LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA II PENENTUAN TETAPAN KESETIMBANGAN ASAM LEMAH SECARA KONDUKTOMETRI
OLEH KELOMPOK 1 FADLY GHOZALI (150332605179)** DINAR RACHMADIKA B (150332602007) (150332602007) FRANSISCA REGITA C (150332602398) (150332602398)
LABORATORIUM KIMIA FISIKA JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MALANG 2017
A. JUDUL
Penentuan Tetapan Kesetimbangan Asam Lemah Secara Konduktometri
B. TUJUAN
Menentukan tetapan kesetimbangan asam lemah dengan cara pengukuran hantarannya menggunakan konduktometer
C. DASAR TEORI
Menurut Archenius asam didefinisikan sebagai suatu senyawa yang apabila dilarutkan dalam air akan membebaskan ion hidrogen (H +) sedangkan basa adalah melepaskan ion hidroksida (OH-). Namun reaksi ini hanya berlaku pada pelarut air tidak pada yang bukan pada pelarut air. Sebagai contoh reaksi yang berlangsung pada larutan dengan amonia cair sebagai pelarut : NH4Cl + NaNH2 → NaCl + 2NH3 Dengan reaksi ion : NH4+ + NH2 → 2NH3 Asam secara paling sederhana dapat didefinisikan sebagai zat yang dilarutkan dalam air akan mengalami disosiasi yang menghasilkan ion hidrogen sebagai satu-satunya ion positif. Beberapa asam dan hasil disosiasinya adalah sebagai berikut : HCl
H+ + Cl-
→
HNO3
→
CH3COOH
H+ + NO3→
H+ + CH3COO-
Disosiasi suatu asam merupakan proses reversible untuk itu hokum kekekalan
massa
dapat
diterapkan,
misalnya
disosiasi
asam
asetat
menghasilkan ion hydrogen dan asetat : CH3COOH
→
H+ + CH3COO-
Dengan menerapkan hukum kekekalan massa pada proses reversible ini dapat dinyatakan tetapan kesetimbangan dengan rumus sebagai berikut :
K=
( H )(CH 3 COO ) (CH 3COOH )
Tetapan K ini dinamakan tetapan kesetimbangan disosiasi atau tetapan disosiasi. Nilai konstanta disosiasi ini tergantung pada konsentrasi dan juga tetapan fisika seperti suhu derajat disosiasi sama dengan fraksi mol yang benar-benar berdisosiasi.
=
jumlah molekul yang berdisosiasi ℎ
Nilai bisa berubah-ubah antara 0 – 1. Jika α = 1 disosiasi terjadi sempurna. Suatu metoda yang paling penting untuk menentukan derajat disosiasi yang didasarkan atas pengukuran konduktivitas merupakan besaran turunan karena ia tak dapat diukur secara langsung. Untuk menentukan larutan elektrolit biasanya dinyatakan dengan konduktivitas molar (Λ)., yang merupakan konduktan larutan yang mengandung 1 mol zat terlarut antara dua elektroda yang besarnya tak hingga dan berjarak 1 cm satu dengan yang lainnya Pada suhu tetap hantaran suatu latutan tergantung konsentrasi ion dan mobilitas ion dalam larutan. Umumnya sifat hantaran listrik dalam suatu elektrolit mengikuti hukum ohm. V = I . R ........................................ (1) V = tegangan I = arus R = hambatan Hantaran suatu larutan (L) didefinisikan sebagai kebalikan dari tahanan: L = I/R ........................................... (2) Hantaran jenis (x) adalah hantaran suatu larutan yang terletak didalam suatu kubus dengan rusuk 1 cm antara dua permukaan yang sejajar. Bila untuk dua permukaan yang sejajar dengan luas A cm2 dam berjarak l cm satu dengan yang lain, maka berlaku hubungan: L = x.A / l ...................................... (3) Dalam pengukuran hantaran diperlukan pula suatu tetapan sel (K) yang merupakan suatu bilangan bila dikalikan dengan hantaran satu larutan dalam sel yang bersangkutan akan memberikan hantaran jenis dari larutan tersebut, sehuingga: X = K.L
