Praktikum Kelarutan Timbal Balik

BAB IV KELARUTAN TIMBAL BALIK

4.1 Tujuan Percobaan

1. Menentukan temperatur kritik suatu sistem larutan 2. Menentukan kurva kelarutan fenol dalam air

3. Menbandingkan kelarutan beberapa sistem larutan. 4.2 Tinjauan Pustaka Kelarutan atau solubilitas adalah kemampuan suatu zat kimia tertentu, zat terlarut (solute), untuk larut dalam suatu pelarut (solvent). Kelarutan dinyatakan dalam jumlah maksimum zat terlarut yang larut dalam suatu pelarut pada kesetimbangan. Larutan hasil disebut larutan jenuh. Zat-zat tertentu dapat larut dengan perbandingan apapun terhadap suatu pelarut. Contohnya adalah etanol di dalam air. Sifat ini lebih dalam bahasa Inggris lebih tepatnya disebut miscible. Pelarut umumnya merupakan suatu cairan yang dapat berupa zat murni ataupun campuran. Zat yang terlarut, dapat berupa gas, cairan lain, atau padat. Kelarutan bervariasi dari selalu larut seperti etanol dalam air, hingga sulit terlarut, seperti perak klorida dalam air. Istilah "tak larut" (insoluble) sering diterapkan pada senyawa yang sulit larut, walaupun sebenarnya hanya ada sangat sedikit kasus yang benar-benar tidak ada bahan yang terlarut. Dalam beberapa kondisi,

titik kesetimbangan kelarutan dapat dilampaui untuk menghasilkan suatu larutan

yang disebut lewat jenuh (supersaturated) yang metastabil. (http//www.wikipedia.com, 18 Mei 2009, 18:09)

Faktor-faktor yang mempengaruhi kelarutan : 1.

Temperatur Pengaruh temperatur tergantung dari panas pelarutan. Bila panas pelarutan (∆H) negatif, maka daya larut turun dengan turunnya temperatur. Bila panas pelarutan (∆H) positif, maka daya larut naik dengan naiknya temperatur.

2.

Jenis zat terlarut dan pelarut Zat-zat dengan struktur kimia yang mirip, umumnya dapat saling bercampur baik, sedang yang tidak biasanya sukar bercampur.

3.

Tekanan Tekanan tidak begitu berpengaruh terhadap daya larut zat padat dan zat cair, tetapi berpengaruh pada daya larut gas. (Sukardjo, Kimia Fisika, hal. 142)

Daya larut suatu zat dalam zat lain dipengaruhi oleh : 1. Jenis pelarut dan zat terlarut. Zat-zat dengan struktur kimia yang mirip, umumnya dapat saling bercampur baik sedang yang tidak biasanya sukar bercampur. Air dan alkohol bercampur sempurna (completely misible), air dan eter bercampur sebagian (partially miscible),sedang air dan minyak sama sekali tidak bercampur (completely immiscible). (Sukardjo, Kimia Fisika, hal. 142)

2. Temperatur.

-

Zat padat dalam cairan. Kebanyakan zat padat menjadi lebih banyak larut ke dalam suatu cairan, bila temperatur dinaikkan, misalnya kaliumnitrat (KNO3) dalam air, namun terdapat beberapa zat padat yang kelarutannya menurun bila temperatur dinaikkan misalnya pembentukan larutan air dari seriumsulfat (Ce2(SO4)3).

-

Gas dalam cairan Kelarutan suatu gas dalam suatu cairan biasanya menurun dengan naiknya temperatur. (Keenan, Charles W, Kimia Untuk Universitas, Jilid I edisi keena, hal. 383)

3. Tekanan Tekanan tidak begitu berpengaruh terhadap daya larut zat pada zat cair, tetapi berpengaruh pada daya larut gas. (Sukardjo, Kimia Fisika, hal. 142)

