KESETIMBANGAN FASA DAN DUA KOMPONEN
KESEIMBANGAN FASA DUA KOMPONEN
oleh:
Nama : RianBahar Rahmadi
NIM
: 11670023
Prodi : Pendidikan kimia
Klp/Sift
: IV/1
asil kerja sendiri, tidak menjiplak hasil kerja orang lain dan atau tidak memanipulasi data. Jika terbukti ada hal-hal sebagai hasil menjipla
Asisten Praktikum,
Total Nilai:
.................................................
KESETIMBANGAN FASA DUA KOMPONEN
A. Tujuan percobaan
1. Menggambarkan fasa dua komponen cair-cair.
2. Menentukan titik kelarutan kritis pada kesetimbangan fasa dua komponen fasa
cair-cair.
3. Menentukan fasa komponen dan derajat kebebasan suatu sistem kesetimbangan
fasa dua komponen fasa cair – cair.
B. Dasar teori
1. Larutan dan kelarutan
Reaksi kimia kebanyakan berlangsung dalam lingkungan berair, oleh
karenanya penting untuk memahami sifat-sifat larutan. Larutan adalah campuran
homogen dari dua atau lebih zat, di mana zat yang lebih banyak disebut pelarut
dan yang lebih sedikit disebut zat terlarut. Dalam cairan dan padatan, molekulmolekul saling terikat akibat adanya tarik-menarik antar molekul. Bila suatu zat
(zat terlarut) larut dalam zat lainnya (pelarut), partikel zat terlarut akan menyebar
ke seluruh pelarut. Partikel ini menempati posisi yang biasanya ditempati oleh
molekul pelarut. Pelarutan ini berlangsung dalam tiga tahap berbeda. Tahap 1
ialah pemisahan molekul pelarut, dan tahap 2 adalah pemisahan molekul zat
terlarut. Kedua tahap ini memerlukan input energi untuk memutuskan tarikmenarik antar molekul, dengan demikian tahap ini adalah tahap endotermik. Pada
tahap 3 molekul pelarut dan molekul zat terlarut bercampur. Tahap ini dapat
bersifat eksotermik atau endotermik (Chang, 2003).
Ukuran jumlah atau bilangan yang menyatakan rasio jumlah mol
komponen terhadap jumlah mol semua komponen yang ada disebut dengan fraksi
mol. Misalnya suatu larutan mengandung zat A dan zat B, maka fraksi mol untuk
masing-masing zat yaitu:
XA
mol A
= mol A +mol B
XB
mol B
= mol A +mol B
Jumlah fraksi mol kedua zat adalah satu. Fraksi mol tidak memiliki dimensi
(satuan), hal ini sesuai dengan persamaan diatas di mana satuannya saling
meniadakan (Chang, 2003).
2. Fasa
Materi terdiri dari tiga wujud, yaitu cair, padat, dan gas. Setiap wujud ini
disebut fasa, yang merupakan bagian homogen suatu sistem yang bersentuhan
dengan bagian sistem yang lain dengan batas yang jelas. Perubahan fasa yaitu
peralihan dari satu fasa ke fasa lain, terjadi apabila energi ditambahkan atau
dilepaskan. Perubahan fasa merupakan perubahan fisis yang ditandai dengan
perubahan dalam keteraturan molekul. Molekul-molekul dalam wujud padat
memiliki keteraturan tertinggi, dan molekul-molekul dalam fasa gas memiliki
keacakan tertinggi (Chang, 2003).
Perubahan fasa terjadi pada temperature dan tekanan tertentu. Es adalah
fasa stabil dari air pada temperatur di bawah 0 oC dan tekanan 1 bar, tetapi pada
temperatur di atas 0oC dan tekanan 1 bar, air cair lebih stabil. Hal ini menunjukan
bahwa potensial kimia es lebih rendah dari pada potensial kimia cairan pada
temperatur di bawah 0oC (Atkins, 1996).
Komponen adalah spesies yang ada dalam sistem, seperti zat terlarut dan
pelarut dalam larutan biner. Banyaknya fasa dalam sistem diberi notasi P. Gas,
atau campuran gas adalah fasa tunggal, kristal adalah fasa tunggal dan dua cairan
yang dapat campur secara total membentuk fasa tunggal. Es adalah fasa tunggal
(P = 1), walaupun es itu dapat dipotong-potong menjadi bagian-bagian kecil.