= K/R ......................................... (4) Dari persamaan (3) dan (4) jelaslah bahwa K = l / A yang merupakan tetapan bagi suatu sel. Hantaran molar (A) dari suatu larutan didefinisikan sebagai hantaran larutan antara dua permukaan sejajar yang berjarak 1 cm satu dari yang lain dan mempunyai luas sedemikian rupa sehingga diantara dua permukaan tersebut terdapat elektrolit sebanyak 1 mol. Λ=x/C
(C = konsentrasi larutan dalam mol/cm3)
Λ = 1000x / C
(C = konentrasi larutan dalam mol/liter)
Untuk pengenceran tak hingga pada hantaran molar berlaku pula keaditifan hantaran ion-ionnya sesuai hukum Kohlrusch. Suatu elektrolit lemah yang terlarut dalam air tidak terionisasi secara sempurna tetapi terdapat kesetimbangan antara ion-ionnya. Hubungan antara derajat ionisasi ( α) dengan hantaran molar dinyatakan sebagai :
α = Λc / Λ0 Λc = hantaran molar pada konsentrasi C Λ0 = hantaran molar pada pengenceran tak hingga Untuk elektrolit biner harga tetapan kesetimbangannya dinyatakan sebagai: Ka = α2C/(1 - α) ..................................... (5) Dari persamaan (5) bila harga derajat ionisasi suatu elektrolit diketahui maka tetapan kesetimbangan Ka dapat dihitung. Harga tetapan kesetimbangan yang sebenarnya yaitu tetapan kesetimbangan teermodinamik (K) yang merupakan fungsi dari Ka dan koefisien keaktifan ion-ionnya. Untuk larutan dalam pengenceran tak hingga koefisien keaktifancsama dengan satu. Dengan demikian tetapan kesetimbangan sebenarnya dapat dinyatakan sebagai: Log Ka = Log K + 2A (αC)1/2 Ka = tetapan kesetimbangan K
= tetapan kesetimbangan termodinamik/sebenarnya
A
= tetapan
α
= derajat ionisasi
C
= konsentrasi
D. ALAT DAN BAHAN Peralatan yang digunakan:
Konduktometer
Sel hantaran
Termosrar
Pipet volume 25 mL
Buret 25 mL
Beaker glass 100 mL
Labu takar 100 mL
Botol semprot
Bahan yang digunakan:
Larutan asam lemah (CH3COOH)
Larutan CH3COOH
Larutan NaCl
Larutan HCl
Larutan KCl 0,1 N
E. PROSEDUR KERJA 1. Kalibrasi konduktometer
a. Dicuci sel dengan air dan ditentukan hantarannya dalam air. Kemdian dicuci kembali dan ditentukan hantarannya sampai menunjukkan hasil yang tetap. b. Dikalibrasikan alat sesuai dengan hantaran standarn sebagimana yang tertera dalam label larutan standar. 2. Penentuan hantaran molar CH 3COOH pada pengenceran tak hingga
a. Dibuat larutan CH3COONa, HCl dan NaCl masing-masing dengan konsentrasi 0,05 N; 0,025 N; 0,0125 N; 0,00625 N; 0,00312 N; dan 0,0015 N. b. Ditentukan hantaran larutan-larutan tersebut seteliti mungkin.
c. Dibuat kurva antara konsentrasi versus hantaran molarnya. Melalui ekstrapolasi, ditentukan hantaran molar masing-masing larutan pada pengenceran tak hingga. d. Dengan menggunakan hukum Kohlrusch, ditentukan hantaran molar CH3COOH pada pengenceran tak hingga. 3. Penentuan hantaran molar CH 3COOH
a. Dibuat larutan CH3COOH dengan konsentrasi 0,1 N; 0,05 N; 0,025 N; 0,0125 N; 0,00625 N dan 0,00312 N b. Ditentukan hantaran larutan-larutan tersebut seteliti mungkin. Skema Alat
2
2
1
Keterangan : 1. Konduktometer 2. Sel hantaran 3. Larutan elektrolit
3
F.
