laporan singkat MUL.pdf
-
Upload
jeremy-wilkins -
Category
Documents
-
view
218 -
download
8
Transcript of laporan singkat MUL.pdf
-
Halaman 1 dari 29
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Campuran merupakan gabungan dari dua atau lebih komponen yang berbeda
dalam jenis atau sifat fisik dan kimianya. Campuran yang terdiri atas dua atau lebih
komponen penyusun secara umum disebut sebagai campuran multikomponen.
Campuran multikomponen dapat berupa fasa gas atau cair. Campuran multikomponen
dapat bersifat ideal jika mengikuti Hukum Raoult sebaliknya bersifat non-ideal.
Campuran multikomponen fasa cair merupakan campuran yang terdiri dari dua
atau lebih cairan. Keidealan campuran multikomponen fasa cair dapat diketahui dengan
mengamati sifat fisiknya. Sifat-sifat fisik yang diamati berupa densitas campuran,
viskositas campuran, dan titik didih campuran. Sifat-sifat fisik tersebut akan
dibangingkan dengan model ideal dari campuran tersebut berdasarkan Hukum Raoult.
1.2 Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah menentukan karakteristik sifat fisik campuran
biner methanol-air dan etanol-air.
1.3 Sasaran Percobaan
Sasaran dari percobaan ini adalah:
1. Menentukan densitas sampel campuran methanol-air dan etanol-air.
2. Menentukan viskositas sampel campuran methanol-air dan etanol-air.
3. Menentukan titik didih sampel campuran methanol-air dan etanol-air.
4. Menentukan hubungan densitas, viskositas, dan titik didih campuran methanol-
air dan etanol-air terhadap konsentrasi komponen penyusunnya.
5. Menentukan keidealan campuran methanol-air dan etanol-air fasa cair
-
Halaman 2 dari 29
BAB II
METODOLOGI PERCOBAAN
2.1 Skema Alat
2.1.1 Penentuan Densitas dan Viskositas
Gambar 2.1.1 Piknometer Gambar 2.1.2 Viskometer Ostwald
2.1.2 Penentuan Titik Didih
Gambar 2.1.3 Skema Alat Distilasi
-
Halaman 3 dari 29
2.2 Alat dan Bahan
2.2.1 Alat
1. Botol sampel
2. Pipet Volum 10 mL
3. Filler
4. Pipet tetes
5. Labu distilasi
6. Piknometer 5 mL
7. Viskometer Ostwald
8. Statif dan klem
9. Cooling Bath
10. Thermometer
11. Timbangan
12. Stopwatch
2.2.2 Bahan
1. Aqua dm
2. Etanol 95% w/w
3. Metanol 100% w/w
4. Aseton
5. Es batu
2.3 Prosedur Kerja
2.3.1 Kalibrasi Piknometer
Kalibrasi piknometer dilakukan dengan cara menimbang piknometer
kosong. Kemudian piknometer diisi dengan aqua dm hingga penuh. Tumpahan
dari aqua dm kemudian dilap menggunakan kertas hisap dan aseton. Piknometer
yang berisis aqua dm kemudian ditimbang. Densitas aqua dm pada temperatur
tersebut dapat dilihat pada literatur. Volume piknometer ditentukan berdasarkan
massa aqua dm yang ditimbang dibagi dengan densitas aqua dm pada literatur.
2.3.2 Kalibrasi Viskometer
Kalibrasi viskometer dimulai dengan membilas bagian dalam viskometer
dengan aqua dm. Setelah dibilas, aqua dm dimasukkan ke dalam viskometer
melalui lubang yang lebih besar hingga bagian cembung pada viskometer. Aqua
dm kemudian dihisap menggunakan filler hingga diatas bagian batas atas pada
viskometer. Filler dilepaskan dan catat waktu yang dibutuhkan oleh aqua dm
untuk turun dari batas atas hingga batas bawah dengan stopwatch.
-
Halaman 4 dari 29
2.3.3 Pembuatan Campuran
Campuran yang digunakan pada percobaan kali ini adalah campuran
biner methanol-air dan etanol-air. Variasi yang digunakan dibuat berdasarkan
perbandingan volumenya adalah 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; dan 0,9. Perbandingan
tersebut merupakan perbandingan volume methanol atau etanol terhadap air.
Volume total campuran ini dibuat secara tetap yakni 100 mL. Campuran yang
telah dibuat ditempatkan pada botol sampel yang tertutup.
2.3.4 Penentuan Densitas Campuran
Piknometer diisi dengan campuran yang akan diukur hingga penuh.
Tumpahan campuran dibersihkan dengan menggunakan aseton kemudian
ditimbang dan dicatat massanya. Densitas campuran dapat ditentukan
berdasarkan data massa dan volume campuran yang sama dengan volume
piknometer yang telah dikalibrasi.
2.3.5 Penentuan Viskositas Campuran
Penentuan viskositas dimulai dengan membilas bagian dalam viskometer
dengan campuran yang ingin diukur. Setelah dibilas, cairan yang ingin diukur
dimasukkan ke dalam viskometer melalui lubang yang lebih besar hingga bagian
cembung pada viskometer. Cairan kemudian dihisap menggunakan filler hingga
diatas bagian batas atas pada viskometer. Filler dilepaskan dan catat waktu yang
dibutuhkan oleh cairan untuk turun dari batas atas hingga batas bawah dengan
stopwatch. Viskositas cairan dapat ditentukan dengan membandingkan data
waktu tempuh aqua dm dan waktu tempuh cairan.
2.3.6 Penentuan Titik Didih Campuran
Penentuan titik didih campuran dapat dilakukan dengan alat distilasi..
