Laporan Praktikum Kesetimbangan Fasa 2 Komponen Part 1

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

A. JUDUL PERCOBAAN “Kesetimbangan Fasa 2 Komponen” B. WAKTU DAN TANGGAL PERCOBAAN Rabu, 21 November 2018 pukul 07.00 WIB – 09.30 WIB. C. TUJUAN PERCOBAAN 1. Menggambarkan kesetimbangan fase dua komponen fase cair – cair (fenol – air) 2. Menentukan titik ekivalen pada kesetimbangan fase dua komponen fase cair – cair (fenol – air) 3. Menentukan

fasa,

komponen,

dan

derajat

kebebasan

suatu

kesetimbangan fase dua komponen fase cair – cair (fenol – air) D. TINJAUAN PUSTAKA Kesetimbangam 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 bebas-disebut derajat kebebasan (F) yang sama dengan jumlah komponen (C) ditambah 1 dikurangi jumlah fasa (P) (Tjahjani, 2013). 1. Fasa Fasa adalah bagian yang serba sama dari suatu sisitem, yang dapat dipisahkan secara mekanik , serbasama dalam hal komposisi kimia dan sifat-sifat fisika. Dalam fasa uap kerapatannya serbasama disemua bagian dalam uap tersebut. Dalam fasa cair kerapatannya serbasama disemua bagian dalam cair tersebut, tetapi nilai kerapatannya berbeda 1

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

dengan di fasa uap. Contoh nya air yang berisi pecahan-pecahan es merupakan suatu sistem yang terdiri atas dua fasa yang berwujud padat (es) dan fasa yang berwujud cair (air) (Atkins,1999). Sistem yang hanya terdiri atas campuran wujud gas saja hanya ada satu fasa pada kesetimbangan sebab gas selalu bercampur secara homogen. Dalam sistem yang hanya terdiri atas wujud cairan-cairan pada kesetimbangan bisa terdapat satu fasa atau lebih tergantung pada kelarutannya. Padatan-padatan biasanya mempunyai kelarutan yang lebih terbatas dan pada suatu sistem padat yang setimbang bisa terdapat beberapa fasa padat yang berbeda. Sifat suatu fasa dinyatakan dengan properti-properti intensif, dan biasanya

properti-properti

intensif

yang

diperhatikan

adalah

temperatur, tekanan, dan konsentrasi. Banyaknya properti intensif yang harus ditetapkan atau harus dinyatakan agar keadaan setimbang tidak menjadi samar-samar bisa dihitung dengan menggunakan aturan fasa (Phase Rule). Aturan fasa untuk pertama kali diperkenalkan oleh J. Willard Gibbs (tahun 1875), tetapi baru dipublikasikan 20 tahun kemudian (Atkins, 1999). Misalkan pada sebuah sistem terdapat p buah fasa dan C buah komponen yang tersebar ke dalam setiap fasa, maka derajat kebebasan (degree of Freedom) atau biasanya juga disebut Varian (f). Derajat kebebasan (degree of Freedom) adalah banyaknya variabel intensif yang dapat secara bebas divariasikan tanpa mengubah banyaknya fasa yang ada pada sistem, atau banyaknya variabel intensif yang harus ditentukan agar nilai semua variabel yang tersisa dapat diketahui, atau banyaknya variabel intensif yang digunakan untuk mencirikan suatu

