Praktikum Kimia Fisika Kelarutan Sebagai Fungsi Suhu

BAB I PENDAHULUAN I.1. Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan kelarutan dan penghitungan panas kelarutan diferensial pada larutan jenuh asam oksalat. I.2. Dasar teori Yang dimaksud dengan kelarutan dari suatu zat dalam suatu pelarut, adalah banyaknya suatu zat dapat larut secara maksimum dalam suatu pelarut pada kondisi tertentu. Biasanya dinyatakan dalam satuan mol/liter. Jadi bila batas kelarutan tercapai, maka zat yang dilarutkan itu dalam batas kesetimbangan, artinya bila zat terlarut ditambah, maka akan terjadi larutan jenuh, bila zat yang dilarutkan dikurangi, akan terjadi larutan yang belum jenuh. Dan kesetimbangan tergantung pada suhu pelarutan. ( Hoedijono, hal 10 ) Dua komponen dalam larutan adalah solute dan solvent. Solute adalah substansi yang terlarut. Sedangkan solvent adalah substansi yang melarutkan. Contoh sebuah larutan NaCl. NaCl adalah solute dan air adalah solvent. Dari ketiga materi, padat, cair dan gas, sangat dimungkinkan untuk memiliki sembilan tipe larutan yang berbeda : padat dalam padat , padat dalam cairan , padat dalam gas, cairan dalam cairan, dan sebagainya. Dari berbagai macam tipe ini larutan yang lazim kita kenal adalah padatan dalam cairan , cairan dalam cairan , gas dalam cairan serta gas dalam gas. Suatu substansi dapat dikelompokan sangat mudah larut, dapat larut (moderately soluble), sedikit larut (slightly soluble), dan tidak dapat larut.

Beberapa variabel,misalnya ukuran ion-ion, muatan dari ion-ion,

interaksi

antara

ion-ion,

interaksi

antara

solute

dan

solvent,

temperatur,mempengaruhi kelarutan. Kelarutan dari solute relatif mudah

diukur melalui percobaan. Beberapa faktor yang berhubungan dengan kelarutan antara lain: 1.

Sifat alami dari solute dan solvent. Substansi polar cenderung lebih miscible atau soluble dengan substansi polar lainnya. Substansi nonpolar cenderung untuk miscible dengan substansi nonpolar lainnya, dan tidak miscible dengan substansi polar lainnya. 2. Efek dari temperatur terhadap kelarutan Kebanyakan zat terlarut mempunyai kelarutan yang terbatas pada sejumlah solvent tertentu dan pada temperatur tertentu pula. Temperatur dari solvent memiliki efek yang besar dari zat yang telah. Untuk kebanyakan padatan yang terlarut pada liquid, kenaikkan temperatur akan berdampak pada kenaikkan kelarutan (solubilitas). 3. Efek tekanan pada kelarutan Perubahan kecil dalam tekanan memiliki efek yang kecil pada kelarutan dari padatan dalam cairan tetapi memiliki efek yang besar pada kelarutan gas dalam cairan. Kelarutan gas dalam cairan berbanding langsung pada tekanan dari gas diatas larutan. Sehingga sejumlah gas yang terlarut dalam larutan akan menjadi dua kali lipat jika tekanan dari gas diatas larutan adalah dua kali lipat. 4. Kelajuan dari zat terlarut Kelajuan dimana zat padat terlarut dipengaruhi oleh : a. Ukuran partikel b. Temperatur dari solvent c. Pengadukan dari larutan. d. Konsentrasi dari larutan. ( Sukardjo, hal 142 ) Efek panas dalam pembentukan larutan dapat digunakan dalam penerapan prinsip Le-Chateliers untuk menghitung efek temperatur pada kelarutan. Dengan menggunakan terminology dari thermodinamika, bahwa kandungan panas atau entalphy dari system telah meningkat sesuai dengan jumlah energi thermal (heat

molar vaporization atau ∆ Hv). Perubahan entalphi untuk proses diberikan dengan mengurangi entalpi akhir system dengan entalphi mula-mula ∆ H = H final – H inisial ………………………….. (1) Secara umum

