BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Gas merupakan molekul-molekul yang bergerak menurut jalan-jalan yang

lurus ke segala arah, dengan kecepatan yang sangat tinggi.Molekul-molekul gas

ini selalu bertumbukan dengan molekul-molekul lain atau dengan dinding

bejana.Tumbukan terhadap dinding bejana ini yang menyebabkan adanya

tekanan (Sukardjo, 1997)

Cairan volatil adalah cairan yang mudah menguap, biasanya memiliki titik

didih dibawah titik didih air (< 100˚C). Molekul pada cairan volatil memiliki

gaya antar molekul yang sangatlah lemah, gaya antar molekul yang lemah ini

mengakibatkan molekul pada cairan volatil mudah lepas antara satu dengan yang

lain. Lepasnya molekul-molekul didalam cairan ini merupakan salah satu

penyebab cairan volatil mudah menguap. Cairan volatil mudah ditemukan

didalam kehidupan sehari-hari seperti diisopropil eter, metanol, dietil eter,

aseton, klorofom, benzene.

Berdasarkan teori kinetik gas, cairan volatil dianggap sebagai kelanjutan dari

fase gas, di mana fase cairan molekul-molekulnya mempunyai gaya tarik-

menarik yang relatif lebih besar dibandingkan dengan gas, sehingga jarak antara

partikel-partikel jauh lebih lengkap. Hal inilah yang menyebabkan permukaan

cairan dapat menahan volume yang tepat. Cairan yang mudah menguap, gaya

tarik-menarik antara molekul-molekulnya rendah. Partikel-partikelnya cenderung

untuk tercerai berai oleh gerakannya masing-masing.Penguapan cairan terjadi

karena molekul-molekul cairan meninggalkan cairan.

Ketika cairan volatil dipanaskan, maka cairan volatil akan menguap dengan

cepat pada temperatur titik didih air. Penguapan ini terjadi akibat adanya

pemanasan atau penambahan suhu, sehingga energi kinetik didalam cairan

tesebut bertambah. Karna seiring bertambahnya suhu maka energi kinetik juga

akan semakin besar.

Pada percobaan penentuan Berat Molekul Volatilakan menggunakan hukum-

hukum gas ideal seperti hukum gas Boyle, hukum Charles (Gay Lussac), hukum

Boyle-Gay Lussac, hukum Dalton, hukum Amagat, hukum Avogadro, dan

hukum Graham.

Percobaan ini bertujuan untuk menentukan berat molekul dari senyawa volatil

berdasarkan pengukuran densitas gas dan melatih persamaan gas. Karena

pengukuran berat molekul suatu cairan volatil tidak akan akurat bila dihitung

berdasarkan viskositas atau konsentrasinya hal ini disebabkan cairan dapat

menguap pada suhu kamar sehingga sebagian zat cair akan menguap dan

menyebabkan analisa tidak tepat. Untuk mengatasi hal itu maka digunakan

metode yang paling sesuai untuk menghitung berat molekul cairan volatil yaitu

metode limiting density.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang timbul pada percobaan berat molekul volatil ini antara lain:

1. Bagaimana cara menentukan berat molekul dari senyawa volatil.

2. Bagaimana menghitung dan menentukan berat molekul dari sampel senyawa

volatil.

1.3 Tujuan Percobaan

Percobaan ini bertujuan untuk menentukan menentukan berat molekul cairan

volatil berdasarkan pengukuran massa jenis gas.

1.4 Manfaat Percobaan

Manfaat yang dapat diperoleh dari percobaan ini antara lain :

1. Praktikan dapat memahami prinsip dan cara pengukuran berat molekul cairan

volatil yang sederhana dan dapat menerapkan pengetahuan tersebut dalam

industri.

2. Praktikan dapat mengetahui dan memahami jenis-jenis cairan volatil.

3. Praktikan dapat lebih memperdalam pengetahuan mengenai prinsip-prinsip

hukum gas ideal.