DATA PENGAMATAN
Hantaran jenis, x, (.− )
Konsentrasi (N)
CH3COONa
HCl
NaCl
0,1 N
CH3COOH 726
0,05 N
2890
9760
6100
362
0,025 N
1718
4870
3370
345
0,0125 N
973
2520
1910
243
0,00625 N
516
2310
1023
156,6
0,00312 N
270
659
570
100
0,0015 N
152,9
334
277
G. PERHITUNGAN Menghitung Hantaran Molar Larutan CH 3COONa , HCl , NaCl dan CH3COOH 1. Larutan CH3COONa
a. Konsentrasi 0,05 N
2890 .− Λ = = = 57800 . − . 0.05 b. Konsentrasi 0,025 N
1718 .− Λ = = = 68720 . − . 0.025 c. Konsentrasi 0,0125 N
973 .− Λ = = = 77840 . − . 0.0125 d. Konsentrasi 0,00625 N
516 .− Λ = = = 82560 . − . 0.00625
e. Konsentrasi 0,00312 N
270 .− Λ = = = 86538,46 . − . 0.00312 f. Konsentrasi 0,00150 N
152,9 . − Λ = = = 101933,33 . − . 0.00150 2. Larutan HCl
a. Konsentrasi 0,05 N
9760 .− Λ = = = 195200 . − . 0.05 b. Konsentrasi 0,025 N
4870 .− Λ = = = 194800 . − . 0.025 c. Konsentrasi 0,0125 N
2520 .− − Λ = = = 201600 . . 0.0125 d. Konsentrasi 0,00625 N
2310 .− Λ = = = 369600 . − . 0.00625 e. Konsentrasi 0,00312 N
659 .− Λ = = = 211217,95 . − . 0.00312 f. Konsentrasi 0,00150 N
334 .− Λ = = = 222666,67 . − . 0.00150 3. Larutan NaCl
a. Konsentrasi 0,05 N
6100 .− Λ = = = 122000 . − . 0.05
b. Konsentrasi 0,025 N
3370 .− Λ = = = 134800 . − . 0.025 c. Konsentrasi 0,0125 N
1910 .− Λ = = = 152800 . − . 0.0125 d. Konsentrasi 0,00625 N
1023 .− Λ = = = 163680 . − . 0.00625 e. Konsentrasi 0,00312 N
570 .− Λ = = = 182692,3 .− . 0.00312 f. Konsentrasi 0,00150 N
277 .− Λ = = = 184666,67 . − . 0.00150 4. Larutan CH3COOH
a. Konsentrasi 0,1 N
726 .− Λ = = = 7260 . − . 0.1 b. Konsentrasi 0,05 N
362 .− Λ = = = 7240 . − . 0.05 c. Konsentrasi 0,025 N
345 .− Λ = = = 13800 . − . 0.025 d. Konsentrasi 0,0125 N
243 .− Λ = = = 19400 . − . 0.0125
e. Konsentrasi 0,00625 N
156,6 . − Λ = = = 25056 . − . 0.00625 f. Konsentrasi 0,00312 N
100 .− Λ = = = 32051,28 . − . 0.00312
Menghitung
Hantaran
Molar
CH 3COONa , HCl , NaCl pada
pengenceran tak hingga menggunakan metode ekstrapolasi
Hubungan antara Λ dan konsentrasi adalah sebagai berikut :
Λ = Λ / dari kurva regresi / ( ) ( ) 1. Larutan CH 3COONa
Konsentrasi (C)
√
x (S.cm-1)
(S.mol-1 cm2 )
0,05
0,2236
2890
57800
0,025
0,1581
1718
68720
0,0125
0,1118
973
77840
0,00625
0,0790
516
82560
0,00312
0,0558
270
86538,46
0,00150
0,0387
152,9
101933,3
Grafik hubungan √C terhadap hantaran molar CH3COONa 120000 100000
) 2
m c
80000
o m . S (
60000
1 l
˄
Series1
y = -209150x + 102482 R² = 0.9191
40000
Linear (Series1)