∆ H positif untuk setiap perubahan makroskopik yang

terjadi pada tekanan konstan jika energi panas mengalir dalam system saat perubahan terjadi, dan negatif jika panas mengalir keluar. Proses dimana entalpi dalam system meningkat disebut proses endothermic sedangkan entalpi yang mengalami penurunan disebut proses eksothermik. Perubahan entalpi terbatas hanya pada aliran panas jika proses tersebut terbawa keluar sehingga tekanan mula –mula dan akhir adalah sama dan system adalah tertutup.Pembentukan dari larutan apakah itu eksothermik ataun endothermic tergantung pada temperatur dan sifat alamiah solute dan solvent. Untuk memprediksi efek dari perubahan temperatur kita dapat menggunakan prinsip Le-Chateliers, sangatlah diperlukan untuk memperhitungkan perubahan entalpi untuk proses pelarutan dari kondisi larutan yang jenuh. Entalpi molar dari larutan ( ∆ Hl ) sebagai jumlah kalori dari enegi panas yang seharusnya tersedia (∆ Hl positip) ataupun yang seharusnya dipindahkan (∆ Hl negatip) untuk menjaga agar temperatur tetap konstan yang mana didalamnya terdapat satu mol zat terlarut dalam volume yang sangat besar yang mendekati larutan jenuh untuk menghasilkan larutan jenuh. Jika entalpi dari larutan adalah negatif peningkatan temperatur menyebabkan penurunan kelarutan. Kebanyakan padatan solute memiliki entalpi positip dari larutan sehingga kelarutan mereka meningkat sesuai dengan kenaikkan temperatur. Hampir semua perubahan kimia merupakan proses eksothermik ataupun proses endothemik. Kebanyakan, tetapi tidak semua, reaksi yang terjadi secara spontan adalah reaksi eksothermik ( Maron Lando, hal 416 ) Salah satu contoh kesetimbangan yang sederhana adalah kesetimbangan antara solute dengan larutan jenuhnya. Dalam hal ini molekul padat akan larut pada kecepatan yang sama dengan molekul yang mengendap menjadi padat.

Berhubungan dengan dengan masalah ini dikenalah istilah solubilitas, yang,merupakan suatu ukuran dari kadar solute yang terkandung dalam larutan jenuh. Konstanta kesetimbangan antara padatan dan larutan jenuh dapat dinyatakan sebagai : G2* = G2*0 + RT ln

*

……………………………. (2)

dimana G2*0 adalah energy bebas standard, a2 adalah aktifitas solute dalam larutan dan

*

adalah aktivitas padatan solute murni G2 = G20 + RT ln G20 + RT ln a2 = G2*0 + RT ln

dan,

*

=

ln

= K ……………………………………. (3)

ln

=K

sehingga,

……………………………………. (4)

a2* dapat dihubungkan dengan molality solute m dengan menggunakan koefisien aktivitas δ . Koefisien aktivitas δ harga δ

merupakan fungsi dari T, P dan konsentrasi ;

ini akan mendekati 1 apabila m mendekati 0 . Maka apabila dipakai

hubungan tersebut dan anggapan bahwa sebagai patokan dasar adalah solute padat murni sehingga a2* = 1 . Konstanta – konstanta kesetimbangan dapat ditulis sebagai : K = (a2)m=ms = δ

s

ms .................................... (5)

Dimana subscrip s menunjukkan untukn larutan jenuh sedang dalam (a2)

m=ms

adalah aktivitas solute pada larutan jenuh . Apabila suhu berubah pada tekanan tetap maka ms dan δ

s

akan berubah , demikian pula K . Menurut hokum Van –

Hoff , untuk merubah K pada tekanan tetap diperlukan (

)p =

………………………………(6)

Persamaan (3) di atas dapat diturunkan dari persamaan berikut ............................................ (7) Jika terjadi kesetimbangan

maka

............................................... (8) Pada P tetap persamaan diatas menjadi persamaan (

)p =

............................................... (9)

didapat

Pengaruh suhu dan konsentrasi pada

=

................................ (10)

= ∂ ln ∂   d ln ms (∆HDS ) m 1 + ( ∂ ln m )T , P, m = ms  dT = RT 2  

(12) Untuk larutan encer m=0, maka

=1

............................. (11) = ms

………………………..

∂ ln ms (∆HDS ) m = ∂T RT 2

= ms

………………………..