Campuran es dan air adalah sistem dua fasa (P = 2) walaupun sulit untuk
menentukan batas antara fasa-fasanya. Sistem biner terdiri atas pasangan cairan
campur sebagian yaitu cairan yang tidak bercampur dalam semua proporsi pada
semua temperatur. Sistem biner fenol – akuades merupakan sistem yang
memperlihatkan sifat kelarutan timbal balik antara fenol dan akuades pada
temperatur tertentu dan tekanan tetap. Kelarutan adalah jumlah maksimum zat
yang dapat larut dalam sejumlah tertentu pelarut. Pelarut umumnya merupakan
suatu cairan yang dapat berupa zat murni ataupun campuran. Sistem disebut biner
karena terdiri atas dua komponen yaitu fenol dan akuades. Sistem biner fenol –
akuades tergolong fasa padat – cair, fenol berupa padatan dan akuades berupa
cairan. Kelarutan sistem ini akan berubah apabila dalam campuran itu ditambahan
salah satu komponen penyusunnya yaitu fenol atau akuades. Temperatur
mempengaruhi komposisi kedua fasa pada kesetimbangan. Kemampuan
bercampurnya fenol – akuades akan bertambah apabila temperatur dinaikkan
(Atkins, 1996).
Diagram fasa adalah diagram yang menggambarkan daerah-daerah
tekanan dan temperatur di mana berbagai fasa bersifat stabil.
Gambar 1 Diagram fasa untuk air
Batas-batas fasa menunjukan nilai-nilai tekanan dan temperatur di mana dua fasa
berada dalam kesetimbangan. Titik kritis yaitu titik pertemuan antara temperatur
kritis (Tc) dan tekanan kritis (Pc). Tc yaitu temperatur di mana batas antara dua
fasa menghilang dan Pc yaitu tekanan di mana Tc terjadi. Sistem biner di atas Tc
menjadi fasa tunggal dan tidak ada lagi bidang pemisah (Atkins, 1996).
Beberapa sistem mempunyai temperatur kritis atas (Tuc) dan temperatur
kritis bawah (Tlc). Tuc adalah batas atas temperatur di mana terjadi pemisahan fasa.
Di atas temperatur batas atas, kedua komponen benar-benar bercampur.
Temperatur ini ada karena gerakan termal yang besar dan menghasilkan
kemampuan campur yang lebih besar pada kedua komponen. Tlc adalah batas
bawah temperatur di mana terjadi pemisahan fasa. Di bawah temperatur batas
bawah kedua komponen bercampur dalam segala perbandingan dan di atas
temperatur itu kedua komponen membentuk dua fasa. Salah satu contohnya
adalah air dan trietilamina. Dalam hal ini, pada temperatur rendah kedua
komponen lebih dapat bercampur karena komponen-komponen itu membentuk
kompleks yang lemah, pada temperatur lebih tinggi kompleks itu terurai dan
kedua komponen kurang dapat bercampur (Atkins, 1996).
3. Derajat kebebasan
Derajat kebebasan adalah jumlah variabel intensif yang dapat dipilih agar
keberadaan variabel intensif dapat ditetapkan. Variabel intensif dapat berupa
temperatur, tekanan, dan konsentrasi. Derajat kebebasaan dirumuskan
F= C + 2− P
Untuk kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebas (F)
sama dengan jumlah komponen (C) ditambah 2 dikurangi jumlah fasa (P) (Atkins,
1996).
4. Ikatan hidrogen
Hidrogen (H) apabila berikatan dengan atom lain (X), terutama F, O, N,
atau Cl sedemikian hingga ikatan X–H benar-benar polar. H mengandung muatan
parsial positif, sehingga dapat berinteraksi dengan atom lain yang kaya elektron
(Y), membentuk ikatan hidrogen, ditulis sebagai
X−̵ ̵ ̵ H ̵ ̵ ̵ Y
Jarak H–Y ikatan hidrogen umumnya jauh lebih panjang dari ikatan kovalen H–Y
yang normal. Ikatan hidrogen menjadi kuat apabila jarak X terhadap Y pendek,
dan jarak X–H serta H–Y hampir sama besarnya (Cotton, 1989).