20000 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
√C
Pada grafik diatas, diperoleh persamaan garis
= 209150 + 102482 Dari persamaan garis diatas, sehingga dapat diperoleh hantaran molar pada pengenceran tak hingga larutan CH3COONa
Λ = 102482 . − . 2. Larutan HCl
Konsentrasi (C)
√
x (S.cm-1)
Λ (S.mol-1 cm2 )
0,05
0,2236
9760
195200
0,025
0,1581
4870
194800
0,0125
0,1118
2520
201600
0,00625
0,0790
2310
369600
0,00312
0,0558
659
211217,95
0,00150
0,0387
334
222666,67
Grafik hubungan √C terhadap hantaran molar HCl 400000 350000 ) 2
300000
m c 250000
1 l
o 200000 m . S 150000 ( ˄
Series1 y = -351375x + 271575 R² = 0.1292
100000 50000
Linear (Series1)
0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
√C
Pada grafik diatas, diperoleh persamaan garis
= 351375 + 271575 Dari persamaan garis diatas, sehingga dapat diperoleh hantaran molar pada pengenceran tak hingga larutan HCl
Λ =
271575 . − . 3. Larutan NaCl
Konsentrasi (C)
√
x (S.cm-1)
Λ (S.mol-1 cm2 )
0,05
0,2236
6100
122000
0,025
0,1581
3370
134800
0,0125
0,1118
1910
152800
0,00625
0,0790
1023
163680
0,00312
0,0558
570
182692,3
0,00150
0,0387
277
184666,67
Grafik hubungan √C terhadap hantaran molar NaCl
) 2
m c
1 l
o m . S ( ˄
200000 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0
y = -356341x + 196386 R² = 0.9585
Series1 Linear (Series1)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
√C
Pada grafik diatas, diperoleh persamaan garis
= 356341 + 196386 Dari persamaan garis diatas, sehingga dapat diperoleh hantaran molar pada pengenceran tak hingga larutan NaCl
Λ = 196386 . − .
Menghitung hantaran Molar CH 3COOH pada pengenceran tak hingga
Λ0 HCl
= 271575 . − .
Λ0 CH3COONa
= 102482 . − .
Λ0 NaCl
= 196386 . − .
Λ0 HCl
= Λ0 H+ + Λ0 Cl- ....................... (1)
Λ0 CH3COONa
= Λ0 Na+ + Λ0 CH3COO- ......... (2)
Λ0 NaCl
= Λ0 Na+ + Λ0 Cl- ..................... (3)
Λ0 CH3COOH
= Λ0 H+ + Λ0 CH3COO- .......... (4)
Dari persamaan diatas tampak bahwa : (4) = (1) + (2) – (3) = (271575 + 102482 – 196386) = 177671
. − .
. − .
Maka Λ0 CH3COOH = 177671 .− .
Menghitung α dan Ka Asam Asetat pada masing masing konsentrasi
α =
Λ Λ
Pada konsentrasi 0,1 N
. . α = = 0,04086 . .
Pada konsentrasi 0,05 N
. . = 0,040749 α = . .
Pada konsentrasi 0,025 N
. . α = = 0,07767 . .
Pada konsentrasi 0,0125 N
. . α = = 0,10919 . .
Pada konsentrasi 0,00625 N
α =
Pada konsentrasi 0,00312 N
α =
Ka =
. . = 0,141025 . . , . . = 0,180396 . .
