MAKALAH PRAKTIKUM KIMIA FISIKA KESETIMBANGAN UAP-CAIR SISTEM BINER

MAKALAH PRAKTIKUM KIMIA FISIKA

KESETIMBANGAN UAP-CAIR SISTEM BINER

Laporan ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan

Praktikum Laboratorium Kimia Fisika

                     Disusun oleh :

Setiadina                                 : 114110022

Wema Augustia Ermalasari     : 114110036

Sheilla Eka Permata                : 114110037

Muhamad Adzan Fahrenza     : 114110048

Fitrah Ulumuddin                   : 114110050

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

INSTITUT TEKNOLOGI INDONESIA

Serpong

2012

ABSTRAK

            Operasi pemisahan fasa liquid–liquid ada beberapa macam yaitu distilasi, ekstrasi dan absorbsi. Seperti halnya pemisahan komponen–komponen campuran etanol–air yang dilakukan dengan proses distilasi. Distilasi adalah proses yang digunakan untuk memisahkan campuran fluida berdasarkan titik didih yang diikuti oleh kondensasi. Tujuan dari praktikum ini yaitu untuk menentukan sifat larutan biner, menentukan nilai P^o (tekanan uap etanol dan air), serta menentukan fraksi mol etanol dan air. Variabel yang digunakan adalah perbandingan volume etanol dan air (perbandingan 3:1, 1:3, 2:1, 1:1). Didistilasi setiap campuran tersebut selama 10 menit dan ditimbang distilat dan residunya. Sifat larutan biner yang penting adalah tekanan uap (P^o) dan fraksi mol. Pada praktikum didapatkan tekanan uap dan fraksi mol etanolnya, yaitu pada perbandingan komposisi etanol:air (3:1) tekanan uap etanol sebesar 1267.24 mmHg dan fraksi molnya sebesar 0.495, Pada perbandingan 1:3 tekanan uapnya sebesar 838.9071 mmHg dan fraksi molnya sebesar 0.073. Pada perbandingan 2:1 tekanan uapnya sebesar 1267.24 mmHg dan fraksi molnya sebesar 0.5. Pada perbandingan 1:1 tekanan uapnya sebesar 822.789 mmHg dan fraksi molnya sebesar 0.1044.

 

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum.wr.wb.

            Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala nikmat, rahmat dan anugerah yang selalu diberikan kepada penyusun sehingga dapat menyelesaikan makalah ini. Penyusun menyadari penyusunan makalah ini hanyalah setitik ilmu yang diberikan Tuhan dari hamparan ilmu-Nya yang luas.

            Dalam penyusunan makalah ini, tentunya penyusun tidak menyelesaikannya seorang diri. Penyusun mendapat bantuan dari banyak pihak yang telah memberikan bantuan baik dari segi moril maupun materil. Oleh karena itu, penyusun banyak mengucapkan terimakasih kepada pihak – pihak tersebut.

            Penyusun menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna dan masih banyak kekurangan yang disebabkan karena keterbatasan pengetahuan serta karena kesempurnaan hanyalah milik Tuhan semata alam ini. Penyusun mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun dari semua pihak demi perbaikan makalah ini dimasa mendatang. Penyusun berharap agar makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Serpong,   Desember 2012