Campuran yang ingin ditentukan titik didihnya dimasukkan ke dalam labu
distilasi.. Pemanas kemudian dinyalakan hingga skala setengah dari skala
maksimum. Tunggu hingga terjadi tetesan pertama terbentuk. Catat temperatur
ketika tetesan pertama tersebut terjadi.
-
Halaman 5 dari 29
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada percobaan Sifat Fisik Campuran Multikomponen, sifat fisik dari campuran
methanol-air dan etanol-air dianalisis untuk menyatakan keidealan berdasarkan
densitas, viskositas,dan titik didih. Berdasarkan sifat fisik tersebut, campuran methanol-
air dan etanol-air dapat dinyatakan suatu larutan bersifat ideal apabila volum campuran
merupakan fungsi linear dari volum cairan komposisi penyusunnya sehingga hal
tersebut menjadi korelasi yang mendasari sifat fisik seperti, densitas, viskositas, dan
titik didih dari suatu campuran multikomponen yang ideal.
3.1 Penentuan Densitas Campuran
Densitas merupakan salah satu sifat fisik yang digunakan untuk menyatakan
keidealan suatu campuran. Densitas campuran methanol-air dan etanol air diukur
menggunakan piknometer. Mula-mula piknometer dikalibrasi terlebih dahulu dengan
aqua dm untuk menentukan volume piknometer. Kalibrasi bertujuan untuk menghitung
volume piknometer apabila suhu ruang berbeda dengan suhu aqua dm karena perbedaan
suhu tersebut akan menyebabkan volume yang tertera pada piknometer berbeda dengan
volume pada suhu ruang. Volume piknometer untuk mengukur campuran methanol air
adalah 7,14 mL sedangkan volume etanol-air adalah 6,36 mL.
Pada percobaan ini, campuran methanol-air atau etanol-air yang dibuat dalam
berbagai fraksi volum diukur dan dibandingkan dengan densitas campuran ideal
campuran. Densitas campuran ideal memenuhi persamaan yang diturunkan dari Hukum
Raoult sebagai berikut,
Persamaan 3.1
dengan x1 menyatakan fraksi massa methanol atau etanol terhadap massa total
campuran, 1 adalah densitas komponen 1, 2 adalah densitas komponen 2 dan m
adalah densitas campuran. Persamaan tersebut diperoleh berdasarkan syarat campuran
ideal yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa volume campuran merupakan
-
Halaman 6 dari 29
penjumlahan volume larutan dari metanol/etanol dengan volume air (Vcampuran =
Vkomponen1 + Vkomponen2). Hal tersebut disebabkan pada campuran ideal, tidak ada
komponen yang bereaksi satu sama lain sehingga volume campuran tidak meghalami
penyusutan atau penambahan volume. Kemudian dari persamaan 3.1 dapat disimpulkan
bahwa densitas campuran ideal memiliki nilai yang berada di antara densitas komponen
murni penyusunnya.
Gambar 3.1 Kurva Hubungan Densitas Campuran Metanol-air terhadap Fraksi Mol Metanol
Berdasarkan Data Hasil Percobaan dan Campuran Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
Gambar 3.2 Kurva Hubungan Densitas Campuran Etanol-air terhadap Fraksi Mol Etanol
Berdasarkan Data Hasil Percobaan dan Campuran Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
Berdasarkan hasil percobaan, densitas campuran metanol-air dan etanol-air dalam
berbagai variasi fraksi mol ditunjukkan pada Gambar 3.1 dan Gambar 3.2. Dalam
Gambar 3.1 dan 3.2, densitas campuran ideal dialurkan pula dalam berbagai komposisi
untuk dibandingkan dengan densitas hasil percobaan. Densitas campuran ideal dihitung
dengan persamaan 3.1.
-
Halaman 7 dari 29
Berdasarkan kurva yang ditunjukkan pada Gambar 3.1 dan 3.2, perbandingan
densitas hasil percobaan dan densitas campuran ideal tidak memiliki perbedaan nilai
yang signifikan. Penyimpangan densitas campuran hasil percobaan terhadap campuran
ideal ditunjukkan pada Tabel 3.1 dan 3.2 sebagai berikut.
Tabel 3.1 Data Densitas Campuran Metanol-Air Berdasarkan Hasil Percobaan dan Campuran
Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
Campuran Metanol-Air
Komposisi
Densitas Hasil
Percobaan (g/mL)
Densitas
Campuran
Ideal (g/mL)
Penyimpangan Densitas
Run 1 Run 2 Run 1 Run 2
0,1 1.0497 1.0480 0.9760 0.073625 0.071944243
0,3 1.0212 1.0181 0.9328 0.088455 0.085373139
0,5 0.9862 0.9858 0.8888 0.097407 0.096986915
0,7 0.9376 0.9239 0.8441 0.093495 0.07976675
0,9 0.8828 0.8811 0.7987 0.084161 0.08247999
Tabel 3.2 Data Densitas Campuran Etanol-Air Berdasarkan Hasil Percobaan dan Campuran
Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
Campuran Etanol-Air
Komposisi
Densitas Hasil
Percobaan (g/mL)
Densitas
Campuran
Ideal (g/mL)
Galat Densitas
Run 1 Run 2 Run 1 Run 2
0,1 0.9855 0.9856 0.9797 0.005807 0.005963955
0,3 0.9635 0.9622 0.9437 0.019737 0.01848004
0,5 0.9286 0.9294 0.9072 0.021371 0.022156892
0,7 0.8855 0.8841 0.8701 0.015438 0.014024177
0,9 0.8356 0.8348 0.8324 0.003208 0.002422923
Berdasarkan Tabel 3.1 dan 3.2, dapat diketahui bahwa nilai penyimpangan
densitas yang diperoleh tidak terlalu besar dan kecenderungan tren kurva yang sama
terhadap densitas campuran ideal. Selain itu, pada Tabel 3.1 dan 3.2 diketahui bahwa
penyimpangan densitas campuran baik metanol-air maupun etanol air terhadap
campuran ideal memiliki nilai positif. Hal tersebut menyatakan bahwa densitas
campuran hasil percobaan lebih besar dibandingkan campuran ideal.