4. Praktikan dapat mengetahui aplikasi cairan volatil dalam industri.

1.5 Ruang Lingkup Percobaan

Percobaan ini dilakukan dalam Laboratorium Kimia Fisika, Departemen Teknik

Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, dengan keadaan ruangan :

- Temperatur ruangan : 30oC

- Tekanan udara : 760 mmHg

Bahan yang digunakan yaitu methanol dan kloroform. Alat-alat yang

digunakan adalah labu Erlenmeyer (150ml), alumunium foil, pipet tetes, karet gelang,

gelas ukur, penangas air, neraca analitik, jarum, penjepit tabung, termometer, dan

desikator

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Hukum-Hukum Gas

Persamaan keadaan atau gas ideal adalah persamaan termodinamika yang

menggambarkan keadaan materi di bawah seperangkat kondisi fisika. Persamaan gas

ideal adalah sebuah persamaan konstitutif yang menyediakan hubungan matematik

antara dua atau lebih fungsi keadaan yang berhubungan dengan materi, seperti

temperatur, tekanan, volume dan energi dalam (Atkins, 1993).

Gas yang terdiri atas molekul yang bergerak menurut jalannya yang lurus ke

segala arah, dengan kecepatan yang sangat tinggi. Molekul-molekul gas ini selalu

bertumbukkan dengan molekul-molekul lainnya atau dengan dinding bejana.

Tumbukan terhadap dinding bejana ini yang menyebabkan adanya tekanan.Karena

molekul gas selalu bergerak ke segala rah, maka gas yang satu mudah bercampur

dengan gas yang lain (diffusi), asal keduanya tidak bereaksi. Misal: N2 dan O2, CO2

dan H2 dan sebagainya. Semua gas dibagi 2: gas ideal dan nyata. Gas ideal

merupakan gas yang mengikuti secara semprna hukum-hukum gas (Gay Lusac,

Boyle, dan sebagainya). Gas nyata merupakan gas yang hanya mengikuti hukum-

hukumnya gas pada tekanan rendah. Gas ideal sebenarnya tidak ada, jadi hanya

merupakan gas hipotesis. Semua gas sebenarna gas nyata. Pada gas ideal dianggap

bahwa molekul-molekulna tidak tarik menarik dan volume molekulnya dapat

diabaikan terhadap volume gas itu sendiri atau ruang yang ditempati.Sifat gas ideal

hanya didekati oleh gas beratom satu pada tekanan rendah dan temperatur yang

relatif tinggi (Sukardjo, 1997).

2.1.1. Hukum Boyle (1622)

Tekana (p) berbanding terbalik dengan volume (V) pada temperatur tetap dan

untuk sejumlah tertentu gas yaitu:

P ∞ 1V

atau pV = Konstan

atau p1V1 = p2V2

untuk sejumlah gas tertentu, grafik P terhadap V pada tiap-tiap temperatur

merupakan suatu hyperbola dan disebut grafik isoterm (Gb. 1.1).

Gambar. 2.1. Grafik isotermal untuk 1 mol gas

( Sukardjo,1997 )

2.1.2 Hukum Graham (1829)

Pada temperatur dan tekanan tetap, kecepatan difusi berbagai-bagai

gas berbanding terbalik dengan akar rapatnya atau berat molekulnya.

V 1V 2 = √ d2

d1

V1, V2 = kecepatan difusi ; d1, d2 = rapat gas

Pada tekanan dan temperatur sama, dua gas mempunyai volume molar

sama:

V 1V 2

= √ d2 .Vmd 1. Vm

= √ M 2M 1

( Sukardjo,1997)

V = Volume gas

P = tekanan gas

M2, M1 = berat molekul gas

Vm = volume molar gas

2.1.3 Hukum Gas Ideal

Yang disebut gas ideal atau gas sempurna ialah gas yang dengan tepat

memenuhi hukum Boyle dan hukum Gay-Lussac

P V = n R T

Di sini P = Tekanan

V = Volume

n = Jumlah mol

T = Temperatur absolut

R = Konstanta umum gas

Telah kita ketahui pula tak adanya gas sejati yang tepat memenuhi hukum

Boyle-Gay Lussac. Tetapi bila tekanannya tidak terlalu tinggi dan

temperaturnya tidak terlalu rendah, gas sejati akan mirip gas ideal, dan sifatnya

dapat dilukiskan sebagai PV=nRT

Dalam pasal ini akan ditinjau tafsiran teori kinetika tentang gas ideal ini.