α
(− α)
Pada konsentrasi 0,1 N
Ka =
0,04086 ,
( − 0,04086)
=
, = 1,74066 x 10 -4 ,
Pada konsentrasi 0,05 N
Ka =
0,040749 ,
( − 0,040749)
, = = 0,865509 x 10 -4 ,
Pada konsentrasi 0,025 N
Ka =
, = 1,63516 x 10 -4 ,
0,10919 ,
( − 0,10919)
=
, = 1,67298 x 10 -4 ,
Pada konsentrasi 0,00625 N
Ka =
( − 0,07767)
=
Pada konsentrasi 0,0125 N
Ka =
0,07767 ,
0,141025 ,
( − 0,141025)
=
, = 1,447077 x 10 -4 ,
Pada konsentrasi 0,00312 N
Ka =
0,180396 ,
( − 0,180396)
Konsentrasi CH3COOH 0,1 N
α 0,000166954
, = = 1,2388 x 10 -4 ,
αC/ 0,01292
Ka 1,74066 x
Log Ka -3,675928
10-4 0,05 N
0,000083024
0,009111
0,865509
-4,062728
x 10-4 0,025 N
0,0001508157
0,012280
1,63516 x
-3,786439
10-4 0,0125 N
0,00014903
0,012207
1,67298 x
-3,776509
10-4 0,00625 N
0,0001243
0,011149
1,447077
-3,839508
x 10-4 0,00312 N
0,000110153
0,010076
1,2388 x 10-4
-3,906998
Bila harga derajat ionisasi suatu elektrolit diketahui maka tetapan kesetimbangan K a dapat dihitung. Harga tetapan kestimbangan yang sebenarnya yaitu tetapan kesetimbangan termodinamik ( K ) yang merupakan fungsi dari K a dan koefisien keaktifan ion-ionnya. Untuk larutan dalam pengenceran tak hingga koefisien keaktifan sama dengan satu. Dengan demikian tetapan kesetimbangan sebenarnya dapat dinyatakan sebagai:
Log K a = log K + 2A (αC)1/2 K a = tetapan kesetimbangan K = tetapan kesetimbangan termodinamik A = tetapan α = derajat ionisasi C = konsentrasi
Grafik log Ka terhadap (αC)1/2 -3.65 -3.7 0
0.005
0.01
0.015
-3.75 -3.8 a -3.85 K g o -3.9 L
y = 88.167x - 4.8368 R² = 0.9483
Series1 Linear (Series1)
-3.95 -4 -4.05 -4.1
(αC)1/2
Dari persamaan garis diatas, dapat didapatkan harga K dari persamaan
Log K a = log K + 2A (αC)1/2 yaitu
= 88,167 4,8368
dengan regresi 0,990
dimana log K merupakan intersept dari persamaan diatas, log K = -4,8363. Sehingga didapatkan nilai tetapan kesetimbangan termodinamika ( K ) adalah 1,4578 × −
H. PEMBAHASAN Pada percobaan ini bertujuan untuk menentukan tetapan kesetimbangan asam lemah dengan metode konduktometri. Dimana disini asam lemah yang digunakan adalah asam asetat. Asam asetat merupakan salah satu elektrolit lemah, dimana larutan ini merupakan pengahantar listrik yang kurang baik. Asam aseat dibuat dalam berbagai konsentrasi yang bertujuan untuk melihat dan mempelajari daya hantar listrik elektrolit dan juga melihat pengaruh konsentrasi terhadap ion. Pada percobaan ini menggunakan alat yang dinamakan konduktometer. Sebelum digunakan, alat konduktometer terlebih dahulu dikalibrasikan menggunakan larutan standar yang tersedia di laboratorium. Setelah itu dapat dilakukan pengukuran hantaran jenis dari larutan CH3COONa, HCl, NaCl, dan CH 3COOH dalam berbagai konsentrasi. Daya hantar listrik berhubungan dengan pergerakan suatu ion didalam larutan. Ion yang mudah bergerak mempunyai daya hantar listrik yang besar. Sehingga kuat lemahnya suatu larutan elektrolit selalu dikaitkan dengan ionisasi (α). Pada percobaan ini asam asetat yang digunakan termasuk larutan elektrolit lemah, dimana elektrolit lemah mempunyai