Penyimpangan positif menunjukkan adanya interaksi antarmolekul komponen
penyusun campuran. Penyimpangan tersebut disebabkan interaksi antara molekul yang
sejenis lebih lemah dibandingkan molekul yang tidak sejenis (Smith : 2001). Secara
-
Halaman 8 dari 29
molecular, terdapat dua macam gaya interaksi intermolekul. Gaya intermolekul yang
disebabkan oleh molekul yang tidak sejenis disebabkan gaya adhesi sedangkan gaya
intermolekul yang disebabkan oleh molekul yang sejenis disebut gaya adhesi. Akibat
adanya gaya interaksi tersebut, terjadi penyusutan volume campuran. Volume
berbanding terbalik dengan densitas sehingga densitas campuran akan lebih besar,
seperti yang ditunjukkan hasil percobaan. Hal tersebut menyatakan pula sifat alkohol
yang mudah larut dalam air.
Selain itu interaksi antarmolekul yang tidak sejenis memengaruhi penyusutan
volume campuran. Semakin besar konsentrasi/fraksi metanol atau etanol maka interaksi
intermolekul akan semakin intens dan menyebabkan penyusutan volum dan
peningkatan densitas. Kemudian, campuran alkohol-air yang memiliki gugus fungsi -
OH dapat berinteraksi dengan gugus -OH pada air, hal ini menyebabkan interaksi
antarmolekul menjadi semakin kuat. Kepolaran gugus alkohol terhadap air juga
menyebabkan campuran lebih mudah melarut dan membentuk kerapatan molekul
sehingga membuat volume semakin menyusut.
Untuk fasa cair, densitas dipengaruhi oleh temperature dan konsentrasi.
Temperatur ruang pada saat percobaan yang berubah-ubah dapat memengaruhi hasil
pengukuran densitas. Selain itu, densitas merupakan fungsi dari konsentrasi. Densitas
metanol (0,792 g/mL) dan etanol (0,790 g/mL) lebih kecil dibandingkan densitas air
(1,000 g/mL) sehingga semakin besar fraksi atau konsentrasi metanol/etanol pada
campuran maka densitas campuran akan semakin kecil. Hal tersebut yang menyebabkan
tren kurva pada Gambar 3.1 dan 3.2 turun atau memiliki kemiringan garis berharga
negatif.
Dengan membandingkan penyimpangan campuran metanol-air dan etanol-air
pada Tabel 3.1 dan 3.2 diketahui bahwa penyimpangan campuran metanol-air lebih
besar dibandingkan etanol-air. Hal ini disebabkan kepolaran metanol dalam air lebih
besar dibandingkan etanol dalam air sehingga volume metanol-air akan mengalami
penyusutan yang lebih signifikandensitas semakin besar sehingga penyimpangannya
terhadap densitas campuran ideal lebih besar. Selain itu, interaksi tarik-menarik
antarmolekul (adhesi) pada campuran methanol-air lebih kuat dibandingkan interaksi
antarmolekul sejenis etanol-air sehingga volume campuran metanol-air menjadi lebih
kecil. Selain itu, walaupun baik etanol maupun metanol dapat membentuk ikatan
-
Halaman 9 dari 29
hydrogen, namun ikatan hydrogen yang dibangun oleh metanol akan lebih kuat
dibandingkan etanol, karena tingkat kepolaran dan rantai karbon (nonpolar) yang
dimiliki metanol lebih sedikit dibandingkan etanol.
3.2 Penentuan Viskositas Campuran
Viskositas adalah hambatan yang dialami suatu fluida untuk mengalir dalam
media alirnya akibat gesekan antara molekul molekul antara satu dengan yang lain.
Viskositas campuran metanol-air dan etanol-air pada percobaan ini diukur
menggunakan viskometer Ostwald. Penentuan viskositas campuran diukur dengan
membandingkannya viskositas aqua dm pada temperature ruang. Hubungan viskositas
campuran dengan viskositas air mengikuti persamaan berikut.
Persamaan 3.2
Berdasarkan persamaan 3.2 diketahui bahwa viskositas dipengaruhi densitas dan waktu
tempuh campuran melalui batas atas hingga batas bawah viskometer.
Sinnot (2005) menyatakan bahwa viskositas untuk suatu campuran ideal dapat
dihitung dengan persamaan sebagai berikut.
. Persamaan 3.3
dengan 1, 2 adalah viskositas komponen murni dan x1,x2 adalah fraksi mol komponen
penyusun campuran. Dari persamaan 3.3 dapat disimpulkan bahwa viskositas campuran
akan memiliki nilai yang berada di antara viskositas komponen murni penyusunnya.
Berdasarkan hasil percobaan, viskositas campuran metanol-air dan etanol-air
menunjukkan kurva seperti yang ditunjukkan Gambar 3.3 dan 3.4 berikut ini.
Gambar 3.3 Kurva Hubungan Viskositas Campuran Metanol-air terhadap Fraksi Mol Metanol
Berdasarkan Data Hasil Percobaan dan Campuran Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
-
Halaman 10 dari 29
Gambar 3.4 Kurva Hubungan Viskositas Campuran Etanol-air terhadap Fraksi Mol Etanol
Berdasarkan Data Hasil Percobaan dan Campuran Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
Dari Gambar 3.3 dan 3.4, dapat dilihat bahwa campuran metanol-air dan etanol
air memiliki kecenderungan/tren kurva yang mirip. Pada fraksi metanol/etanol yang
kecil, viskositas cenderung meningkat seiring bertambahnya konsentrasi sedangkan
pada fraksi metanol/etanol yang besar, viskositas cenderung menurun seiring kenaikan
fraksi mol. Kedua kurva memiliki titik puncak yang berada pada rentang 0,2-0,4.