Teori kinetika gas ideal didasarkan atas beberapa anggapan:

1. Gas ideal terdiri atas partikel (atom maupun molekul) dalam jumlah yang

besar sekali.

2. Partikel itu tersebar merata dan bergerak secara rambangan.

3. Jarak antara pertikel jauh lebih besar daripada ukuran partikel.

4. Tidak ada gaya antara partikel yang satu dengan partikel yang lain, kecuali

bila kedua buah partikel itu bertumbuk.

5. Semua tumbukan, baik antara dua buah partikel ataupun anatar partikel

dengan dinding, lenting sempurna dan terjadi dalam waktu yang singkat.

6. Hukum Newton tentang gerak berlaku di sini

(Sutrisno, 1986)

2.2 Cairan Volatil

Cairan volatil merupakan cairan yang mudah menguap pada suhu di bawah titik

didih air.Hal ini bisa terjadi karena cairan volatil memiliki ikatan hidrogen yang

lemah ataupun tidak memiliki ikatan hidrogen.

Molekul-molekul suatu senyawa cenderung untuk tarik-menarik ataupun tidak

menolak.Hal ini disebabkan oleh interaksi dipol-dipol.Pada zat volatil, ikatan

hidrogennya lebih lemah daripada ikatan hidrogen daripada air.Misalnya : metanol

(CH3OH) memiliki momen dipol 1,70 sehingga untuk memutuskan ikatan

hidrogennya lebih mudah dan tidak dibutuhkan suhu yang tinggi, akibatnya cairan

volatil akan mudah menguap pada suhu di bawah titik didih air. Contoh cairan volatil

adalah kloroform, aseton, etanol, metanol, dan lain-lain.

Bila cairan volatil dengan titik didih < 100o C diletakan dalam labu erlenmeyer

bertutup dan memiliki lubang kecil pada bagian tutupnya dan kemudian labu

dipanaskan sampai 100o C maka cairan tadi akan menguap dan uap tersebut akan

mendorong udara yang terdapat pada erlenmeyer keluar melalui lubang kecil tadi.

Setelah semua udara keluar, akhirnya uap cairan sendiri yang akan keluar sampai

akhirnya uap ini akan berhenti keluar jika kesetimbangan telah tercapai yaitu tekanan

uap cairan dalam labu erlenmeyer sama dengan tekanan luar (1 atm). Volume sama

dengan volume labu erlenmeyer dan suhu sama dengan suhu penangas air (Sukardjo,

1989).

2.2.1. Kloroform

Kloroform adalah , sejenis sebatian kimia tidak berwarna, mudah bakar, dan

mempunyai bau yang kuat. dan merupakan contoh paling ringkas bagi alkohol

sekunder, yaitu karbon dalam alkohol ( Wikipedia,2012).

2.2.2. Metanol

Metanol, juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus,

adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH.Ia merupakan bentuk alkohol

paling sederhana. Pada "keadaan atmosfer" ia berbentuk cairan yang ringan, mudah

menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas

(berbau lebih ringan daripada etanol). Ia digunakan sebagai bahan pendingin anti

beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan additif bagi etanol industri.

Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri.

Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah

beberapa hari, uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan

sinar matahari menjadi karbon dioksida dan air.

Reaksi kimia metanol yang terbakar di udara dan membentuk karbon

dioksida dan air adalah sebagai berikut:

2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O

Api dari metanol biasanya tidak berwarna. Oleh karena itu, kita harus berhati-

hati bila berada dekat metanol yang terbakar untuk mencegah cedera akibat api yang

tak terlihat.Karena sifatnya yang beracu n, metanol sering digunakan sebagai bahan

additif bagi pembuatan alkohol untuk penggunaan industri; Penambahan "racun" ini

akan menghindarkan industri dari pajak yang dapat dikenakan karena etanol

merupakan bahan utama untuk minuman keras (minuman beralkohol). Metanol

kadang juga disebut sebagai wood alcohol karena ia dahulu merupakan produk

samping dari distilasi kayu. Saat ini metanol dihasilkan melului proses multi tahap.