Energi rata-rata satu ikatan hidrogen cukup besar untuk satu interaksi
dipol-dipol yaitu hingga 40 kJ/mol. Jadi, ikatan hidrogen merupakan suatu gaya
yang kuat dalam menentukan stuktur dan sifat-sifat banyak senyawa. Bukti awal
adanya ikatan hidrogen berasal dari kajian mengenai titik didih senyawa. Pada
umumnya, titik didih sederet senyawa dalam golongan yang sama meningkat
dengan meningkatnya massa molar. Tetapi senyawa hidrogen unsur-unsur
golongan 5A, 6A, dan 7A (NH3, H2O, HF) tidak mengikuti kecenderungan
tersebut. Dalam setiap deret ini, senyawa yang paling ringan (NH 3, H2O, HF)
memiliki titik didih tertinggi, bertentangan dengan dugaan berdasarkan massa
molar. Alasannya adalah adanya ikatan hidrogen yang meluas antara molekulmolekul dalam senyawa tersebut (Chang, 2003).
Gambar 2Titik didih senyawa hidrogen untuk unsur golongan 5A, 6A, dan 7A
Kekuatan ikatan hidrogen ditentukan oleh interaksi antara pasangan elektron
bebas pada atom elektronegatif dan inti hidrogen (Chang, 2003).
C. Alat dan bahan
Alat-alat yang digunakan dalam percobaan adalah gelas piala 500 mL,
termometer 150oC, gelas arloji besar, spatula, statif, klem, pipet ukur 5 mL, bola
hisap, tabung reaksi besar, gelas piala 100 mL dan botol akuades. Bahan-bahan yang
digunakan dalam percobaan adalah fenol, akuades dan NaCl.
D. Cara kerja
Fenol ditimbang sebanyak 2 gram, kemudian fenol dimasukkan ke dalam
tabung reaksi besar. 1 mL akuades ditambahkan ke dalam tabung berisi fenol dan
diaduk hingga larut. Tabung reaksi besar dimasukkan ke dalam penangas air,
kemudian dipanaskan dan temperatur dicatat ketika campuran larut. Larutan diambil
dan ditambahkan 2 mL akuades, kemudian larutan dimasukkan kembali dalam
penangas air dan dicacat temperatur ketika campuran larut. Langkah kerja yang
terakhir diulang hingga volum total akuades 15 mL. Cara kerja tersebut diulang
dengan penambahan 2 gram NaCl pada fenol.
E. Data pengamatan
1. Tabel Data Pengamatan
Tabel 1.1 Penentuan Titik Kritis Kesetimbangan Fasa Dua Komponen Cair-Cair
Tanpa Penambahan NaCl
Fenol
massa
(g)
Mol
Akuades
volume
massa
(mL)
(g)
Mol
Fraksi Mol
Temperatur
Mol
Total
Fenol
(oC)
2
0.021231
17
16.949
0.936409
0.95764
0.022170562
43
2
0.021231
15
14.955
0.826243
0.847475
0.025052579
49
2
0.021231
13
12.961
0.716077
0.737309
0.028795836
54
2
0.021231
11
10.967
0.605912
0.627143
0.033854195
59
2
0.021231
9
8.973
0.495746
0.516977
0.041068386
62
2
0.021231
7
6.979
0.38558
0.406812
0.052189824
62
2
0.021231
5
4.985
0.275414
0.296646
0.07157163
73
2
0.021231
3
2.991
0.165249
0.18648
0.113853592
69
2
0.021231
1
0.997
0.055083
0.076314
0.278210293
42
Tabel 1.2 Penentuan Titik Kritis Kesetimbangan Fasa Dua Komponen Cair-Cair
dengan Penambahan NaCl
Fenol
massa
Akuades
Mol
(g)
volume
massa
(mL)
(g)
NaCl
Mol
massa
(g)
Mol Total
Mol
Fraksi Mol
Temperatur
Fenol
(oC)
2.02
0.021444
17
16.949
0.936409