Penyimpangan campuran metanol-air dan etanol-air cenderung bernilai positif,
seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.3 dan 3.4 sebagai berikut.
Gambar 3.3 Data Viskositas Campuran Metanol-Air Berdasarkan Hasil Percobaan dan
Campuran Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
Campuran Metanol-Air
Komposisi
Viskositas Hasil
Percobaan Viskositas
Campuran
Ideal
Galat Viskositas
Run 1 Run 2 Run 1 Run 2
0,1 1.0998 1.2074 0.8708 0.228993 0.336607
0,3 1.4843 1.4653 0.7896 0.694672 0.675721
0,5 1.6416 1.6141 0.7152 0.926436 0.898914
0,7 1.3269 1.3094 0.6468 0.680187 0.662634
0,9 0.9540 0.9386 0.5836 0.370441 0.355027
-
Halaman 11 dari 29
Gambar 3.4 Data Viskositas Campuran Etanol-Air Berdasarkan Hasil Percobaan dan Campuran
Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
Campuran Etanol-Air
Komposisi
Viskositas Hasil
Percobaan Viskositas
Campuran
Ideal
Galat Viskositas
Run 1 Run 2 Run 1 Run 2
0,1 1.1326 1.1904 0.9319 0.200712 0.258531
0,3 1.8370 1.8288 0.9720 0.864982 0.856725
0,5 1.9689 2.1449 1.0203 0.948572 1.124608
0,7 1.9387 1.9615 1.0794 0.859344 0.8821
0,9 1.4140 1.3913 1.1534 0.260597 0.237909
Penyimpangan positif antara viskositas campuran ideal dengan hasil percobaan
lebih dipengaruhi oleh sifat kimia campuran metanol-air dan etanol-air. Metanol
maupun etanol memiliki rantai karbon (mengandung atom C) yang bersifat nonpolar
sedangkan air bersifat polar. Saat dicampur dengan air, gugus OH pada rantai karbon
metanol/etanol akan menyebabkan interaksi intermolekul dengan air membentuk ikatan
hydrogen. Interaksi tersebut akan meningkat seiring komposisi metanol/etanol sehingga
menyebabkan gaya interaksi yang bekerja intermolekul membuat campuran semakin
terhambat/bergesekan secara intens dengan media alirnya. Oleh sebab itu viskositas
campuran semakin tinggi pada fraksi metanol/etanol.
Selain ikatan hydrogen, campuran metanol-air atau etanol-air juga memiliki rantai
karbon yang bersifat nonpolar. Apabila air yang bersifat polar mengikat gugus -OH
pada metanol/etanol, maka gugus karbon yang bersifat nonpolar akan ditolak air. Hal
ini berdasarkan prinsip dissolve like dissolve, senyawa polar akan larut pada pelarut
polar dan sebaliknya. Oleh sebab itu, kelarutan metanol dan etanol bergantung pada
kedua gaya tersebut. Pada saat komposisi metanol/etanol semakin banyak dalam
campuran, maka gugus karbon yang terkandung pada campuran akan semakin banyak.
Dalam komposisi air yang lebih sedikit, gugus OH akan lebih sedikit membentuk
ikatan hydrogen dengan air sedangkan gugus karbon semakin banyak dan tidak
berinteraksi dengan air. Semakin berkurangnya interksi intermolekul membuat tahanan
fluida untuk mengalir semakin kecil sehingga gesekan antar molekul semakin
berkurang dan viskositas semakin menurun.
-
Halaman 12 dari 29
Pada rentang 0,2-0,4 terdapat viskositas maksimum yang terjadi antara metanol-
air dan etanol-air. Hal ini menunjukkan interaksi intermolekul antara air dan
metanol/etanol mencapai titik optimumnya. Pada titik ini pula pembentukan ikatan
hidrogen menjadi maksimum. Hubungan viskositas dengan gaya gesekan molekul
akibat adanya interaksi intermolekul merupakan hubungan yang sebanding, semakin
intens gaya gesekan maka semakin besar viskositasnya, dan sebaliknya. Hubungan
tersebut dinyatakan dalam Hukum Newton untuk viskositas sebagai berikut,
Persamaan 3.4
Interaksi intermolecular meliputi gaya interaksi yang bekerja intermolekul dan
juga gaya seret antara suatu komponen dengan media alirnya. Pada titik puncak kurva
yang merupakan viskositas maksimum campuran, memiliki gaya gesek intermolekul
dengan media alirnya maksimum. Gaya gesekan molekul merupakan gaya adhesi,
sedangkan gaya intermolekul sejenis adalah kohesi. Kedua gaya ini menentukan
besarnya viskositas suatu campuran. Pada campuran dengan konsentrasi tertentu,
interaksi adhesi (lawan jenis) lebih besar, sehingga, yang menyebabkan adanya
keseimbangan antara gaya yang bekerja di molekul metanol/etanol dan air. Gugus alkil
yang hidrofobik juga dapat menyebabkan kohesi antar partikel larutan lebih kecil
dibandingkan adhesi antara partikel larutan dengan media alirnya. Gaya kohesi akan
memiliki tahanan yang lebih kecil dibanding dengan gaya adhesi karena kohesi yang
merupakan interaksi antar molekul yang sejenis (metanol/etanol-air, air-air dan
metanol/etanol- metanol/etanol), memiliki interaksi yang lemah dibanding interaksi
intermolekul seperti ikatan hydrogen. Hal tersebut menjadi penyebab viskositas yang
menurun pada komposisi metanol/etanol yang banyakgugus hidrofobik semakin
banyak.