2

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

sistem, dikurangi dengan banyaknya hubungan-hubungan atau batasanbatasan yang menghubungkan setiap fasa. 2. Komponen Jumlah komponen dalam suatu sistem merupakan jumlah minimum dari spesi yang secara kimia independen yang diperlukan untuk menyatakan komposisi setiap fasa dalam sistem tersebut. Cara praktis untuk menentukan jumlah komponen adalah dengan menentukan jumlah total spesi kimia dalam system dikurangi dengan jumlah-jumlah reaksi kesetimbangan yang berbeda yang dapat terjadi antara zat-zat yang ada dalam sistem tersebut (Atkins, 1999). Contoh: CaCO3 → CaO + CO2 komponen reaksi diatas dapat dihitung dengan menggunakan rumus C=S–R =3–1=2 3. Derajat Kebebasan Dalam membicarakan kesetimbangan fasa, kita tidak akan meninjau variabel ekstensif yang bergantung pada massa dari setiap fasa, tetapi meninjau variabel-variabel intensif seperti suhu, tekanan, dan komposisi (fraksi mol). Jumlah variabel intensif independen yang diperlukan untuk menyatakan keadaan suatu system disebut derajat kebebasan dari sistem tersebut ( Atkins, 1999). Dalam membicarakan kesetimbangan fasa, kita tidak akan meninjau variabel ekstensif yang bergantung pada massa dari setiap fasa tetapi meninjau variabel-variabel intensif seperti suhu, tekanan, dan komposisi (fraksi mol). Jumlah variabel intensif independen yang diperlukan untuk menyatakan keadaan suatu system disebut derajat kebebasan dari sistem tersebut. 3

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

Derajat kebebasan (F) adalah jumlah minimum variabel intensif (tekanan, temperatur, atau komposisi (fraksi mol) ) yang harus dipilih untuk menyatakan keadaan suatu sistem. Sistem dua komponen mempunyai derajat kebebasan F = 4 - P. Jika sistem ada dalam satu fasa, maka F = 3. Hal ini berarti sistem mempunyai tiga varian atau tiga derajat kebebasan. Keadaan sistem digambarkan dengan tiga koordinat atau tiga dimensi (diagram ruang). Komponen-komponen

umum

diagram

fasa

adalah

garis

kesetimbangan atau sempadan fasa yang merujuk pada garis yang menandakan terjadinya transisi fasa. Untuk memahami tentang diagram fasa dapat dibantu pemahaman hukum fasa Gibbs. Aturan ini menyatakan bahwa untuk kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebas disebut derajat kebebasan (F) yang sama dengan jumlah komponen (C) ditambah 2 dikurangi jumlah fasa (P). Pernyataan tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut: F=C+2–P Ket

: F = Derajat Kebebasan C = Komponen P = Jumlah Fasa

Diagram ruang sulit dibuat dan dipelajari. Untuk menyederhanakan maka salah satu variabel diatas dibuat konstan atau tetap sehingga tinggal 2 variabel bebas. Dengan penyederhanaan ini diagram dapat digambarkan dalam dua dimensi. Ada tiga kemungkinan bentuk diagram, yaitu:  Diagram P-konsentrasi pada T tetap  Diagram T-konsentrasi pada P tetap  Diagram P-T pada konsentrasi tetap 4

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

4. Sistem Dua Komponen Cair-Cair Sistem biner fenol air merupakan sistem yang memperlihatkan sistem kelarutan timbal balik antara fenol dan air pada suhu dan tekanan tetap. Jika komposisi campuran fenol-air dilukiskan terhadap suhu akan diperoleh sebuah kurva seperti Gambar 01.

Gambar 01. Diagram fasa sistem biner fenol-air Keterangan: L1 = fasa fenol dalam air L2 = fasa air dalam fenol xA = mol fraksi air mol xF = mol fraksi fenol xC = mol fraksi komponen pada titik kritis (TC)

Kesetimbangan fasa dapat digambarkan dalam temperatur Vs komposisi yang sama pada temperatur yang berbeda atau disebut isoplet. Pada daerah di dalam kurva terdapat dua fasa. Titik-titik pasangan komposisi temperatur di dalam kurva selalu menggambarkan 5