0.052
0.000889
0.958741
0.0223665
47
2.02
0.021444
15
14.955
0.826243
0.052
0.000889
0.848576
0.0252703
59
2.02
0.021444
13
12.961
0.716077
0.052
0.000889
0.73841
0.0290404
65
2.02
0.021444
11
10.967
0.605912
0.052
0.000889
0.628244
0.0341328
70
2.02
0.021444
9
8.973
0.495746
0.052
0.000889
0.518078
0.0413909
78
2.02
0.021444
7
6.979
0.38558
0.052
0.000889
0.407913
0.0525694
84
2.02
0.021444
5
4.985
0.275414
0.052
0.000889
0.297747
0.0720200
91
2.02
0.021444
3
2.991
0.165249
0.052
0.000889
0.187581
0.1143171
104
2.02
0.021444
1
0.997
0.055083
0.052
0.000889
0.077415
0.2769954
105
2. Grafik Pengamatan
Grafik 2.1 Penentuan Titik Kritis Kesetimbangan Fasa Dua Komponen Cair-Cair
Tanpa Penambahan NaCl
Temp Larut ('C)
Kurva Kelarutan Fenol + Air
80
60
40
20
0
0.02
0.03
0.03
0.03
0.04
0.05
Fraksi Mol Fenol (x)
0.07
0.11
0.28
Grafik 2.2 Penentuan Titik Kritis Kesetimbangan Fasa Dua Komponen Cair-Cair
dengan Penambahan NaCl
Temp. Larut ('C)
Kurva Kelarutan Fenol + Air + NaCl
120
100
80
60
40
20
0
0.02 0.03 0.03 0.03 0.04 0.05 0.07 0.11 0.28
Fraksi Mol Fenol (x)
Grafik 2.3 Perbandingan Kurva Kelarutan Fenol dengan akuades dan Kurva
Kelarutan Fenol dengan akuades dan NaCl
Perbandingan Kurva
Temp. Larut ('C)
120
100
80
60
40
20
0
0.02
0.03
0.03
0.03
0.04
0.05
Fraksi Mol Fenol (x)
0.07
0.11
0.28
F. Pembahasan
Percobaan kesetimbangan fasa dua komponen merupakan percobaan yang
dilakukan dengan mencampurkan antara dua cairan yang mempunyai perbedaaan
kelarutan, di mana perbedaan kelarutan mempengaruhi pembentukan larutan. Prinsip
kerja percobaan ini yaitu pengukuran titik kritis dengan menggambarkan diagram fasa
sebagai fungsi fraksi mol dan temperatur. Prosedur percobaan ini meliputi dua tahap,
yaitu penentuan titik kritis kelarutan pada kesetimbanagn fasa fenol dan akuades
tanpa penambahan NaCl dan dengan penambahan NaCl.
Fenol dan akuades membentuk warna putih ketika dicampurkan, hal ini
menunjukan bahwa keduanya tidak saling melarutkan. Fenol dan akuades pada
temperatur kamar tidak dapat larut karena adanya ikatan hidrogen yang kuat pada
keduanya. Proses pelarutan fenol dengan akuades dilakukan dengan pemanasan dan
pengocokan. Pemanasan dan pengokocan mengakibatkan molekul-molekul dalam
campuran bergerak lebih cepat sehingga ikatan – ikatan yang ada menjadi renggang
dan mudah putus. Perubahan warna putih menjadi tidak berwarna menandakan fenol
dan akuades larut. Penambahan akuades secara bertahap meningkatkan temperatur
larut sampai titik kritis. Hal ini dikarenakan semakin banyak ikatan yang harus
diputus. Penambahan lebih lanjut akuades menurunkan temperatur larut. Hal ini
dikarenakan jumlah akuades sebagai pelarut cukup membantu proses pelarutan fenol.
Grafik 2.1 menunjukan temperatur kritis pelarutan fenol dan akuades. Temperatur
kritis yaitu puncak dari kurva. Temperatur kritis fenol dan akuades yaitu 73 oC.