                                                                                                Penyusun

DAFTAR ISI

LEMBAR REVISI. i

ABSTRAK.. ii

DAFTAR ISI. iv

BAB I PENDAHULUAN

1.1     Latar Belakang. 1

1.2     Tujuan. 1

1.3     Rumusan Masalah. 2

1.4     Hipotesa. 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1     Distilasi 3

2.2     Kurva Kesetimbangan. 4

2.3     Larutan Ideal dan non Ideal 5

2.4     Azeotrop. 6

2.5     Sifat Kimia dari Etanol 7

2.6     Sifat Kimia dari Air 7

BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM

3.1     Alat dan Bahan. 8

               3.1.1 Alat 8

               3.1.2 Bahan. 8

3.2     Variabel dan Parameter 8

               3.2.1 Variabel 8

               3.2.2 Parameter 8

3.3     Prosedur Percobaan. 9

3.4     Matriks Percobaan. 9

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1     Hasil 10

4.2     Pembahasan. 10

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1     Kesimpulan. 13

5.2     Saran. 13

DAFTAR PUSTAKA

LEMBAR PERHITUNGAN

1.       Perhitungan berat jenis (ρ) etanol dan air.

2.       Perhitungan fraksi mol (X) masing-masing komponen.

3.       Perhitungan tekanan uap (P^o) masing-masing komponen.17

 

 

BAB I

PENDAHULUAN

1.1       Latar Belakang

Operasi pemisahan fasa liquid–liquid ada beberapa macam yaitu distilasi, ekstrasi dan absorbsi. Seperti halnya pemisahan komponen–komponen campuran etanol–air yang dilakukan dengan proses distilasi. Distilasi adalah proses yang digunakan untuk memisahkan campuran fluida berdasarkan titik didih yang diikuti oleh kondensasi. Data yang diperlukan dalam penyelesaian persoalan distilasi adalah data kesetimbangan antara fase liquid dan fase gas. Bentuk dan sumber data ksetimbangan antara fase liquid dan fase gas diantaranya dapat digambarkan dalam bentuk kurva kesetimbangan biner ataupun diperoleh dengan cara eksperimen.

Kesetimbangan uap cair dapat ditentukan ketika ada variabel yang tetap (konstan) pada suatu waktu tertentu. Saat tercapainya kesetimbangan, kecepatan antara molekul-molekul campuran yang membentuk fase uap sama dengan kecepatan molekul-molekulnya membentuk cairan kembali. Data kesetimbangan uap cair merupakan data termodinamika yang diperlukan dalam perancangan dan pengoperasian kolom-kolom distilasi. Adapun hal – hal yang berpengaruh dalam sistem ksetimbangannya yaitu : Tekanan (P), Suhu (T), Konsentrasi komponen A dalam fase liquid (x) dan Konsentrasi komponen A dalam fase uap (y).

1.2       Tujuan

            Untuk menentukan sifat larutan biner, menentukan nilai P^o (tekanan uap etanol dan air), serta menentukan fraksi mol etanol dan air.

1.3       Rumusan Masalah

            Pada praktikum ini menggunakan prinsip distilasi dimana campuran fluida dipisahkan berdasarkan titik didih yang diikuti oleh kondensasi. Varibel yang digunakan adalah larutan etanol dan air dengan berbagai macam perbandingan. Etanol dan air ditentukan berat jenisnya menggunakan pignometer. Selanjutnya campuran tersebut di distilasi selama 10 menit dan dicatat suhu titik didih kesetimbangan larutan tersebut. Setelah didapat residu dan distilat, dicatat dan ditimbang volumenya. Ini dilakukan untuk masing-masing perbandingan. Variasi variabel yang dilakukan dalam praktikum ini untuk menentukan sifat-sifat campuran tersebut, yaitu tekanan uap dan fraksi molnya.

1.4       Hipotesa

Semakin banyak komposisi etanol maka fraksi molnya akan semakin besar dan suhunya akan semakin turun hal ini dikarenakan titik didih etanol lebih rendah dari pada titik didih air. Jika suhu kesetimbangannya turun maka tekanan uapnya akan semakin besar.