(13)

∫ ∂ ln m

s

=∫

( ∆HDS ) m = ms ∂T …………………… RT 2

(14) ln ms = −

(∆HDS ) m = ms ……………………. RT 2

(15) Atau ∂ ln ms (∆HDS ) m = ms =− 1 .............................. (16) R ∂( ) T

Jadi dengan menggunakan anggapan tersebut , harga (∆ HDS ) m=ms dapat dihitung dari slope antara ln ms terhadap 1/T . (Daniel, hal 132-133) Kegunaan Panas Kelarutan dalam Industri Dalam pembuatan reactor kimia, bila panas pelarutnya diketahui untuk menghindari kerusakan pada reactor karena kondisi thermal tertentu dengan kelarutan reactor tersebut

BAB II PERCOBAAN II.1. Variabel Percobaan Dalam percobaan ini variable yang digunakan adalah suhu larutan asam oksalat jenuh, yaitu 0o C, 15o C, 20o C dan 25o,35,40,45 C. II.2. Prosedur Percobaan 1. Membuat larutan asam oksalat jenuh menggunakan

tabung reaksi

berukuran sedang pada suhu kamar , dengan cara melarutkan asam oksalat kristal ke dalam air sampai kristalnya tidak melarut lagi. 2. Mencatat suhu larutan , kemudian mangambil dua kali 10 ml dari larutan. Memasukkan 10 ml larutan ke dalam botol timbang dan menimbangnya sampai ketelitian 0,01 g. 3. Menitrasi 10 ml larutan yang satunya dengan menggunakan larutan NaOH baku 5,26 N dengan indikator PP . 4. Mengulangi tahap 1 s/d 3 dengan menggunakan ice bath pada suhu 00C . 5. Mengulangi tahap 1 s/d 3 untuk suhu – suhu 15 oC, 20 oC dan 25 oC. Caranya dengan jalan mendinginkan larutan jenuh pada suhu kamar sampai dengan suhu yang dikehendaki dalam ice bath . 6. Melakukan percobaan untuk masing – masing suhu tersebut sebanyak 2 kali . II.3. Alat - alat yang Digunakan 1.

Buret 50 ml

2 buah

2.

Statif

1 buah

3.

Klem holder

1 buah

4.

Corong kaca

5.

Beaker glass 600 ml

6.

Beaker glass 1000 ml

1 buah 2 buah 1 buah

7. Kompor listrik

1 buah

7.

Pengaduk kaca

1 buah

8.

Tabung reaksi berukuran sedang

3 buah

9.

Pipet ukur 10 ml / 25 ml

2 buah

10.

Gelas arloji

2 buah

11.

Botol timbang

1 buah

12.

Erlenmeyer 250 ml

3 buah

13.

Karet penghisap

1 buah

14.

Termometer

1 buah

II.4. Bahan yang Digunakan 1.

Asam oksalat

2.

Larutan NaOH baku 5,26 N

3.

Indikator PP

4.

Es batu

5.

Garam dapur

6.

Aquades II.6. Hasil Percobaan W botol timbang :

1. 47,5289 g 2. 47,5287 g 3. 47,5288 g

NaOH = 5,26 N = 5,26 M Tabel 2.6.1. Hasil percobaan Massa larutan + botol timbang (g) 0

SUHU( C)

0 5

I

58,1039 57,8822

II

58,1039 57,8823

III

58,1038 57,8822

Volume NaOH (ml)

5,5 5,1

10 15 20

57,5587 58,0929 57,7214

57,5588 58,0930 57,7213

57,5587 58,0931 57,7212

4,8 4,9 4,7

25

57,9237

57,9236

57,9234

4,5

30

58,3564

58,3563

58,3565

4,3

35

57,9428

57,9427

57,9429

4,35

40

58,1444

58,1444

58,1443

4,3

45

57,8178

57,8179

57,8177

3,8

BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III.1.Hasil Perhitungan Tabel 3.1.1. Perhitungan nasam oksalat dan Wasam oksalat T

V NaOH

Normalitas

Molaritas

n asam

W asam

W

(0C) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

(ml) 5.5 5.1 4.8 4.9 4.7 4.5 4.3 4.35 4.3 3.8

asam oksalat 2.893 2.6826 2.5248 2.5774 2.4722 2.367 2.2618 2.2881 2.2618 1.9988

asam oksalat 1.4465 1.3413 1.2624 1.2887 1.2361 1.1835 1.1309 1.14405 1.1309 0.9994

oksalat(mmol) 14.465 13.413 12.624 12.887 12.361 11.835 11.309 11.4405 11.309 9.994

oksalat(g) 14.465 13.413 12.624 12.887 12.361 11.835 11.309 11.4405 11.309 9.994

pelarut(g) 9.2733 9.1464 8.8939 9.4045 9.0801 9.3297 9.8099 9.3845 9.5979 9.3896

Tabel 3.1.2 Perhitungan Sasam oksalat T 0C)