Jenis-jenis larutan yang penting ada 4 yaitu : 1. Larutan gas dalam gas Gas dengan gas selalu bercampur sempurna membentuk larutan. Sifat-sifat larutan adalah aditif, asal tekanan total tidak terlalu besar. 2. Larutan gas dalam cair Tergantung pada jenis gas, jenis pelarut, tekanan dan temperatur. Daya larut N2, H2, O2 dan He dalam air, sangat kecil. Sedangkan HCl dan NH3 sangat besar. Hal ini disebabkan karena gas yang pertama tidak bereaksi dengan air, sedangkan gas yang kedua bereaksi sehingga membentuk asam klorida dan ammonium hidroksida. Jenis pelarut juga berpengaruh, misalnya N2, O2, dan

CO2 lebih mudah larut dalam alkohol daripada dalam air, sedangkan NH 3 dan H2S lebih mudah larut dalam air daripada alkohol. 3. Larutan cairan dalam cairan Bila dua cairan dicampur, zat ini dapat bercampur sempurna, bercampur sebagian, atau tidak sama sekali bercampur. Daya larut cairan dalam cairan tergantung dari jenis cairan dan temperatur. Contoh : a. Zat-zat yang mirip daya larutnya besar. Benzena-Toluena Air-Alkohol Air-Metil b. Zat-zat yang berbeda tidak dapat bercampur

Air-Nitro Benzena Air-Kloro Benzena 4. Larutan zat padat dalam cairan Daya larut zat padat dalam cairan tergantung jenis zat terlarut, jenis pelarut, temperatur, dan sedikit tekanan. Batas daya larutnya adalah konsentrasi larutan jenuh. Konsentrasi larutan jenuh untuk bermacam-macam zat dalam air sangat berbeda, tergantung jenis zatnya. Umumnya daya larut zat-zat organik dalam air lebih besar daripada dalam pelarut-pelarut organik.

Umumnya daya larut bertambah dengan naiknya temperatur karena kebanyakan zat mempunyai panas pelarutan positif.

(Sukarjo, Kimia Fisika, hal: 143-146)

Kelarutan timbal balik adalah kelarutan dari suatu larutan yang bercampur sebagian bila temperaturnya di bawah temperatur kritis. Jika mencapai temperatur kritis, maka larutan tersebut dapat bercampur sempurna (homogen) dan jika temperaturnya telah melewati temperatur kritis maka sistem larutan tersebut akan kembali dalam kondisi bercampur sebagian lagi. Salah satu contoh dari temperatur timbal balik adalah kelarutan fenol dalam air yang membentuk kurva parabola yang berdasarkan pada bertambahnya % fenol dalam setiap perubahan temperatur baik di bawah temperatur kritis. Jika temperatur dari dalam kelarutan fenol aquadest dinaikkan di atas 50°C maka komposisi larutan dari sistem larutan tersebut akan berubah. Kandungan fenol dalam air untuk lapisan atas akan bertambah (lebih dari 11,8 %) dan kandungan fenol dari lapisan bawah akan berkurang (kurang dari 62,6 %). Pada saat suhu kelarutan mencapai 66°C maka komposisi sistem larutan tersebut menjadi seimbang dan keduanya dapat dicampur dengan sempurna.

Temperatur kritis adalah kenaikan temperatur tertentu dimana akan diperoleh komposisi larutan yang berada dalam kesetimbangan. (Olaf A. Hougen, Chemical Process Principles, hal: 167-168)

Ada dua macam larutan, yaitu : 1. Larutan homogen, yaitu apabila dua macam zat dapat membentuk suatu

larutan yang susunannya begitu seragam sehingga tidak dapat diamati adanya bagian-bagian yang berlainan, bahkan dengan mikroskop optis sekalipun. Atau larutan dapat dikatakan dapat bercampur secara seragam (miscible). 2. Larutan heterogen, yaitu apabila dua macam zat yang bercampur masih terdapat permukaan-permukaan tertentu yang dapat terdeteksi antara bagianbagian atau fase-fase yang terpisah. (Keenan, Kimia Untuk Universitas, hal. 372)

Larutan heterogen dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu : a. Insoluble, yaitu jika kelarutannya sangat sedikit, yaitu kurang dari 0,1

gram zat terlarut dalam 1000 gram pelarut. Misalnya, kaca dalam air. b. Immisable, yaitu jika kedua zat tersebut tidak dapat larut antara zat satu

ke dalam zat yang lain. Misalnya, minyak dalam air. (Keenan, Kimia Untuk Universitas, hal. 376)

