Kesetimbangan Fasa I.
Judul Percobaan
II.
Tujuan
: Kesetimbangan fasa dua komponen
: 1. Mengga Menggamba mbarka rkan n fasa fasa dua kompon komponen en caircair-cai cairr (feno (fenol-ai l-air) r) 2. Mene Menent ntuk ukan an titi titik k ekui ekuiva vale len n atau atau titi titik k eute eutekt ktik ikum um pada pada kesetimbangan fasa dua komponen fasa cair-cair (fenolair) 3. Menent Menentuka ukan n fasa kompon komponen en dan derajat derajat kebeba kebebasan san suatu suatu system kesetimbangan fasa dua komponenn fasa cir-cair (fenol-air)
III.
Dasar Teori 1. Fasa
Fasa Fasa adal adalah ah bagi bagian an yang yang serb serbaa sama sama dari dari suat suatu u sisi sisite tem, m, yang yang dapa dapatt dipisahkan secara mekanik , serbasama dalam hal komposisi kimia dan sifatsifat fisika. Dalam fasa uap kerapatannya serbasama disemua bagian dalam uap tersebut. Dalam fasa cair kerapatannya serbasama disemua bagian dalam cair tersebut, tetapi nilai kerapatannya berbeda dengan di fasa uap. Contoh nya air yang berisi pecahan-pecahan es merupakan suatu sistem yang terdiri atas dua fasa yang berwujud padat (es) dan fasa yang berwujud cair (air). Sistem yang hanya terdiri atas campuran wujud gas saja hanya ada satu fasa pada kesetimbangan sebab gas selalu bercampur secara homogen. Dalam sistem yang hanya terdiri atas wujud cairan-cairan pada kesetimbangan bisa terdapat satu fasa atau lebih tergantung pada kelarutannya. 2. Komponen
Jumlah komponen dalam suatu sistem merupakan jumlah minimum dari spes spesii yang yang secar secaraa kimi kimiaa inde indepe pend nden en yang yang dipe diperl rluk ukan an untu untuk k meny menyat atak akan an komposisi setiap fasa dalam sistem tersebut. Cara praktis untuk menentukan jumlah komponen adalah dengan menentukan jumlah total spesi kimia dalam system system dikurangi dikurangi dengan dengan jumlah-jumla jumlah-jumlah h reaksi reaksi kesetimban kesetimbangan gan yang berbeda yang dapat terjadi antara zat-zat yang ada dalam sistem tersebut. Contoh CaCO
CaO
3 ( s ) ↔
CO 2 ( g )
( s ) +
komponen reaksi diatas dapat dihitung dengan menggunakan rumus C =S –R = 3– 1= 2
Laporan Kimia Fisika
Kesetimbangan Fasa 3. Derajat Kebebasan
Dalam membicarakan kesetimbangan fasa, kita tidak akan meninjau variabel ekstensif yang bergantung pada massa dari setiap fasa tetapi meninjau variabel-variabel intensif seperti suhu, tekanan, dan komposisi (fraksi mol). Jumlah variabel intensif independen yang diperlukan untuk menyatakan keadaan suatu system disebut derajat kebebasan dari sistem tersebut.
4. Sistem Dua Komponen Cair-Cair
T Satu fasa Tc Dua fasa
D
C
T1
E
F L2
L1
B
G
XA,1
XA,3
XA,2
A
X
Dua cairan dikatakan misibel sebagian jika A larut dalam jumlah yang terbatas, dan demikian pula dengan B, larut dalam A dalam jumlah yang terbatas. Bentuk yang paling umum dari diagram fasa T-X cair-cair pada tekanan tetap, biasanya 1 atm (seperti gambar diatas). Diagram diatas dapat diperoleh secara eksperimen dengan menambahkan suatu zat cair ke dalam cairan murni lain pada tekanan tertentu dengan variasi suhu. Cairan B murni yang secara bertahap ditambahkan sedikit demi sedikit cairan A pada suhu tetap (T 1). Sistem dimulai dari titik C (murni zat B) dan bergerak kea rah kanan secara horizontal sesuai dengan penambahan zat A. Dari titik C ke titik D diperoleh satu fasa (artinya A yang ditambahkan larut dalam B). Di titik D diperoleh kelarutan maksimum cairan A dalam cairan B pada suhu T1. Penambahan A selanjutnya akan menghasilkan sistem dua fasa (dua lapisan), yaitu lapisan pertama (L1) larutan jenuh A dalam B dengan komposisi XA,1 dan lapisan kedua (L2) larutan jenuh B dalam A dengan komposisi X A,2. Kedua lapisan ini disebut sebagai lapisan konyugat ( terdapat bersama-sama di