Berdasarkan Tabel 3.3 dan 3.4, penyimpangan campuran etanol-air lebih tinggi
dibandingkan campuran metanol-air karena pada etanol memiliki gugus karbon
nonpolar yang lebih banyak dibandingkan metanol yang akan berpengaruh pada gaya
interaksi antar molekul atau ikatan molekul yang terbentuk. Oleh karena itu, perbedaan
jumlah gugus polar dan non-polar akan menyebabkan penyimpangan seperti yang telah
dijelaskan sebelumnya.
-
Halaman 13 dari 29
3.3 Penentuan Titik Didih Campuran
Penentuan titik didih campuran ditentukan melalui distilasi sederhana. Titik didih
campuran merupakan temperature yang ditunjukkan thermometer pada tetesan pertama
hasil distilasi terbentuk. Titik didih untuk tiap komposisi/fraksi campuran dibandingkan
dengan titik didih campuran ideal yang ditentukan melalui Hukum Raoult dan
menggunakan persamaan Antoine (Perhitugan BUBL T). Perhitungan titik didih
campuran ideal ditunjukkan pada Lampiran B.
Perbandingan hasil dari titik didih hasil percobaan dengan campuran ideal untuk
campuran Metanol-Air dan Etanol-air ditunjukkan oleh Gambar 3.5 dan 3.6.
Penyimpangan campuran metanol-air dan etanol-air cenderung bernilai negatif, yang
menyatakan bahwa titik didih campuran hasil percobaan lebih rendah daripada
campuran ideal. Titik didih hasil percobaan dan campuran ideal ditunjukkan pada Tabel
3.5 dan 3.6 sebagai berikut.
Gambar 3.5 Kurva Hubungan Titik Didih Campuran Metanol-air terhadap Fraksi Mol Metanol
Berdasarkan Data Hasil Percobaan dan Campuran Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
-
Halaman 14 dari 29
Gambar 3.6 Kurva Hubungan Titik Didih Campuran Etanol-air terhadap Fraksi Mol Etanol
Berdasarkan Data Hasil Percobaan dan Campuran Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
Tabel 3.6 Data Titik Didih Campuran Metanol-air terhadap Fraksi Mol Metanol Berdasarkan
Data Hasil Percobaan dan Campuran Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
Campuran Metanol-Air
Komposisi
Titik Didih Hasil
Percobaan
Titik
Didih
Campuran
Ideal
Galat Titik Didih
Run 1 Run 2 Run 1 Run 2
0,1 89.3785 87.2999 94.7227 -5.344148 -7.422718
0,3 76.9071 78.9857 88.5321 -11.62503 -9.546459
0,5 72.7499 70.6714 81.9241 -9.174192 -11.25276
0,7 66.5142 68.5928 74.7679 -8.253661 -6.175091
0,9 64.4357 65.4750 66.8410 -2.405317 -1.366032
Tabel 3.7 Data Titik Didih Campuran Etanol-air terhadap Fraksi Mol Etanol
Berdasarkan Data Hasil Percobaan dan Campuran Ideal pada Suhu dan Tekanan Ruang
Campuran Etanol-Air
Komposisi
Titik Didih Hasil
Percobaan
Titik
Didih
Campuran
Ideal
Galat Titik Didih
Run 1 Run 2 Run 1 Run 2
0,1 85.2214 86.2607 96.5886 -11.36723 -10.32794
0,3 78.9857 77.9464 94.0030 -15.01736 -16.05665
0,5 75.8678 75.8678 90.7199 -14.85213 -14.85213
0,7 74.8285 74.8285 86.3858 -11.55732 -11.55732
0,9 74.8285 74.8285 80.3243 -5.495761 -5.495761
-
Halaman 15 dari 29
Berdasarkan Gambar 4.5 dan 4.6, kurva campuran memiliki kemiringan garis
yang negative seiring bertambahnya fraksi etanol dalam air. Peningkatan fraksi mol
menyebabkan penurunan titik didih dari campuran metanol-air atau etanol air. Hal ini
disebabkan perbedaan titik didih metanol murni (64,7oC) dan etanol (78,4
oC) yang lebih
rendah dibandingkan titik didih air (100oC). Oleh karena itu, semakin banyak komposisi
metanol/etanol maka titik didih campuran akan semakin menurun dan mendekati titik
didih metanol/etanol murni.
Berdasarkan Tabel 3.5 dan 3.6, penyimpangan titik didih campuran metanol-air
dan etanolair menyimpang cukup besar terhadap campuran ideal sesuai hukum Raoult
sehingga dapat dikatakan bahwa campuran tidak ideal ditinjau dari titik didihnya. Selain
itu, penyimpangan titik didih campuran etanol-air lebih besar dibandingkan campuran
metanol-air.
Penyimpangan negative dari kedua campuran disebabkan oleh beberapa faktor
seperti adanya interaksi intermolekul pada campuran seperti yang telah dijelaskan pada
subbab 3.1 dan 3.2. Pada dasarnya, larutan dapat dianggap ideal, jika dapat bercampur
sempurna. Kemungkinan tidak sempurnanya pencampuran dapat menyebabkan titik
didih campuran menjadi lebih kecil yang mengakibatkan energy kalor diterima
campuran metanol/etanol yang memiliki titik didih lebih rendah untuk mengubah fasa
cair menjadi uap sehingga tetesan pertama yang dihasilkan lebih cepat terbentuk pada
temperature yang lebih rendah. Hal tersebut menjelaskan pula tren kurva yang semakin
turun seiring bertambahnya metanol/etanol dalam campuran.
