatkan (soal no. 1), kapan terjadi titik ekivalen? Jawab : Berdasarkan data hasil percobaan yang diperoleh dan diolah menjadi grafik, hasilnya tidak sesuai dengan teori. Hal ini dikarenakan dalam grafik yang tertera pada soal no. 1 kami tidak menemukan adanya titik perpotongan (titik potong antara kedua garis) atau titik ekivalen, sehingga tidak bisa diperoleh suhu kritis dalam percobaan kami. Selain itu, grafik yang diperoleh tidak teratur cenderung naik turun sehingga tidak sesuai dengan teori yaitu grafik membentuk parabola. Kemungkinkan hal ini disebabkan

21

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

ketidaktelitian kami dalam mengamati perubahan larutan saat menjadi keruh atau jernih dan kurang tepat dalam mengukur suhu saat terjadi perubahan pada larutan. Seharusnya titik ekivalen terjadi ketika larutan tidak dapat menjadi jernih meskipun telah dimasukkan dalam penangas air dan larutan terpisah menjadi 2 lapisan (terdapat 2 fasa).

L. Daftar Pustaka Atkins, P.W. 1999. Kimia Fisika Jilid I Edisi keempat. Jakarta: Erlangga. Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Keenan, et-al. 1991. Ilmu Kimia Untuk Universitas (terjemahan A. H. Pudjaatmaka). Jakarta: Erlangga. Rohman, Ijang dan Sri Mulyani. 2004. Kimia Fisika 1. Jakarta: JICA. Tjahyani, Siti; Harun Nasrudin, Dian Novita. 2013. Petunjuk Praktikum Kimia Fisika II. Surabaya: UNESA University Press.

22

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

M. Lampiran Perhitungan a. Tabung reaksi A 1. V fenol V aquades

: = 2 mL = 10 mL 2

% volume fenol = 12 𝑥100 = 16,7% 2. V fenol V aquades

= 4 mL = 10 mL

% volume fenol = 3. V fenol V aquades

4 14

𝑥100 = 28,6%

= 6 mL = 10 mL 6

% volume fenol = 16 𝑥100 = 37,5% 4. V fenol V aquades

= 8 mL = 10 mL 8

% volume fenol = 18 𝑥100 = 44,4% 5. V fenol V aquades

= 10 mL = 10 mL 10

% volume fenol = 20 𝑥100 = 50% 6. V fenol V aquades

= 12 mL = 10 mL 12

% volume fenol = 22 𝑥100 = 54,5% 7. V fenol V aquades

= 14 mL = 10 mL 14

% volume fenol = 24 𝑥100 = 58,3% b. Tabung reaksi B

:

1. V fenol = 10 mL V aquades = 2 mL 10 % volume fenol = 12 𝑥100 = 83,13% 2. V fenol V akuades

= 10 mL = 4 mL

23

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen 10

% volume fenol = 14 𝑥100 = 71.11% 3. V fenol = 10 mL V aquades = 6 mL 10 % volume fenol = 16 𝑥100 = 62,5% 4. V fenol = 10 mL V aquades = 8 mL 10 % volume fenol = 18 𝑥100 = 55,5% 5. V fenol = 10 mL V aquades = 10 mL 10 % volume fenol = 20 𝑥100 = 50% 6. V fenol = 10 mL V aquades = 12 mL 10 % volume fenol = 22 𝑥100 = 45,5% 7. V fenol = 10 mL V aquades = 14 mL 10 % volume fenol = 24 𝑥100 = 41,7% 8. V fenol = 10 mL V akuades = 16 mL 10 % volume fenol = 26 𝑥100 = 38,5% 9. V fenol = 10 mL V akuades = 18 mL 10 % volume fenol = 28 𝑥100 = 35,7% 10. V fenol = 10 mL V akuades = 20 mL 10 % volume fenol = 30 𝑥100 = 33,3% 11. V fenol = 10 mL V akuades = 22 mL 10 % volume fenol = 32 𝑥100 = 45,4%

24

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

N. Lampiran Foto No. Perc. 1.

Foto Percobaan

Keterangan Pengambilan 2 mL larutan fenol menggunakan pipet volume.

2.

Memasukkan 2 mL larutan fenol ke dalam Tabung Reaksi A yang berisi 10 mL aquadest, menggunakan pipet volume.

3.

Memasukkan Tabung Reaksi A ke dalam penangas sambil diaduk mengguakan pengaduk dan dimasukkan termometer untuk mengamati suhu saat larutan yang keruh menjadi tidak berwarna / jernih.

25

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

4.

Tabung Reaksi A larutan setelah dipanaskan di penangas larutan dari yang keruh berubah menjadi larutan tidak berwarna / jernih dan diukur suhunya menggunakan termometer tepat saat terjadi perubahan.

5.

Tabung Reaksi A didingingkan di gelas kimia, larutan yang awalnya tidak berwarna sambil di aduk menggunakan pengaduk lama kelamaan kembali keruh dan diukur suhunya menggunakan termometer tepat saat terjadi perubahan.

6.

Hasil akhir Tabung Reaksi A setelah penambahan fenol 2 mL sebanyak 7 kali pengulangan, larutan tetap tidak berwarna / jernih meskipun sudah didinginkan dan diaduk.

26

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

7.

Memasukkan 10 mL larutan fenol ke dalam Tabung Reaksi B.

8.

Tabung Reaksi B yang berisi 10 mL larutan fenol dan 2 mL aquades, larutan keruh kemudian dimasukkan dalam penangas dan larutan berubah menjadi tidak berwarna / jernih dan diukur suhunya menggunakan termometer tepat saat terjadi perubahan.

9.

Tabung Reaksi B didingingkan di gelas kimia, larutan yang awalnya tidak berwarna sambil di aduk menggunakan pengaduk lama kelamaan kembali keruh dan diukur suhunya menggunakan termometer tepat saat terjadi perubahan.

27

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

9.

Hasil akhir Tabung Reaksi B setelah penambahan aquades 2 mL sebanyak 11 kali pengulangan, larutan tetap keruh meskipun sudah dipanaskan pada penangas dan diaduk.

28