Kelarutan gr/100 gr solvent

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

14.0387 13.1984 12.7746 12.3328 12.2519 11.4167 10.3753 10.9718 10.6046 9,5793

Tabel 3.1.3. Hasil perhitungan 1/Τ, ms, dan ln ms

Suhu (0C)

1/T

ms

Ln ms

273.15 278.15 283.15

0.003661 0.0035952 0.0035317

1.55985183

0.4446

3 1.46648449

0.3829

3 1.41940406

0.3502

9 1.37030582

0.3150

288.15 293.15

0.0034704 0.0034112

3 1.36132712 1.26852726

0.3085 0.2379

298.15

0.003354

9 1.15281618

0.1422

9 1.21909050

0.1981

7 1.17828390

0.1641

303.15 308.15 313.15

0.0032987 0.0032452 0.0031934

2

III.2. Pembahasan Dalam percobaan kelarutan sebagai fungsi suhu ini,obyek yang digunakan adalah larutan asam oksalat jenuh yang akan dicari kelarutan dan panas kelarutan diferensialnya,ΔHDS dengan variabel suhu yang berbeda-beda. Dalam percobaan ini,kristal H2C2O4.2H2O dilarutkan dalam 100 mL aquadest hingga membentuk larutan jenuh yang ditandai dengan terbentuknya endapan larutan yang dibuat.Kemudian larutan diperlakukan sehingga suhu larutan sesuai pada kondisi suhu yang telah ditentukan,yaitu pada 00C, 50C, 100C, 150C, 200C, 250C, 300C, 350C dan 400larutan diferensial dari larutan asam oksalat.Suhu-suhu tersebut digunakan untuk mengetahui sejauh mana pengaruh suhu pada penentuan kelarutan dan panas pelarutan diferensial dari larutan asam oksalat jenuh tersebut.

Tabel 3.1.4 Kelarutan asam oksalat pada berbagai suhu dari literature KirkOthmer Suhu (0C) Kelarutan (gr/100 gr pelarut) 4 6,2681 8 5,8647 12 6,4777 16 6,9981 20 7,4340 24 7,7551 28 7,9158 32 8,0185 36 8,0651 40 8,4020 Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa kelarutan yaitu jumlah gram asam oksalat yang terdapat dalam 100 gram H2O semakin besar seiring dengan meningkatnya suhu larutan,atau dengan kata lain kelarutan asam oksalat berbanding lurus dengan suhu larutan. Adapun grafik hubungan antara kelarutan dan suhu pada percobaan yang dilakukan adalah sebagai berikut:

Gambar 3.1 Grafik antara kelarutan (S) dan suhu (T) Dari grafik tersebut menunjukkan bahwa kelarutan berbanding terbalik dengan suhu,hal ini tidaklah sesuai dengan literatur,dimana pada percobaan, harga kelarutan asam oksalat nilainya lebih rendah dari literatur, dengan perbedaan berkisar antara –26% s/d +24,6 % dari kelarutan literatur. Hal ini terjadi karena

kemungkinan pada proses pelarutan asam oksalat belum tepat melewati titik jenuhnya walaupun hal ini telah diantisipasi dengan melakukan agitasi secara kontinu sampai mencapai suhu yang ditentukan, sehingga asam oksalat pada larutan tersebut belum sepenuhnya benar-benar jenuh. Pada saat pengambilan larutan asam oksalat yang akan ditentukan konsentrasinya dengan cara titrasi terdapat sejumlah endapan kristal oksalat yang terambil sehingga akan mempengaruhi nilai konsentrasi asam oksalat pada larutan, karena kristal oksalat tersebut akan melarut kembali sesuai dengan kenaikan temperatur. . Panas pelarutan diferensial dapat dihitung dengan menggunakan persamaaan berikut: d ln ms (∆HDS )m = ms =− 1 R d( ) T

Dengan menggunakan anggapan terssebut,harga ΔHDS dapat dihitung dari slope antara ln ms terhadap