Laporan Kimia Fisika
Kesetimbangan Fasa daerah antara D dan F). Komposisi keseluruhan ada diantara titik D dan F. Di titik E komposisi keseluruhan adalah X A,3. Jumlah relatif kedua fasa dalam kesetimbangan ditentukan dengan aturan lever. Di titik E lapisan pertama lebih banyak dari lapisan kedua. Penambahan A selanjutnya akan mengubah komposisi keseluruhan semakain ke kanan, sementara komposisi kedua lapisan akan tetap XA,1 dan XA,2. Perbedaan yang terjadi akibat penambahan A secara terus menerus terletak pada jumlah relative lapisan pertama dan kedua. Semakin ke kanan jumlah relative lapisan pertama akan berkurang sedangkan lapisan kedua akan bertambah. Di titik F cairan A yang ditambahkan cukup untuk melarutkan semua B dalam A membentuk larutan jenuh B dalam A. Dengan demikian sistem di F menjadi satu fasa. Dari F ke G, penambahan A hanya merupakan pengenceran larutan B dalam A. Untuk mencapai titik G di perlukan penambahan jumlah A yang tak terhingga banyaknya atau dengan melakukan percobaan mulai dari zat A murni yang kemudian di tambah zat B sedikit demi sedikit sampai di capai titik F dan seterusnya. Jika percobaan dilakukan pada suhu tinggi akan di peroleh batas kelarutan yang berbeda. Semakin tinggi suhu, kelarytan masing-masing komponen satu sama lain meningkat, sehingga daerah fasa semakin menyempit. Kurva kelarutan pada akhirnya bertemu disuatu titik pada suhu konsolut atas, atau disebut juga suhu kelarutan kritis (T c). Di atas titik T c cairan saling melarut sempurna dalam berbagai komposisi .
V.
Alat dan Bahan Alat :
Bahan :
1. Tabung Reaksi Besar
1. Aquades
2. Buret
2. Fenol
3. Gelas Ukur
3. kertas millimeter
4. Pengaduk 5. Beaker Glass 6. Kaki Tiga dan kasa 7. Pembakar spirtus
Laporan Kimia Fisika
Kesetimbangan Fasa VII.
Hasil Pengamatan
Tabung Reaksi A
N o
Volume ( ml ) Fenol Aquades
% Volume Fenol
Temperatur (0C) t1A t2A
t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
16,17 % 28,50 % 37,44 % 44,44 % 50,00 % 54,54 % 58,33 % 61,54 % 64,28 % 66,67 % 68,75 % 70,58 %
64 68 72 70 67 67 65 63 60 54 54 49
52 55 58 60 56 58 53 51 49 46 42 42
Tabung Reaksi B
N o
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Volume ( ml ) Fenol Aquades
% Volume Fenol
Temperatur (0C) t1B t2B
t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 28 32
62,50 % 55,56 % 50,00 % 45,20 % 41,67 % 38,50 % 38,70 % 33,30 % 31,25 % 29,41 % 26,32 % 23,80 %
76 68 65 64 60 58 56 54 58 49 46 60
41 54 60 61 62 63 64 65 64 64 63 62
VIII. Analisis Data
Grafi 80
Laporan Kimia Fisika
Kesetimbangan Fasa
Pada percobaan kesetimbangan fasa antara dua komponen, yaitu fasa cair-cair terbagi atas dua percobaan ialah percobaan pada tabung A dan tabung B. Percobaan pada tabung A ialah aquades (10 mL) secara bertahap ditambahkan sedikit demi sedikit (2 mL) cairan fenol. Pada awalnya fenol yang ditambahkan melarut sempurna dalam aquades sehingga diperoleh sistem dalam satu fasa. Pada grafik diatas ditunjukkan pada daerah sebelah kanan diluar grafik (garis lengkung). Penambahan fenol
terus dilakukan (setiap 2 mL). Akhirnya, fenol