Kelarutan adalah banyaknya zat yang melarut dalam suatu kuantitas tertentu pelarut untuk menghasilkan larutan jenuh (gram zat terlarut/100 cm3 pelarut). (Keenan, Kimia Untuk Universitas, hal. 674)

Sifat-sifat metanol : a. Tidak bewarna b. Larut dalam air c. Bersifat racun d. Mempunyai rumus molekul CH3OH

e. Mempunyai massa molar 32,04 gr/mol f. Mempunyai titik didih 65°C g. Mempunyai titik beku -97,8C (http://de.wikipedia.org/wiki/Methanol , 21 Mei 2009, 18:25)

Sifat-sifat fenol : a. Mengandung gugus OH, terikat pada sp2-hibrida

b. Mempunyai titik didih yang tinggi c. Mempunyai rumus molekul C6H6O atau C6H5OH d. Fenol larut dalam pelarut organik

e. Berupa padatan (kristal) yang tidak berwarna

f. Mempunyai massa molar 94,11 gr/mol g. Mempunyai titik didih 181,9°C h. Mempunyai titik beku 40,9°C (http://de.wikipedia.org/wiki/Phenol, 21 Mei 2009, 18.30) (Ralph J. Fessenden, Dasar-Dasar kimia Organik, hal 295 & 297)

Sifat NaCl : a) Berasal dari reaksi antara NaOH dengan HCl menjadi NaCl dan H2O. b) Biasanya bersifat higroskopis yang artinya zat yang dapat menyerap air.

c) Aplikasi nyata adalah garam dapur, bila tidak disimpan ditempat tertutup rapat maka lama kelamaan akan basah. (http//www.yahoo.answer.com, 21 Mei 2009, 18:24)

Sifat-sifat air, yaitu : −

Mempunyai rumus molekul H2O. Satu molekul air tersusun atas dua molekul hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen.

− Air bersifat tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa pada kondisi standar, yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan temperatur 273,15 K (0°C). − Air merupakan suatu pelarut yang penting, yang memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak zat kimia lainnya, seperti garam-garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak macam pelarut organik. − Air menempel pada sesamanya (kohesi) karena air bersifat polar. − Air juga mempunyai sifat adesi yang tinggi disebabkan oleh sifat alami kepolarannya.

− Air memiliki tegangan permukaan yang besar yang disebabkan oleh kuatnya sifat kohesi antar molekul-molekul air − Mempunyai massa molar :18,0153 gr/mol −

Air mempunyai densitas 0,998 gr/cm3 (berupa fase cairan pada 20°C), dan mempunyai densitas 0,92 gr/cm3 (berupa fase padatan).

− Mempunyai titik lebur : 0°C, 273,15 K, 32°F − Mempunyai titik didih : 100°C, 373,15 K, 212°F − Kalor jenis air yaitu 4184 J/(kg.K) berupa cairan pada 20°C. (http://id.wikipedia.org/wiki/Air, 21 Mei 2009, 18:59)

4.3. Alat dan Bahan A. Alat-alat yang digunakan. -

batang pengaduk

-

beakerglass

-

botol aquadest

-

corong kaca

-

gelas arloji

-

karet penghisap

-

labu ukur

-

masker

-

neraca analitik

-

penjepit kayu

-

piknometer

-

pipet tetes

-

pipet volume

-

rak tabung reaksi

-

sarung tangan

-

tabung reaksi

-

termometer

-

timbangan digital

-

waterbath

B. Bahan-bahan yang digunakan. -

fenol (C6H5OH)

-

metanol (CH5OH) 1%

-

natriumklorida (NaCl) 1%

-

aquadest (H2O)

4.1. Prosedur Percobaan 1. Sistem fenol-aquadest

-

Menyiapkan campuran fenol dengan aquadest di dalam 5 tabung reaksi dengan komposisi masing-masing sebagai berikut:

-

Tabung 1

Fenol (g) 1

Aquadest (mL) 5,5

2

1

4,5

3

2

3,9

4

2

1,8

5

3

2

Memanaskan tiap campuran tersebut dalam waterbath dengan susunan seperti di atas.