Penyimpangan titik didih etanol-air yang lebih besar dibandingkan metanol-air
disebabkan jumlah gugus karbon lebih banyak pada etanol sehingga kepolaran ethanol
lebih rendah dibandingkan metanol, walau keduanya memiliki gugus-OH. Perbedaan
kepolaran antara metanol/etanol terhadap kepolaran air mengakibatkan gaya interaksi
intermolekul ethanol dengan air lebih rendah dibandingkan gaya intermolekul antar
masing-masing molekul etanol dan air. Oleh karena itu, pada saat distilasi, energy kalor
membuat interaksi pada komponen dapat terpisah lebih cepat dan lebih mudah
menguap.
Dengan mengetahui titik didih campuran tiap komposisi, maka keidealan
campuran dapat diketahui dengan menentukan koefisien aktivitasnya. Kooefisien
aktivitas dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut,
-
Halaman 16 dari 29
Persamaan 3.4
dengan x adalah fraksi mol metanol/etanol, T adalah titik didih campuran hasil
percobaan, T0 merupakan titik didih etanol murni pada percobaan, Hvap adalah
perubahan entalpi penguapan campuran, dan j adalah koefisien aktivitas campuran.
Koefisien aktivitas dapat diketahui denga mengalurkan ln x terhadap selisih
perbandingan temperature sehingga diperoleh kurva pada Gambar 3.7 dan 3.8 sebagai
berikut.
Gambar 3.7 Kurva Hubungan ln x terhadap ( ) Campuran Metanol-air Berdasarkan Data
Hasil Percobaan pada Suhu dan Tekanan Ruang
Gambar 3.8 Kurva Hubungan ln x terhadap ( ) Campuran Etanol-air Berdasarkan Data
Hasil Percobaan pada Suhu dan Tekanan Ruang
-
Halaman 17 dari 29
Nilai koefisien aktivitas merupakan eksponensial intersep garis pada kurva (j =
exp(ln|x|)). Berdasarkan perhitungan diketahui bahwa koefisien aktivitas untuk
metanol-air pada run 1 dan run 2 berturut-turut adalah 0,9114 dan 1,0928 dengan nilai
rata-ratanya 1,0021 sedangkan koefisien aktivitas untuk etanol-air pada run 1 dan run 2
berturut-turut adalah 0,5382 dan 0,4842 dengan nilai rata-ratanya 0,5112. Koefisien
aktivitas untuk campuran ideal adalah 1. Oleh sebab itu, dapat disimpulkan bahwa
campuran metanol-air memiliki sifat yang mendekati campuran ideal dibandingkan
campuran etanol-air.
3.4 Analisis Keidealan Campuran
Berdasarkan analisis yang telah dijelaskan pada subbab 3.1, 3.2, dan 3.3 dapat
disimpulkan bahwa berdasarkan densitas, campuran etanol-air memiliki sifat yang
mendekati campuran ideal sedangkan berdasarkan viskositas, titik didih dan koefisien
aktivitas hasil percobaan, campuran metanol-air mendekati sifat campuran ideal.
Penyimpangan hasil percobaan pada campuran metanol-air dan etanol-air
disebabkan oleh beberapa faktor yang telah dijelaskan pada subbab sebelumnya, antara
lain adanya perbedaan struktur molekul, interaksi antarmolekul, perbedaan kepolaran
molekul, konsentrasi, dan gaya gesekan molekul.
-
Halaman 18 dari 29
BAB 4
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil percobaan Sifat Fisik Campuran Multikomponen dapat
diketahui hal-hal sebagai berikut.
1. Densitas campuran metanol-air berada pada rentang 0,8816 1,0483 gr/cm3
sedangkan densitas campuran etanol-air adalah 0,8348 0,9851 gr/cm3.
2. Viskositas campuran metanol-air adalah 0,9096 1,5647 cP sedangkan
viskositas campuran etanol-air adalah 1,1164 1,977 cP.
3. Titik didih campuran metanol-air adalah 64,95 88,34oC sedangkan densitas
campuran etanol-air adalah 74,83 85,74oC . Koefisien aktivitas campuran
metanol-air adalah 1,0002 dan koefisien aktivitas campuran metanol-air adalah
0,5112.
4. Semakin besar konsentrasi campuran metanol-air dan etanol air maka densitas
dan titik didihnya semakin kecil. Viskositas campuran semakin besar pada
konsentrasi sebelum titik optimum dan sebaliknya.
5. Campuran metanol-air memiliki sifat mendekati campuran ideal, sedangkan
campuran etanol tidak sifat mendekati campuran ideal.
4.2 Saran
1. Sebaiknya tetesan pertama hasil distilasi diperiksa komposisinya supaya dapat
diketahui komponen yang dominan lebih mudah menguap dalam campuran.
2. Pengambilan komposisi lebih ditambah untuk melihat lebih jelas sifat fisik
campuran multikomponen tersebut.
-
Halaman 19 dari 29
DAFTAR PUSTAKA
Geankoplis, C.J. 2003. Transport Process and Unit Operation 4tg Ed. New Jersey :
Prentice-Hall International, Inc.
http://infohost.nmt.edu/~jaltig/SolubilityAlcohols.pdf Diakses hari Rabu tanggal 4
Maret 2015 pukul 12.11 WIB
http://www.sciencelab.com/msds.php?msdsId=9927062. Diakses hari Rabu tanggal 4
Maret 2015 pukul 13.12 WIB
http://www.solubilityofthings.com/water/alcohols. Diakses hari Rabu tanggal 4 Maret
2015 pukul 12.09 WIB
Sinnott, R. K. 2005. Coulson & Richardsons Chemical Engineering, Volume 6, Fourth
Edition : Chemical Engineering.
Smith, J.M.; Van Ness, H.C.; Abbott, M.M. 2001. Introduction to Chemical
Engineering Thermodynamics 6th Ed. Singapore : McGraw-Hill.