Secara singkat, gas alam dan uap air dibakar dalam tungku untuk membentuk gas

hidrogen dan karbon monoksida; kemudian, gas hidrogen dan karbon monoksida ini

bereaksi dalam tekanan tinggi dengan bantuan katalis untuk menghasilkan

metanol.Tahap pembentukannya adalah endotermik dan tahap sintesisnya adalah

eksotermik (Wikipedia,2002).

2.3 Berat Molekul Gas

Dengan menganggap bahwa rumus gas ideal diikuti oleh gas nyata pada tekanan

rendah, berat molekul gas dapat dicari dengan menggunakan rumus gas ideal :

PV ¿ n RT ¿ WM

RT

M ¿ WRTPV

¿ ρ RTP

di mana : M = berat molekul gas

ρ = densitas gas

W = berat gas

Dengan menimbang sevolume tertentu gas pada P dan T tertentu dengan

memakai rumus di atas dapat ditentukan berat molekul. Berat molekul juga dapat

ditentukan dengan berbagai cara yaitu :

2.3.1. Cara Regnault

Cara ini digunakan untu menentukan berat molekul zat yang pada suhu kamar

berbentuk gas.Untuk itu suatu bola gelas (300-500 cc) dikosongkan dan ditimbang,

kemudian diisi dengan gas yang bersangkutan lalu ditimbang kembali.Dari tekanan

dan temperatur gas dan dengan memakai rumus di atas dapat ditentukan berat

molekul gas.Berat gas adalah selisih berat kedua penimbangan (Sukardjo, 1989).

2.3.2. Cara Victor Mayer

Cara ini digunakan untuk menentukan berat molekul zat cair yang mudah

menguap.Gambar 2.2.menunjukan alat yang digunakan Victor Mayer. Alat ini

terdiri atas tabung B ( 50 cc) yang di dalamnya dimasukkan tabung C. Tabung A

berisi zat cair dengan titik didih 30o C lebih tinggi daripada zat cair yang akan

ditentukan berat molekulnya.

Alat ini dipanaskan sampai permukaan air di buret G tetap, kemudian zat cair

yang ditentukan berat molekulnya dimasukan dalam tabung B melalui D dalam

ampul P. Ampul ini akan pecah dan uapnya akan mendesak air di buret G, sehingga

permukaan air turun. Volume uap = H

Bila berat zat cair = W, maka dapat dihitung berat molekul zatnya. Tekanan

uap harus direduksi dengan tekanan uap air pada temperatur percobaan :

P ¿ Patm − PH 2O

M ¿ W ⋅RTPV

M ¿ W ⋅RT

( Patm - P)⋅V

2.3.3. Cara Limiting Density

Berat molekul yang ditentukan berdasarkan hukum-hukum gas ideal hanya

kira-kira, namun hasilnya telah cukup untuk penentuan rumus-rumus molekul.Hal ini

disebabkan karena hukum gas ideal sudah menyimpang walaupun pada tekanan

atmosfir.(Sukardjo, 1989).

Salah satu cara yang tepat untuk menentukan berat molekul adalah cara

Limiting Density. Cara ini berdasarkan rumus gas ideal.

PV ¿ n RT

PV ¿ WM

RT

P ¿ WV

⋅RTM

P ¿ ρ RTM

ρP

¿ MRT

¿ tetap

dimana :/P = untuk gas ideal tetap, tetapi tergantung P

2.2 Aplikasi “ Isolasi dan Identifikasi Komponen Volatil Biji Atung (Parinarium

Glaberrimum Hassk) ”