Penambahan NaCl bertujuan untuk mempelajari pengaruh penambahan zat
pada proses pelarutan. Grafik 2.3 menunjukan temperatur pelarutan dengan
penambahan NaCl lebih tinggi dibandingkan tanpa penambahan NaCl. NaCl yang
ditambahkan terurai menjadi ion Na+ dan Cl-. Ion-ion tersebut meningkatkan kekuatan
ikatan hidrogen antar fenol dan kekuatan ikatan hidrogen antar akuades. Ion Na +
mengadakan induksi elektromagnetik dengan atom bermuatan parsial negatif (O),
sedangkan ion Cl- mengadakan induksi elektromagnetik dengan atom bermuatan
parsial positif (H) sehingga molekul-molekul fenol dan akuades berikatan lebih kuat.
Ikatan yang lebih kuat membutuhkan temperatur yang lebih tinggi untuk melarutkan
zat. Grafik 2.2 menunjukan bahwa titik kritis pelarutan fenol dengan penambahan
NaCl belum di dapat. Temperatur tertinggi yaitu 105 0C menunjukan bahwa
temperatur kritis di atas 105 0C. Pemanasan di atas temperatur tersebut membutuhkan
intrumen yang lebih canggih, sehingga tidak dilanjutkan.
Komponen atau variabel intensif dalam pelarutan fenol dan akuades ada 2,
yaitu fraksi mol dan temperatur, sedangkan jumlah fasanya ada 2. Derajat
kebebasannya, F = C + 2 – P
= 2 +2 – 2
=2
Komponen untuk pelarutan fenol dan akuades dengan penambahan NaCl ada 3, yaitu
fraksi mol, temperatur, dan NaCl, sedangkan jumlah fasanya ada 2. Derajat
kebebasannya, F = C + 2 – P
=3+2–2
=3
G. Kesimpulan
1. Fasa dua komponen cair – cair dapat digambarkan dalam grafik perbandingan
antara fungsi temperatur (T) dengan fraksi mol (x).
2. Titik kelarutan kritis fenol dan akuades tanpa penambahan NaCl adalah 730C,
sedangkan titik kelarutan kritis fenol dan akuades dengan penambahan NaCl
belum tercapai, dibutuhkan pemanasan di atas temperatur 105 0C.
3. Fasa komponen ada dua yaitu akuades dan fenol. Derajat kebebasan untuk
pelarutan fenol dan akuades adalah 2, sedangkan untuk pelarutan fenol dan
akuades dengan penambahan NaCl adalah 3.
H. Daftar pustaka
Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Edisi Keempat Jilid 1. Jakarta: Erlangga
Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Cotton, F. A. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: UI-Press.
Yogyakarta, 14 Maret 2013
Asisten,
Sudarlin Laoddang, M.Sc.
Praktikan,
Rian Bahar Rahmadi
oleh:
Nama : RianBahar Rahmadi
NIM
: 11670023
Prodi : Pendidikan kimia
Klp/Sift
: IV/1
asil kerja sendiri, tidak menjiplak hasil kerja orang lain dan atau tidak memanipulasi data. Jika terbukti ada hal-hal sebagai hasil menjipla
Asisten Praktikum,
Total Nilai:
.................................................
KESETIMBANGAN FASA DUA KOMPONEN
A. Tujuan percobaan
1. Menggambarkan fasa dua komponen cair-cair.
2. Menentukan titik kelarutan kritis pada kesetimbangan fasa dua komponen fasa
cair-cair.
3. Menentukan fasa komponen dan derajat kebebasan suatu sistem kesetimbangan
fasa dua komponen fasa cair – cair.
B. Dasar teori
1. Larutan dan kelarutan
Reaksi kimia kebanyakan berlangsung dalam lingkungan berair, oleh
karenanya penting untuk memahami sifat-sifat larutan. Larutan adalah campuran
homogen dari dua atau lebih zat, di mana zat yang lebih banyak disebut pelarut
dan yang lebih sedikit disebut zat terlarut. Dalam cairan dan padatan, molekulmolekul saling terikat akibat adanya tarik-menarik antar molekul. Bila suatu zat
(zat terlarut) larut dalam zat lainnya (pelarut), partikel zat terlarut akan menyebar
ke seluruh pelarut. Partikel ini menempati posisi yang biasanya ditempati oleh
molekul pelarut. Pelarutan ini berlangsung dalam tiga tahap berbeda. Tahap 1
ialah pemisahan molekul pelarut, dan tahap 2 adalah pemisahan molekul zat
terlarut. Kedua tahap ini memerlukan input energi untuk memutuskan tarikmenarik antar molekul, dengan demikian tahap ini adalah tahap endotermik. Pada
tahap 3 molekul pelarut dan molekul zat terlarut bercampur. Tahap ini dapat
bersifat eksotermik atau endotermik (Chang, 2003).