-
Halaman 20 dari 29
LAMPIRAN A
Data dari Literatur
A.1 Tabel Densitas Air pada Berbagai Suhu
Tabel A.1 Data Literatur Densitas Air pada berbagai Temperatur (Geankoplis, 2003).
A.2 Tabel Viskositas Air pada Berbagai Suhu
Tabel A.2 Data Literatur Viskositas Air pada berbagai Temperatur (Geankoplis, 2003).
-
Halaman 21 dari 29
A.3 Parameter Persamaan Antoine
Tabel A.3 Parameter Persamaan Antoine (Smith dkk., 2001).
-
Halaman 22 dari 29
LAMPIRAN B
Contoh Perhitungan
B.1 Kalibrasi Termometer
Pembacaan temperatur yang diperoleh dengan thermometer adalah:
Titik didih Air = 97,5 oC dan Titik beku Es = 2
oC.
Data teoritik pada Patm = 695,667 mmHg, Titik didih Air = 97,688 C dan Titik
beku Es = 0 oC, maka perlu dibuat persamaan pembacaan termometer dengan
mengalurkan pembacaan termometer terhadap data teoritik.
Gambar B.1 Kurva Kalibrasi Termometer.
B.2 Perhitungan Fraksi Massa Komponen
Diambil contoh perhitungan 100 mL Metanol (96%) 10% v/v.
Massa metanol = kadar x x v
= 0,96 x 0,7756 x 10 = 7,446 gram
Massa air = x v
= 0,9974 x 90 = 89,766 gram
Massa total = Massa metanol + Massa air
= 7,446 + 89,766 = 97,212 gram
Fraksi massa metanol = = 0,0766.
-
Halaman 23 dari 29
B.3 Perhitungan Fraksi Mol Komponen
Diambil contoh perhitungan 100 mL Metanol (96%) 10% v/v
Mol Metanol =
Mol Air =
Mol Total = Mol Metanol + Mol Air
= 0,233 + 4,987 = 5,22 mol
Fraksi mol metanol =
B.4 Perhitungan Densitas
Data percobaan diambil pada temperatur 24C
Massa piknometer kosong : 12,697 gram
Massa piknometer + aqua dm : 19,817 gram
Densitas aqua dm pada 24C = 0,9974
Massa aqua dm dalam piknometer = 19,817 gram 12,697 gram = 7,12 gram
Volume piknometer =
=
= 7,138 cm3
Massa Metanol 96% dalam piknometer = 18,234 gram 12,697 gram = 5,537
gram.
Densitas Metanol 96% =
=
= 0,7756
B.5 Perhitungan Densitas Campuran Ideal
Diambil contoh untuk perhitungan larutan metanol 10% v/v.
-
Halaman 24 dari 29
Dimana adalah densitas metanol, adalah densitas air, adalah fraksi
massa metanol, dan adalah fraksi massa air.
B.6 Perhitungan Viskositas
Data percobaan diambil pada temperatur 24oC
Viskositas air pada 24oC = 0,9142 cP
Waktu tempuh aqua dm = 22,57 s
Waktu tempuh metanol = 17,58 s
Viskositas metanol =
= = 0,5538 cP.
B.7 Perhitungan Viskositas Campuran Ideal
Diambil contoh untuk perhitungan larutan metanol 10% v/v.
Dimana adalah viskositas metanol, adalah viskositas air, adalah fraksi
massa metanol, dan adalah fraksi massa air.
B.8 Perhitungan Titik Didih Campuran Ideal (BUBL T)
Contoh perhitungan untuk larutan metanol (96%) 10% v/v.
Tekanan (P) = 695,667 mmHg = 92,74795 kPa.
Hukum Raoult untuk larutan ideal adalah
P =
Nilai Psat
masing-masing komponen diperoleh melalui persamaan Antoine
berikut:
-
Halaman 25 dari 29
Dimana A, B, dan C merupakan parameter persamaan Antoine yang disajikan
pada Tabel A.3 dan x adalah fraksi massa. Hukum Raoult di atas dapat ditulis
menjadi:
P =
Temperatur didih campuran ideal (T) diperoleh menggunakan Goal Seek dengan
menetapkan nilai P sebagai tekanan rata-rata laboratorium sebesar 92,74795
kPa.
B.9 Penentuan Penyimpangan Percobaan
Penentuan penyimpangan percobaan diperoleh melalui persamaan
=
Berikut adalah contoh penentuan penyimpangan titik didih pada campuran
metanol (96%) 10% v/v:
T didih percobaan = 89,378 C
T didih ideal = 94,723 C
Penyimpangan percobaan yang terjadi adalah sebesar
= = 5,344 C.
-
Halaman 26 dari 29
LAMPIRAN C
HASIL ANTARA
C.1 Perhitungan Fraksi Massa
Tabel C.1.1 Data perhitungan fraksi massa metanol.
%Volume Vmetanol mmetanol mair mtotal xmetanol
0,1 10 7,4462 89,766 97,2122 0,0766
0,3 30 22,3386 69,818 92,1566 0,2424
0,5 50 37,2310 49,87 87,1010 0,4274
0,7 70 52,1235 29,922 82,0455 0,6353
0,9 90 67,0159 9,974 76,9899 0,8705
Tabel C.1.2 Data perhitungan fraksi massa etanol.