Secara umum tumbuhan atung termasuk ke dalam marga atau genus

Parinarium dan diperkirakan memiliki kurang lebih 50 spesies yang sebagian

besar termasuk tanaman tropis. Atung memiliki nama spesies Parinarium

glaberrimum Hassk, marga Parinarium, suku Rosaceae, dan bangsa Rosales,

tumbuh di daerah beriklim tropis dari daerah dataran rendah sampai ketinggian

300 m di atas permukaan laut. Tanaman atung umumnya berbuah sepanjang

tahun, pohonnya dapat mencapai ketinggian lebih dari 10 m dan diameter

mencapai 40 cm dengan ciri-ciri kulit kayu berwarna coklat gelap dan bagian

dalam coklat terang atau kemerahan. Tanaman atung terdapat hampir di semua

tempat di Propinsi Maluku,terutama di daerah Maluku Tengah. Tanaman ini

juga dikenal di beberapa daerah di Indonesia dengan nama daerah yang berbeda-

beda, diantaranya Pele Kambing (Aceh), Lomo (Makasar), Samaka (Bugis), dan

Saya (Ternate). Buah atung umumnya berbentuk bulat lonjong dengan berat

antara 31.3 - 48.7 g. Kulit buah berwarna coklat tua agak pudar dan keras. Di

bagian bawah kulitterdapat mesokarp tebal yang memiliki struktur

berseratdengan arah vertikal. Bagian kulit dan mesokarpnyamerupakan bagian

yang terbesar dari buah atung (68%) utuh. Biji buah atung agak keriput berwarna

coklat tua dan dilapisi selaput tipis putih serta teksturnya keras. Proporsi biji

terhadap buah atung utuh rata-rata 31.8% dengan berat berkisar antara 6.4 -

21.3 gram. Peneliti-peneliti terdahulu khususnya yang melakukan kajian

terhadap sifat antimikroba dari biji atung (Parinarium glaberrimum Hassk)

dalam rangka pengawetan pangan, diantaranya adalah: Moniharapon et al.,

(1993), Soeherman (1997), Saragih (1998), Moniharapon (1998), Adawiyah

(1998), dan Syamsir (2001). Namun belum pernah dilakukan terhadap

komponen volatil dari biji atung. Sementra secara organoleptik (indera

penciuman) diketahui bahwa biji atung memiliki aroma yang kuat “khas atung”,

terutama setelah berbentuk bubuk (serbuk). Sebagian besar senyawa volatil

tanaman yang membentuk aroma spesifik suatu spesies tanaman, merupakan

bagian dari fraksi minyak atsirinya. Kelompok senyawa kimia yang bersifat

volatil di dalam fraksi minyak atsiri tanaman, diantaranya adalah: (a)

hidrokarbon dengan formula kimia (C5H8)n, sebagai senyawa terpena rendah,

terutama monoterpena dan seskuiterpena; (b) turunan oksigenasi dari senyawa-

senyawa terpena tersebut; dan/atau (c) senyawa aromatik dengan struktur

benzenoid (Murhadi, 2003).

Gambar 2.1 Flowchart Isolasi dan Identifikasi Komponen Volatil Biji

Atung (Parinarium Glaberrimum Hassk)

Dimasukkan 25 gr serbuk biji ke dalam labu sampel yang berisi 500 ml air destilata

Diekstraksi selama 90 menit

Diaduk selama 10 menit lalu disaring filtratnya

Mulai

Selesai

Ditambah 1 gram Na2SO4

Dipekatkan filtrat dengan alat Vigreux-condensor

Dihembuskan dengan dengan gas N2 hingga tersisa kurang lebih 0,5 ml

(Murhadi, 2003)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Bahan dan Fungsi

3.1.1 Metanol

Fungsi : Sebagai sampel yang akan dihitung berat molekulnya

A. Sifat Fisika

1. Berat Molekul : 32,04 g/mol

2. Titik Didih : 64.7˚C

3. Titik Leleh : -97˚C

4. Densitas : 0,79 g/L

5. Colourless Liquid

(ScienceLab,2012b)

B. Sifat Kimia

1. Merupakan senyawa beracun

2. Mudah terbakar

3. Memiliki bau yang khas

4. Mudah menguap

5. Digunakan sebagai pelarut dan bahan pendingin

(ScienceLab,2012b)

3.1.2 Kloroform (CHCl3)

Fungsi : Sebagai sampel yang akan dihitung berat molekulnya

A. Sifat Fisika

1. Berat Molekul : 119,38 g/mol

2. Titik Didih : 61,2˚C

3. Titik Leleh : -63,5˚C

4. Densitas : 1,48 g/cm3

5. Colorless liquid

(ScienceLab,2012a)

B. Sifat Kimia

1. Pelarut nonpolar

2. Rumus molekul CHCl3

3. Mudah menguap

4. Pada suhu ruangan berupa cairan

5. Bentuk molekul tetrahedral

(ScienceLab,2012a)

3.2 Alat dan Fungsi

1. Labu Erlenmeyer

Fungsi : Sebagai wadah sampel.