sifat penghantaran
listriknya buruk. Asam asetat akan terdisosasi atau terionisasi sebagian, dimana harga derajat ionisasinya (α) bernilai kurang dari 1 dan lebih besar dari 0 ( 0 > α. > 1) . Jumlah ion yang terdapat dalam larutan tersebut bergantung pada nilai derajat ionisasinya (α), dimana jumlah ion yang terdapat dalam larutan juga mempengaruhi nilai daya hantar listrik. Berikut ini reaksi ionisasi asam asetat : CH3COOH(aq) ↔ H+(aq) + CHCOO-(aq) Prinsip kerja dalam alat konduktometer ini berkaitan dengan daya hantar listrik dan suatu larutan yang berhubungan dengan jenis dan konsentrasi ion dalam larutan tersebut. Salah satu bagian dari alat konduktometer ini adalah
sumber listrik yang didasarkan pada arus AC. Terdapat elektroda yang berupa logam yang berfungsi sebagai suatu pengantar yang memancarkan atau mengumpulkan elektron dalam suatu sel. Berdasarkan hasil pengukuran, nilai daya hantar ekivalen dengan menggunakan konduktometer terlihat bahwa semakin kecil konsentrasi suatu larutan maka nilai daya hantar yang diperoleh juga semakin kecil. Berdasarkan hasil perhitungan nilai daya hantar molar () dari data hantar ekivalen (x) untuk masing-masing larutan CH 3COOH, NaCl, dan HCl, sebagian menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasinya, maka semakin rendah nilai hantaran molarnya. Semakin kecil konsentrasinya, maka semakin banyak ion asam asetat yang terurai dengan derajat ionisasinya yang lebih besar dan begitu pula sebaliknya. Dari nilai derajat ionisasi tersebut dapat dihitung nilai Ka dari asam asetat pada berbagai konsentrasi. Selanjutnya dibuat grafik log Ka terhadap (αC)1/2 , Sehingga didapatkan nilai tetapan kesetimbangan termodinamika ( K) adalah 1,4578 × −
I.
KESIMPULAN
Dari percobaan ini diperoleh beberapa kesimpulan yaitu : 1. Semakin kecil konsentrasi larutan maka semakin kecil nilai daya hantar ekivalennya. 2. Larutan CH3COOH tergolong larutan elektrolit lemah yang ditunjukkan dari nilai α yang kurang dari satu. 3. Tetapan kesetimbangan termodinamika ( K) dari larutan asam lemah (CH3COOH) adalah 1,4578 × −
J.
JAWABAN PERTANYAAN
1. Apakah perbedaan tetapan kesetimbangan asam lemah ( K a) dan tetapan kesetimbangan termodinamika ( K )? Tetapan kesetimbangan termodinamika ( K ) merupakan tetapan kese-timbangan
yang
setimbang
secara
kimia
dan
tidak
ada
kecenderungan untuk terjadi perubahan keadaan baik dilingkungan
maupun sistem. tetapan kesetimbangan asam lemah ( K a) adalah kesetimbangan asam yang dihasilkan oleh ion H +
2.
Sebutkan cara lain penentuan tetapan kesetimbangan asam lemah selain cara konduktometri? Dengan cara titrasi potensiometri dan titrasi konduktometri.
K. DAFTAR PUSTAKA
Tim Dosen Kimia Fisika UM. 2016. Petunjuk Praktikum Kimia Fisika 2. Malang: Jurusan Kimia UM
Bird Tony, Kimia Fisik untuk Universitas file pdf