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1       Distilasi

            Proses distilasi digunakan untuk memisahkan komponen dari suatu campuran berdasarkan perbedaan titik didih komponennya. Pada proses ini distilat mempunyai komposisi dan karakter berbeda dari campurannya. Klasifikasi distilasi berdasarkan jumlah komponen dalam campurannya, yaitu :

1.      Distilasi Biner : Bila campuran yang akan didistilasi mempunyai dua komponen.

2.      Distilasi Multi Komponen : Bila campuran yang akan didistilasi mempunyai lebih dari dua komponen.

                                   

Gambar 2.1 Alat Distilasi Sederhana

           

            Gambar di atas merupakan alat distilasi atau yang disebut distilator. Yang terdiri dari termometer, labu didih, steel head, pemanas, kondensor (pendingin) dan labu penampung distilat. Termometer biasanya digunakan untuk mengukur suhu uap zat cair yang didistilasi selama proses distilasi berlangsung.

            Labu didih berfungsi sebagai tempat suatu campuran zat cair yang akan didistilasi. Steel head berfungsi sebagai penyalur uap atau gas yang akan masuk ke alat pendingin ( kondensor ) dan biasanya labu distilasi dengan leher yang berfungsi sebagai steel head. Kondensor memiliki 2 celah, yaitu celah masuk dan celah keluar yang berfungsi untuk aliran uap hasil reaksi dan untuk aliran air keran. Pendingin yang digunakan biasanya adalah air yang dialirkan dari dasar pipa, tujuannya adalah agar bagian dari dalam pipa lebih lama mengalami kontak dengan air sehingga pendinginan lebih sempurna dan hasil yang diperoleh lebih sempurna. Penampung distilat bisa berupa erlenmeyer, labu, ataupun tabung reaksi tergantung pemakaiannya. Pemanasnya juga dapat menggunakan penangas ataupun mantel listrik yang biasanya sudah terpasang pada destilator.

            Dalam proses distilasi terdapat dua tahap proses yaitu tahap penguapan dan dilanjutkan dengan tahap pengembunan kembali uap menjadi cair atau padatan. Atas dasar ini maka perangkat peralatan distilasi menggunakan alat pemanas dan alat pendingin seperti pada Gambar 2.1.

            Proses distilasi diawali dengan pemanasan, sehingga zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap. Uap tersebut bergerak menuju kondensor yaitu pendingin (Gambar 2.1), proses pendinginan terjadi karena dialirkannya air kedalam dinding (bagian luar kondensor), sehingga uap yang dihasilkan akan kembali cair. Proses ini berjalan terus menerus dan akhirnya dapat dipisahkan seluruh senyawa-senyawa yang ada dalam campuran homogen tersebut.

2.2       Kurva Kesetimbangan

            Salah satu cara untuk membuat kurva kesetimbangan yaitu dengan menggunakan Hukum Roult.

Berdasarkan Hukum Roult untuk larutan ideal dan biner.

            P_A           = X₁.P⁰_A                                                                                      (2-1) Dimana :

P_A        = Tekanan Parsial Komponen A dalam uap

X₁          = Mol fraksi Komponen A dalam liquid

P⁰_A       = Tekanan Uap  murni komponen A pada suhu yang sama.

2.3       Larutan Ideal dan non Ideal

            Gas ideal tidak memiliki gaya intermolekul dalam gas tersebut. Larutan ideal berarti semua gaya intermolekul baik gaya intermolekul pada molekul - molekul sejenis (misal pelarut- pelarut) atau pada molekul yang tidak sejenis (misal pelarut - zat terlarut) adalah sama.

            Salah satu sifat larutan yang penting adalah tekanan uap suatu komponen yang terdapat dalam larutan tersebut pada permukaan larutan. Mengetahui besarnya kecenderungan suatu komponen untuk menguap yang berarti keluar dari larutan dapat diduga gaya - gaya intermolekul apa yang bekerja di dalam larutan. Mempelajari kecenderungan untuk menguap atau tekanan uap parsial sebagai fungsi dari suhu dan konsentrasi (Bird, 1993:179).

Pada gambar 2.2 terlihat pada kurva bagian atas menunjukkan kurva untuk titik embun (dew point), sedangkan kurva dibagian bawah, merupakan kurva titik gelembung (bubble point). Ruang diatas kurva titik embun, larutan berada pada fase uap. Sedangkan ruang dibawah kurva titik gelembung, larutan berada pada fase cair. Diantara kedua kurva tersebut, larutan berada pada fase campuran.