2. Aluminium foil

Fungsi : Sebagai penutup labu erlenmeyer agar uap yang ada dalam

labu erlenmeyer tidak menguap semuanya.

3. Karet gelang

Fungsi : Sebagai pengikat labu erlenmeyer yang sudah ditutup

aluminium foil, agar penutup tidak mudah lepas.

4. Jarum

Fungsi : Untuk membuat lubang pada penutup (aluminium foil) agar

uap yang ada dalam labu bisa keluar hingga tercapai kesetimbangan.

5. Gelas ukur

Fungsi : Untuk mengukur volume sampel.

6. Neraca elektrik

Fungsi : Untuk menimbang.

7. Desikator

Fungsi :Untuk menyimpan sampel yang baru dipanaskan supaya

menjadi dingin dan kering serta mengubah uap dalam Erlenmeyer

menjadi cairan.

8. Penjepit tabung

Fungsi : Sebagai pegangan dari erlenmeyer pada saat pemanasan.

3.3 Prosedur Percobaan

1. Labu Erlenmeyer kosong ditimbang dengan menggunakan neraca

analitik

2. Labu Erlenmeyer ditutup dengan alumunium kemudian dikencangkan

dengan karet gelang

3. Labu Erlenmeyer kosong, alumuniumfoil, dan karet gelang ditimbang

dengan menggunakan neraca analitik

4. Alumunium foil yang menutup labu Erlenmeyer dibuka kemudian

dimasukkan cairan volatil kedalamnya sebanyak 5ml, kemudian

ditutup kembali dengan menggunakan alumunium foil dan karet

gelang yang sama. Kemudian dengan jarum kecil dibuat lubang pada

penutupnya

5. Labu Erlenmeyer direndam dalam penangas air bersuhu ± 100˚C

biarkan hingga semua cairan volatil menguap, kemudian catat suhu

pada penangas ketika cairan volatil menguap

6. Setelah semua cairan volatil menguap, labu Erlenmeyer diangkat dari

penangas air. Bagian luarnya dikeringkan menggunakan kain lap dan

didinginkan didalam desikator sekitar 30 menit sehingga udara masuk

kembali mengembun menjadi cairan

7. Setelah uap dalam labu Erlenmeyer mengembun menjadi cairan, labu

Erlenmeyer dikeluarkan dari desikator kemudian ditimbang tanpa

melepas alumunium foil dan karet gelang

8. Volume labu ditentukan dengan cara mengisi labu Erlenmeyer dengan

air sampai penuh, timbang beratnya dan kemudian hitung suhu nya

9. Dengan menggunakan massa cairan volatil dan volume labu, massa

jenis dapat dihitung

10. Hitung berat molekul cairan volatil menggunakan persamaan gas ideal

3.4 Flowchart Percobaan

Ya

Apakah sampel sudah menguap

semua ?

Diangkat, dikeringkan, dan didinginkan dalam desikator

Ya

A

Labu erlenmeyer ditutup

dengan aluminium foil,

Ditimbang dengan neraca analitik

Sampel dimasukkan sebanyak 5 ml

B

Dibuat lubang kecil dengan jarum pada penutup

Labu erlenmeyer direndam dalam penangas air

Tidak

Labu erlenmeyer diisi penuh dengan air

Labu erlenmeyer ditimbang

Labu erlenmeyer ditimbang dan ditentukan volume erlenmeyer

Apakah ada sampel lain ?

AMulai

Dicatat suhu dalam desikator

Apakah sampel berupa uap telah

mengembun semua menjadi cairan ?

Dicatat suhu dalam labu erlenmeyer

Tidak

Gambar 3.4.1 flowcahrt percobaanSelesai

Tidak