%Volume Vetanol metanol mair mtotal xetanol
0,1 10 7,8075 89,766 97,5735 0,0800
0,3 30 23,4226 69,818 93,2406 0,2512
0,5 50 39,0376 49,87 88,9076 0,4391
0,7 70 54,6527 29,922 84,5747 0,6462
0,9 90 70,2677 9,974 80,2417 0,8757
C.2 Perhitungan Fraksi Mol
Tabel C.2 Data perhitungan fraksi massa metanol dan etanol.
metanol mair mtotal xetanol metanol mair mtotal xetanol
0,2327 4,987 5,2197 0,0446 0,1697 4,987 5,1567 0,0329
0,6981 3,8788 4,5769 0,1525 0,5092 3,8788 4,388 0,116
1,1635 2,7706 3,934 0,2957 0,8486 2,7706 3,6192 0,2345
1,6289 1,6623 3,2912 0,4949 1,1881 1,6623 2,8504 0,4168
2,0942 0,5541 2,6484 0,7908 1,5276 0,5541 2,0817 0,7338
-
Halaman 27 dari 29
C.3 Perhitungan Densitas Campuran
Tabel C.3.1 Data perhitungan densitas campuran metanol-air.
% Volume mpikno+sampel mpikno+sampel Densitas run 1 Densitas run 2
0,1 20,19 20,178 1,0497 1,0480
0,3 19,987 19,965 1,0212 1,0181
0,5 19,737 19,734 0,9862 0,9858
0,7 19,39 19,292 0,9376 0,9239
0,9 18,999 18,987 0,8828 0,8811
Tabel C.3.2 Data perhitungan densitas campuran etanol-air.
% Volume mpikno+sampel mpikno+sampel Densitas run 1 Densitas run 2
0,1 15,28 15,281 0,9855 0,9856
0,3 15,14 15,132 0,9635 0,9622
0,5 14,918 14,923 0,9286 0,9294
0,7 14,644 14,635 0,8855 0,8841
0,9 14,326 14,321 0,8356 0,8348
C.4 Perhitungan Densitas Campuran Ideal dan Penyimpangannya
Tabel C.4 Data Perhitungan densitas campuran ideal.
run1 run2
run1 run2
0,9760 0,0736 0,0719 0,9797 0,0058 0,0060
0,9328 0,0885 0,0854 0,9437 0,0197 0,0185
0,8888 0,0974 0,0970 0,9072 0,0214 0,0222
0,8441 0,0935 0,0798 0,8701 0,0154 0,0140
0,7987 0,0842 0,0825 0,8324 0,0032 0,0024
C.5 Perhitungan Viskositas Campuran
Tabel C.5.1 Data perhitungan viskositas metanol-air.
%Volume t run 1 t run 2 viskositas run 1 viskositas run 2
0,1 25,8 28,37 1,0998 1,2074
0,3 35,79 35,44 1,4843 1,4653
0,5 40,99 40,32 1,6416 1,6141
0,7 34,85 34,9 1,3269 1,3094
0,9 26,61 26,23 0,9540 0,9386
-
Halaman 28 dari 29
Tabel C.5.2 Data perhitungan viskositas etanol-air.
%Volume t run 1 t run 2 viskositas run 1 viskositas run 2
0,1 28,3 29,74 1,1326 1,1904
0,3 46,95 46,8 1,8370 1,8288
0,5 52,21 56,83 1,9689 2,1449
0,7 53,91 54,63 1,9387 1,9615
0,9 41,67 41,04 1,4140 1,3913
C.6 Perhitungan Viskositas Campuran Ideal dan Penyimpangannya
Tabel C.6 Data Perhitungan viskositas campuran ideal dan penyimpangannya.
run1 run2
run1 run2
0,8708 0,2290 0,3366 0,9319 0,2007 0,2585
0,7896 0,6947 0,6757 0,9720 0,8650 0,8567
0,7152 0,9264 0,8989 1,0203 0,9486 1,1246
0,6468 0,6802 0,6626 1,0794 0,8593 0,8821
0,5836 0,3704 0,3550 1,1534 0,2606 0,2379
C.7 Perhitungan Titik Didih Campuran Ideal
Tabel C.7.1 Data perhitungan titik didih ideal metanol-air.
x1 x2 P1 sat (kPa) P2 sat (kPa) P (kPa) T sat (K) T sat (C)
0,0446 0,9554 296,9544 83,2196 92,7479 367,7227 94,7227
0,1525 0,8475 241,7590 65,9297 92,7480 361,5321 88,5321
0,2957 0,7043 192,4238 50,8899 92,7479 354,9241 81,9241
0,4949 0,5051 148,6657 37,9563 92,7479 347,7679 74,7679
0,7908 0,2092 110,1507 26,9749 92,7480 339,8410 66,8410
Tabel C.7.2 Data perhitungan titik didih ideal etanol-air.
x1 x2 P1 sat (kPa) P2 sat (kPa) P (kPa) T sat (K) T sat (C)
0,0329 0,9671 199,4862 89,1152 92,7480 369,5886 96,5886
0,1160 0,8840 181,9773 81,0343 92,7479 367,0030 94,0030
0,2345 0,7655 161,5925 71,6603 92,7480 363,7199 90,7199
0,4168 0,5832 137,6095 60,6847 92,7480 359,3858 86,3858
0,7338 0,2662 109,0832 47,7175 92,7485 353,3243 80,3243
-
Halaman 29 dari 29
C.8 Perhitungan Penyimpangan Percobaan Titik Didih Campuran
Tabel C.8 Data Perhitungan Penyimpangan Percobaan Titik Didih.
Metanol-air Etanol-air
T sat
(C) T run 1 T run 2 run1 run2
T sat
(C) T run 1 T run 2 run1 run2
94,723 89,379 87,300 5,344 7,423 96,589 85,221 86,261 11,367 10,328
88,532 76,907 78,986 11,625 9,547 94,003 78,986 77,946 15,017 16,057
81,924 72,750 70,671 9,174 11,253 90,720 75,868 75,868 14,852 14,852
74,768 66,514 68,593 8,254 6,175 86,386 74,829 74,829 11,557 11,557
66,841 64,436 65,475 2,405 1,366 80,324 74,829 74,829 5,496 5,496