            Gambar 2.2  Larutan Ideal

Syarat dari larutan ideal adalah sebagai berikut :

                  1.            Homogen pada seluruh sistem mulai dari mol fraksi 0 - 1.

                  2.            Tidak ada entalpi pencampuran pada waktu komponen-komponen dicampur membentuk larutan ( ∆H _pencampuran = 0 ).

                  3.            Tidak ada beda volume pencampuran, artinya volume larutan sama dengan jumlah komponen yang dicampurkan ( ∆V _pencampuran = 0 ).

                  4.            Memenuhi Hukum Roult :

P₁ = X₁.P⁰                                                                                         (2-2)

Dimana :

P₁ = tekanan uap larutan

X₁ = mol fraksi larutan

P^o = tekanan uap solven murni

            Pada kenyataannya tidak ada larutan yang benar-benar ideal dan campuran yang sebenar - benarnya mendekati ideal.

            Larutan non ideal dibagi dua golongan, yaitu :

      1.            Larutan non ideal deviasi positif yang mempunyai volume ekspansi, dimana akan menghasilkan titik didih maksimum pada sistem campuran itu.

Contoh : sistem aseton - karbon disulfide dan sistem HCl–air.

      2.            Larutan non ideal deviasi negatif yang mempunyai volume kontraksi, dimana akan menghasilkan titik didih minimum pada sistem campuran itu.

Contoh : sistem benzene-etanol dan aseton–kloroform.

(Tim Penyusun, 2011:5).

2.4       Azeotrop

            Azeotrop (constant boiling mixtures) adalah campuran dengan komposisi yang konstan pada tekanan tertentu. Jika tekanan total diubah, baik titik didih maupun komposisi azeotrop juga akan berubah. Azeotrop bukan merupakan suatu senyawa pasti yang komposisinya konstan pada seluruh range temperatur dan tekanan, tetapi merupakan suatu campuran yang dihasilkan dari interaksi gaya intermolekuler dalam larutan. Kondisi ini terjadi karena ketika azeotrop di didihkan, uap yang dihasilkan juga memiliki perbandingan konsentrasi  yang sama dengan larutannya semula akibat ikatan antar molekul pada kedua larutannya. (Maron, 1974)

2.5       Sifat Kimia dari Etanol

            Sifat kimia dari etanol diantaranya :

1.      Merupakan pelarut yang baik untuk senyawa organik.

2.      Mudah menguap dan mudah terbakar.

3.      Bila direaksikan dengan asam halida akan membentuk alkil halida dan air.

CH₃CH₂OH + HC=CH CH₃CH₂OCH=CH₂

4.      Bila direaksikan dengan asam karboksilat akan membentuk ester dan air.

CH₃CH₂OH + CH₃COOH CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O

5.      Dehidrogenasi etanol menghasilkan asetaldehid

6.      Mudah terbakar diudara sehingga menghasilkan lidah api (flame) yang berwarna biru muda dan transparan, dan membentuk H₂O dan CO₂.

Sumber : http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18288/3/Chapter%20II.pdf

2.6       Sifat Kimia dari Air

            Sifat kimia dari air diantaranya :

                        1.            Molekul air berbentuk seperti huruf V disebabkan karena:

·                  Struktur geometrinya yang tetrahedral (109,5⁰).

·                  Keberadaan pasangan elektron bebas pada atom oksigen.

                        2.            Bersifat polar karena adanya perbedaan muatan.

                        3.            Sebagai pelarut yang baik karena kepolarannya.

                        4.            Bersifat netral (pH=7) dalam keadaan murni.

Sumber :

http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._KIMIA/196802161994022-SOJA_SITI_FATIMAH/Kuliah_Kimia_terapan_pada_jurusan_agro_industri.pdf