. Sedangkan sebagai perbandingan kita memperoleh

nilai kelarutan dari literatur Kirk Othmer 3 edition dimana pada temperatur 0-60 C kelarutan asam oksalat dapat ditulis sebaaiu fungsi temperatur sebagai berikut S = 3,42 + 0,168 t + 0,0048 t2 Dari persamaan ini terlihat bahwa harga kelarutan asam oksalat akan semakin besar seiring dengan kenaikan temperatur larutan. Dari harga kelarutan yang didapatkan dari percobaan dapat kita buat diagram antara seperti yang ditunjukkan oleh grafik dibawah ini :

terhadap ln ms

Gambar 3.2 Grafik antara Ln ms dan Dari grafik tersebut diperoleh slope 665,9 maka dipeoleh harga ΔHDS = -5536.29 joule/mol K. Menurut literatur, ΔHDS yang didapatkan seharusnya bernilai positif. Hasil percobaan dengan literatur tidak sesuai hal ini disebabkan oleh ketidakakuratan proses titrasi, kurang jenuhnya larutan asam oksalat yang dibuat akibat dari kurang sempurnanya pengadukan.

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN IV.1. Kesimpulan Pada percobaan kelarutan sebagai fungsi suhu ini didapatkan kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut : 1. Harga kelarutan asam oksalat pada suhu 00C, 50C, 100C, 150C, 200C, 250C, 300C, 350C, 400C dan 450C adalah 14,0387 gr/100gr solvent, 13,1984 gr/100 gr solvent, 12,7746 gr/100 gr solvent, 12,3328 gr/100 gr solvent, 12,2519 gr/100 gr solven, 11,4167 gr/100 gr solven, 10,3753 gr/100 gr solven, 10, 9718 gr/100 gr solven, 10,6046 gr/100 gr solven, dan 9,5793 gr/100 gr solven. 2. Harga (∆ HDS)m=ms dari grafik antara ln ms dan 1/T adalah -5536,29 J/mol. IV.2. Saran Pada percobaan kelarutan sebagai fungsi suhu ini untuk mendapatkan hasil yang baik dan benar perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut : 1. Melakuka pengadukan (agitasi) pada pelarutan asam oksalat secara kontinu hingga asam oksalat melarut sepenuhnya dan akhirnya tercapai titik jenuhnya 2. Saat melakukan titrasi, pengamatan terhadap perubahan warna dari larutan tak berwarna menjadi merah muda harus cermat sehingga titik akhir yang diperoleh tidak melampaui titik ekivalen larutan. 3. Menjaga agar suhu larutan sesuai dengan suhu yang kita tentukan dengan cara melakukan penimbangan maupun titrasi secara cepat dan hati-hati sehingga suhu tidak terlampau banyak berubah.

DAFTAR PUSTAKA Dosen-Dosen

Teknik

Kimia.

2009.

Petunjuk

Praktikum

Kimia

Fisika.Surabaya:Jurusan Teknik Kimia,FTI-ITS Ismarwanto, Hoedijono.1990. Diktat Kuliah Kimia Analisa Bagian I. Surabaya: Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Kirk Othmer,”Encyclopedy of Chemical Technology”, 3rd editions.Volume 16. John Willey & Sons.USA: 1981 Maron,H.Samuel and Jerome B. Lando. 1974. Fundamentals of Physical Chemisrtry.USA: Macmillan Publishing Co Inc Sukardjo. 1977. Kimia Fisika. Jakarta: PT. Aneka Cipta

APPENDIKS Perhitungan normalitas asam oksalat . Temperatur : 24 0 C Contoh Perhitungan V NaOH = 5,5 ml N 1 xV 1 = N 2 xV N2 =

2

(5,5 x5,26 ) 10

= 2,893 N

Perhitungan molaritas M =

N eq

N2 =

2,893 2

=1,4465 M

Perhitungan mol asam oksalat . n = MxV n =1,4465 x10 =14 ,465 mol

Perhitungan massa asam oksalat. Wasamoksal at = nxBM =

14 ,465 x90 1000

=1,30185 gr

Perhitungan massa larutan dan massa H2O W lart. = W (bt + lart. Asam oksalat) - W botol timbang = 58,1039 – 47,5287 = 10,5752 gr

W H2O= W lart. - W asam oksalat = 10,5752 – 1,30185 = 9,27335 gr Perhitungan molalitas solute untuk larutan jenuh(ms).  1000 ms = nx   Wpelarut  =

   

14 ,465 1000 x 1000 9,27335

= 1,5599

Perhitungan kelarutan asam oksalat (s) s=

(mxBM ) 10

N2 =

(1,5599 x90 ) 10

=14,0391 gr Panas pelarutan differensial (∆ H DS ) m=ms . Dari hasil percobaan diperoleh harga slope = -5536,29 J/mol.