terlihat tidak melarut sempurna (dapat dibedakan antara air dengan fenol). Sehingga hal tersebut akan menghasilkan sistem dua fasa (lapisan airfenol). Setelah itu fenol tetap terus ditambahkan sampai cairan fenol dapat melarutkan semua aquades dalam fenol. Sehingga sistem menjadi satu fase. Tetapi untuk mencapai satu fase tersebut, aquades melarut sempurna dalam fenol harus melakukan penambahan fenol sangat banyak . Sehingga dilakukan percobaan pada tabung B. Percobaan pada tabung B ialah fenol (10 mL) secara bertahap ditambahkan sedikit demi sedikit (2 mL) aquades. Pada awalnya aquades yang ditambahkan melarut sempurna dalam fenol sehingga diperoleh sistem dalam satu fasa. Pada grafik diatas ditunjukkan pada daerah sebulah kiri diluar grafik (garis lengkung). Penambahan aquades
terus dilakukan (setiap 2 mL). Akhirnya,
aquades terlihat tidak melarut sempurna (dapat dibedakan antara fenol dengan aquades). Sehingga hal tersebut akan menghasilkan sistem dua fasa (lapisan fenol-air). Setelah itu aquades tetap terus ditambahkan sampai cairan fenol dapat melarutkan semua fenol dalam aquades. Sehingga sistem menjadi satu fase. Tetapi untuk mencapai satu fase tersebut, fenol melarut sempurna
Laporan Kimia Fisika
Kesetimbangan Fasa dalam aquades harus melakukan penambahan aquades sangat banyak atau dilakukan percobaan pada tabung A. Dari kedua percobaan di atas, pada tabung A diperoleh t1A (suhu dimana dibutuhkan larutan tersebut menjadi bening) dan t 2A (suhu dimana dibutuhkan larutan tersebut menjadi keruh). Sedangkan pada tabung B diperoleh t1B (suhu dimana dibutuhkan larutan tersebut menjadi bening) dan t2B (suhu dimana dibutuhkan larutan tersebut menjadi keruh). Dengan menggunakan %volume pada sumbu-x dan suhu (t 1A dan t1B) pada sumbu-y akan diperoleh perpotongan atau titik temu kurva yang digambarkan diatas. Suhu pada saat titik temu inilah disebut sebagai titik kritis atau titik equivalen yaitu ± 67,5 oC
IX.
Diskusi
Dari percobaan yang telah dilakukan terdapat selisih antara nilai titik ekuivalen pada percobaan dengan nilai titik equivalen secara teoritis yaitu sebesar 1,7 oC hal ini disebabkan oleh beberapa faktor antara lain : 1) Ketidakpastian dalam menentukan keadaan jernih atau keruhnya larutan fenol 2) Kurangnya ketelitian dalam membaca skala termometer
X.
Simpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan : 1.
Titik ekivalen dicapai pada suhu 67,5 o C
2.
Semakin mendekati titik ekivalen larutan cenderung tetap keruh
meskipun suhu dinaikkan
XI.
Jawaban Tugas
1.
Bandingkan titik ekuivalen hasil percobaan dengan nilai
titik ekuivalen teoritis kesetimbangan fasa fenol-air !
Laporan Kimia Fisika
Kesetimbangan Fasa
Nilai titik ekuivalen kesetimbangan fasa fenol-air pada
percobaan didapatkan sebesar 67,5 oC
Nilai titik ekuivalen kesetimbangan fasa fenol-air teoritis
didapatkan sebesar 65,85 oC 2.
Pada suatu system diketahui terdapat 40 ml fenol dan 70
ml aquadest, maka a. Berapakah jumlah fasa pada sistem yang terjadi ? b. Hitunglah jumlah derajat kebebasan (F) pada system tesebur ? c. Jika diinginkan jumlah fasa pada sistem tersebut diubah, apakah yang harus dilakukan ? Jawab a.
Jumlah fasa pada system tersebut adalah 2 (dua)
b. Jumlah derajat kebebasan dalam sistem tersebut adalah C = S-R = 3-1 = 2 F = C-P + 2 = 2 - 2+ 2 =2 Jadi jumlah derajat kebebasan dalam sistem tersebut adalah 2 ( dua ) c. Yang harus dilakukan agar jumlah fasa dalam system tersebut diubah adalah dengan menaikkan suhu melebihi titik kritis atau titik kelarutan sehingga cairan saling melarut sempurna atau mengalami perubahan fasa dari dua fasa menjadi satu fasa.
DAFTAR PUSTAKA
Laporan Kimia Fisika
Kesetimbangan Fasa
Atkins, P.W. 1999. Kimia Fisika Jilid I Edisi keempat . Jakarta: Erlangga Rohman, Ijang dan Sri Mulyani. 2004. Kimia Fisika 1. Jakarta: JICA. Tim Kimia Fisika I. 2007. Kesetimbangan Fasa (LKM 1, 2, 3) . Surabaya : Jurusan Kimia
Laporan Kimia Fisika