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

dua fasa. Komposisi tiap fasa terletak pada kurva. Diluar kurva hanya terdapat satu fasa. Titik maksimum kurva disebut titik kritis maksimum atau temperatur konsulat atas. Diatas temperatur titik kritis tidak mungkin terdapat dua fasa. Dua cairan dikatakan misibel sebagian jika A larut dalam jumlah yang terbatas, dan demikian pula dengan B, larut dalam A dalam jumlah yang terbatas. Bentuk yang paling umum dari diagram fasa T-X caircair pada tekanan tetap, biasanya 1 atm (seperti gambar diatas). Diagram

diatas

dapat

diperoleh

secara

eksperimen

dengan

menambahkan suatu zat cair ke dalam cairan murni lain pada tekanan tertentu dengan variasi suhu. Cairan B murni yang secara bertahap ditambahkan sedikit demi sedikit cairan A pada suhu tetap (T1). Sistem dimulai dari titik C (murni zat B) dan bergerak kea rah kanan secara horizontal sesuai dengan penambahan zat A. Dari titik C ke titik D diperoleh satu fasa (artinya A yang ditambahkan larut dalam B). Di titik D diperoleh kelarutan maksimum cairan A dalam cairan B pada suhu T1. Penambahan A selanjutnya akan menghasilkan sistem dua fasa (dua lapisan), yaitu lapisan pertama (L1) larutan jenuh A dalam B dengan komposisi XA,1 dan lapisan kedua (L2) larutan jenuh B dalam A dengan komposisi XA,2. Kedua lapisan ini disebut sebagai lapisan konyugat ( terdapat bersama-sama di daerah antara D dan F). Komposisi keseluruhan ada diantara titik D dan F. Di titik E komposisi keseluruhan adalah XA,3. Jumlah relatif kedua fasa dalam kesetimbangan ditentukan dengan aturan lever. Di titik E lapisan pertama lebih banyak dari lapisan kedua. Penambahan A selanjutnya

6

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

akan mengubah komposisi keseluruhan semakain ke kanan, sementara komposisi kedua lapisan akan tetap XA,1 dan XA,2. Perbedaan yang terjadi akibat penambahan A secara terus menerus terletak pada jumlah relative lapisan pertama dan kedua. Semakin ke kanan jumlah relative lapisan pertama akan berkurang sedangkan lapisan kedua akan bertambah. Di titik F cairan A yang ditambahkan cukup untuk melarutkan semua B dalam A membentuk larutan jenuh B dalam A. Dengan demikian sistem di F menjadi satu fasa. Dari F ke G, penambahan A hanya merupakan pengenceran larutan B dalam A. Untuk mencapai titik G di perlukan penambahan jumlah A yang tak terhingga banyaknya atau dengan melakukan percobaan mulai dari zat A murni yang kemudian di tambah zat B sedikit demi sedikit sampai di capai titik F dan seterusnya. Jika percobaan dilakukan pada suhu tinggi akan di peroleh batas kelarutan yang berbeda. Semakin tinggi suhu, kelarutan masing-masing komponen satu sama lain meningkat, sehingga daerah fasa semakin menyempit. Kurva kelarutan pada akhirnya bertemu disuatu titik pada suhu konsolut atas, atau disebut juga suhu kelarutan kritis (Tc). Di atas titik Tc cairan saling melarut sempurna dalam berbagai komposisi (Rohman, 2014).

7

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

E. ALAT DAN BAHAN 



Alat 1. Tabung reaksi besar 25 ml

2 buah

2. Pengaduk

1 buah

3. Beaker glass 500 ml

1 buah

4. Pipet volume dan karetnya 5 ml

1 buah

5. Kaki tiga dan kasa

1 buah

6. Pembakar spiritus

1 buah

7. Gelas ukur 10 ml

2 buah

8. Termometer

1 buah

9. Sarung tangan lateks

sepasang

10. Pipet tetes

2 buah

11. Masker pelingung wajah

1 buah

12. Korek api

1 buah

Bahan 1. Aquades

± 32 mL

2. Larutan Fenol

± 24 mL

8

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

F. ALUR PERCOBAAN Air -dimasukkan kedalam gelas kimia 600 ml (± ½ volum total) - didihkan dengan pembakar spiritus Air panas/ mendidih

9

Laporan Praktikum Kimia Fisika II Kesetimbangan Fasa 2 Komponen

G. Persamaan Reaksi O

+ H3O+ dan

10