-

Mengaduk campuran dengan perlahan dan mencatat suhu pada saat campuran berubah dari keruh menjadi jernih.

-

Mengeluarkan tabung reaksi dari waterbath lalu membiarkan campuran menjadi dingin serta mencatat suhu pada saat campuran menjadi keruh lagi.

-

Mencatat suhu pada saat campuran berubah dari keruh menjadi jernih.

2. Sistem fenol-metanol. -

Membuat campuran 2 g fenol dengan 3,9 mL larutan metanol 1% di dalam tabung reaksi, kemudian memanaskan dalam waterbath.

-

Mencatat suhu pada saat campuran berubah dari keruh menjadi jernih.

3. Sistem fenol-NaCl. -

Membuat campuran 2 g fenol dengan 3,9 larutan NaCl 1% di dalam tabung reaksi, kemudian memanaskan dalam waterbath.

-

Mencatat suhu pada saat campuran berubah dari keruh menjadi jernih.

4.2. Data Hasil Pengamatan Tabel 4.5.1. Data Pengukuran Suhu pada Sistem Fenol-Air. No

Fenol

Aquadest

(g)

(mL)

Jernih

Suhu (°C) Keruh

Rata-rata

1

1

5,5

54

51

52,5

2

1

4,5

57

52

54,5

3

2

3,9

59

54

56,5

4

2

1,8

54

51

52,5

5

3

2

52

50

51

Tabel 4.5.2. Data Pengukuran Suhu pada Sistem Fenol-Metanol. No

Fenol

Metnol

1

(g) 2

(mL) 3,9

Jernih

Suhu (°C) Keruh

Rata-rata

52

49

50,5

Tabel 4.5.3. Data Pengukuran Suhu pada Sistem Fenol-NaCl. No

Fenol(g)

1

2

NaCl(mL) 3,9

Jernih 46

4.3. Hasil Perhitungan

A. Sistem fenol-air 1. Mencari densitas (ρ) Air

Berat piknometer kosong : 15,4720 g Berat piknometer dan air : 39,9669 g Volume piknometer Rumus : ρ =

: 25 mL

W1 - W2 V

Dimana : ρ

= Densitas aquadest (g/mL)

W1 = Berat piknometer + aquadest (g) W2 = Berat piknometer kosong (g) V

= Volume piknometer (mL)

Suhu (°C) Keruh 39

Rata-rata 42,5

ρ (aquadest) =

39,9669 −15,4720 25

= 0,9798 g/mL Jadi densitas aqudest(ρ) yang di dapat adalah 0,9798 g/mL. 2.

Mencari % berat fenol dalam air. Rumus: Wfenol ×100% W fenol + ( ρ × v ) air

% W fenol =

Untuk tabung I : % W fenol =

2 2 + ( 0,9798 × 3,9 )

×100%

= 34,3571 %

Dengan cara yang sama untuk variasi berat fenol dan volume air yang berbeda diperoleh hasil sebagai berikut : No 1

fenol (g) 1

aquadest (g) 5,5

% berat fenol 15,6521%

2

1

4,5

18,4874%

3

2

3,9

34,3571%

4

2

1,8

53,1400 %

5

3

2

60,4887%

B. Sistem fenol-metanol 1. Membuat metanol 1% sebanyak 50 mL dari metanol 100%

Rumus : (V1 × C1) = (V2 × C2) Dimana : V1 = volume metanol 1 % V2 = volume metanol 100 % C1 = konsentrasi metanol 1 %

C2 = konsentrasi metanol 100 % (V1 × C1) = (V2 × C2) 50 x 1% = V2 x 100% V2 = 0,5 mL Jadi untuk membuat metanol 1% sebanyak 50 mL adalah dengan memipet 0,5 mL metanol 100% dan mengencerkan ke dalam labu ukur 50 mL dengan aquadest sampai tanda batas. 2. Menentukan densitas metanol Berat piknometer kosong

: 15,4720 g

Berat piknometer dan metanol

: 40,572g

Volume piknometer

: 25 mL

Rumus : ρ =

W1 − W2 V

Dimana: ρ = Densitas metanol (g/mL) W1 = Berat piknometer + metanol (g) W2 = Berat piknometer kosong (g) V = Volume piknometer (mL) ρ=

40,572 − 15,4720 25

= 1,004 g/mL Jadi densitas metanol (ρ) yang di dapat adalah 0,004 g/mL. 3. Mencari % berat fenol dalam metanol Rumus : % W fenol =

Wfenol × 100% W fenol + ( ρ × v ) metanol

% W fenol =

2 2 + (1,004 × 3,9 )

×100%

= 33,8090 % Jadi % berat fenol 33,8090%. C. Sistem fenol-NaCl 1. Membuat larutan NaCl 1 % sebanyak 50 mL jika diketahui ρair = 0,998.

Rumus : WNaCl × 100% W NaCl + ( ρ × v ) air WNaCl × 100% 1% = WNaCl + ( 0,9798 × 50 )

% W NaCl =

WNaCl = 0,489 g Jadi untuk membuat NaCl 1% sebanyak 50 mL adalah dengan menimbang 0,489 g dan melarutkannya ke dalam labu ukur 50 mL dengan aquadest sampai tanda batas. 2. Menentukan berat jenis (ρ) NaCl Berat piknometer kosong

: 15,4720 g

Berat piknometer + larutan NaCl : 40,097 g Volume piknometer

: 25 mL

Rumus : ρ= Dimana :

W1 − W2 V

ρ = Densitas NaCl (g/mL) W1 = Berat piknometer + larutan NaCl (g) W2 = Berat piknometer kosong (g)

V = Volume piknometer (mL) ρ=

W1 − W2 V

ρ=

40,097 − 15,4720 25 = 0,985 g/mL

Jadi densitas NaCl (ρ) yang didapat adalah 0,985 g/mL. 3. Mencari % berat fenol dalam NaCl Rumus : % W fenol =

=

Wfenol

Wfenol ×100% + ( ρ × v ) NaCl

2 × 100% 2 + ( 0,985 × 3,9 )

= 34,2378 % Jadi % berat fenol dalam NaCl 34,2378 %.

4.4. Grafik

57 56

% berat

55 54 53 52 51 50 0

10

20

30

40

50

60

70

T rata-rata Grafik 4.7.1. Hubungan antara % berat fenol terhadap suhu pada sistem fenol-air. 4.5. Pembahasan 1. Sistem fenol-Aqudest

Dari hasil percobaan diperoleh temperatur kritis sistem fenol-Aquadest adalah 56,5°C dengan komposisi dalam aquadest sebesar 34,3571 %, sedangkan menurut Hougen dalam Chemical Process Principles

halaman 168

temperatur kritis sistem fenol air adalah 66°C dengan komposisi berat fenol 34%. Dari hasil ini dapat diketahui bahwa terjadi penyimpangan yang disebabkan karena : a. Kurang cermat dalam menentukan temperatur pada saat larutan berubah dari keruh menjadi jernih dan dari jernih ke keruh kembali karena perubahan larutan dari keruh menjadi jernih terjadi dalam waktu yang singkat.

b. Kesalahan pada saat penimbangan fenol, karena fenol teroksidasi sehingga mudah menguap. Sedangkan kelarutannya fenol-aquadest lebih tinggi dibandingkan dengan kelarutan sistem fenol-metanol dan sistem fenol-NaCl. Menurut teori dari (http//www.wikipedia.com),

fenol memiliki kelarutan terbatas dalam air, yakni 8,3

gram/100 ml. Fenol memiliki sifat yang cenderung asam, artinya ia dapat melepaskan ion H+ dari gugus hidroksilnya. Pengeluaran ion tersebut menjadikan anion fenoksida C6H5O− yang dapat dilarutkan dalam air. 2. Sistem fenol-metanol Dari percobaan diperoleh temperatur kritis untuk sistem fenol-metanol adalah 50,5ºC dengan % berat fenolnya adalah 33,8090 % sedangkan secara teoritis temperatur kritis sistem fenol-metanol adalah dibawa temperatur kritik sistem fenol air seperti dalam buku Kimia Organik Hart Suminar halaman 165 sebab fenol metanol memiliki titik didih relatif tinggi sebab tidak saja hanya memasok kalor (energi) yang cukup untuk menguapkan setiap molekul tetapi juga memasok kalor yang cukup untuk memutus ikatan hidrogen sebelum setiap molekul dapat diuapkan, dan titik didih metanol secara teoritis adalah adalah 650C. Dilihat dari percobaan yang dilakukan diketahui bahwa hasil percobaan tidak sesuai dengan hasil teoritis yang ada hal ini disebabkan karena : - Perubahan dari keruh menjadi jernih menjadi keruh kembali terjadi dalam waktu yang singkat sehingga penentuan temperaturnya menjadi kurang tepat.

- Fenol mudah menguap sehingga komposisi menjadi berkurang. Sedangkan kelarutan fenol-metanol lebih rendah dibandingkan dengan kelarutan sistem fenol-aquadest tetapi lebih besar dari kelarutan sistem fenolNaCl. Menurut teori dari (http//www.wikipedia.com), fenol memiliki sifat yang cenderung asam, artinya ia dapat melepaskan ion H+ dari gugus hidroksilnya. Pengeluaran ion tersebut menjadikan anion fenoksida C6H5O−, maka metanol dapat dilarutkan dalam fenol. 3. Sistem fenol-NaCl Dari percobaan diperoleh temperatur kritis untuk sistem fenol-NaCl adalah 42,5ºC dengan persentase berat fenolnya adalah 34,2378 %. Temperatur kritis sistem fenol NaCl di atas temperatur kritis sistem fenol dalam air. Sistem fenol-NaCl membutuhkan temperatur yang lebih tinggi, ini sesuai dengan teori dalam wikipedia bahwa titik didih NaCl adalah 1465ºC. Hal ini disebabkan juga karena sifat solute (fenol) dan solvent (NaCl) tidak memiliki gugus fungsi yang sama dan fenol-NaCl hidrogen

sehingga

tidak

dapat

membentuk ikatan

fenol-NaCl sukar larut. Sedangkan kelarutannya lebih

rendah dibandingkan dengan kelarutan sistem fenol-aquadest dan kelarutan sistem fenol-metanol. Menurut teori dari (http//www.wikipedia.com), fenol memiliki sifat yang cenderung asam, artinya ia dapat melepaskan ion H+ dari gugus hidroksilnya. Pengeluaran ion tersebut menjadikan anion fenoksida C6H5O−, maka NaCl dilarutkan dalam fenol. 4.6. Kesimpulan

1. Temperatur kritis untuk sistem fenol-air adalah 56,5°C dengan komposisi

berat fenol sebesar 34,3571 %. Temperatur kritis sistem fenol-aquadest lebih rendah dibandingkan dengan temperatur kritis sistem fenol-metanol dan sistem fenol-NaCl, sedangkan kelarutannya lebih tinggi dibandingkan dengan kelarutan sistem fenol-metanol dan sistem fenol-NaCl. 2. Temperatur kritis untuk sistem fenol-metanol lebih rendah dari pada temperatur kritis sistem fenol-air dan suhu rata-rata pada sistem fenol-metanol adalah 50,50C sedangkan komposisi berat fenol sebesar 33,8090%.Temperatur kritis sistem fenol-metanol lebih tinggi daripada sistem fenol-aquadest dan sistem fenol-NaCl, sedangkan kelarutannya lebih rendah dibandingkan dengan kelarutan sistem fenol-aquadest tetapi lebih besar dari kelarutan sistem fenolNaCl 3. Temperatur kritis untuk sistem fenol-NaCl lebih tinggi daripada temperatur

kritis sistem fenol-air dan suhu rata-ratanya adalah 42,50C sedangkan komposisi berat fenolnya sebesar 34,2378%. Temperatur kritis sistem fenolNaCl lebih tinggi dari pada sistem fenol-metanol dan sistem fenol-aquadest, sedangkan kelarutannya lebih rendah dibandingkan dengan kelarutan sistem fenol-aquadest dan kelarutan sistem fenol-metanol.