Ukuran jumlah atau bilangan yang menyatakan rasio jumlah mol
komponen terhadap jumlah mol semua komponen yang ada disebut dengan fraksi
mol. Misalnya suatu larutan mengandung zat A dan zat B, maka fraksi mol untuk
masing-masing zat yaitu:
XA
mol A
= mol A +mol B
XB
mol B
= mol A +mol B
Jumlah fraksi mol kedua zat adalah satu. Fraksi mol tidak memiliki dimensi
(satuan), hal ini sesuai dengan persamaan diatas di mana satuannya saling
meniadakan (Chang, 2003).
2. Fasa
Materi terdiri dari tiga wujud, yaitu cair, padat, dan gas. Setiap wujud ini
disebut fasa, yang merupakan bagian homogen suatu sistem yang bersentuhan
dengan bagian sistem yang lain dengan batas yang jelas. Perubahan fasa yaitu
peralihan dari satu fasa ke fasa lain, terjadi apabila energi ditambahkan atau
dilepaskan. Perubahan fasa merupakan perubahan fisis yang ditandai dengan
perubahan dalam keteraturan molekul. Molekul-molekul dalam wujud padat
memiliki keteraturan tertinggi, dan molekul-molekul dalam fasa gas memiliki
keacakan tertinggi (Chang, 2003).
Perubahan fasa terjadi pada temperature dan tekanan tertentu. Es adalah
fasa stabil dari air pada temperatur di bawah 0 oC dan tekanan 1 bar, tetapi pada
temperatur di atas 0oC dan tekanan 1 bar, air cair lebih stabil. Hal ini menunjukan
bahwa potensial kimia es lebih rendah dari pada potensial kimia cairan pada
temperatur di bawah 0oC (Atkins, 1996).
Komponen adalah spesies yang ada dalam sistem, seperti zat terlarut dan
pelarut dalam larutan biner. Banyaknya fasa dalam sistem diberi notasi P. Gas,
atau campuran gas adalah fasa tunggal, kristal adalah fasa tunggal dan dua cairan
yang dapat campur secara total membentuk fasa tunggal. Es adalah fasa tunggal
(P = 1), walaupun es itu dapat dipotong-potong menjadi bagian-bagian kecil.
Campuran es dan air adalah sistem dua fasa (P = 2) walaupun sulit untuk
menentukan batas antara fasa-fasanya. Sistem biner terdiri atas pasangan cairan
campur sebagian yaitu cairan yang tidak bercampur dalam semua proporsi pada
semua temperatur. Sistem biner fenol – akuades merupakan sistem yang
memperlihatkan sifat kelarutan timbal balik antara fenol dan akuades pada
temperatur tertentu dan tekanan tetap. Kelarutan adalah jumlah maksimum zat
yang dapat larut dalam sejumlah tertentu pelarut. Pelarut umumnya merupakan
suatu cairan yang dapat berupa zat murni ataupun campuran. Sistem disebut biner
karena terdiri atas dua komponen yaitu fenol dan akuades. Sistem biner fenol –
akuades tergolong fasa padat – cair, fenol berupa padatan dan akuades berupa
cairan. Kelarutan sistem ini akan berubah apabila dalam campuran itu ditambahan
salah satu komponen penyusunnya yaitu fenol atau akuades. Temperatur
mempengaruhi komposisi kedua fasa pada kesetimbangan. Kemampuan
bercampurnya fenol – akuades akan bertambah apabila temperatur dinaikkan
(Atkins, 1996).
Diagram fasa adalah diagram yang menggambarkan daerah-daerah
tekanan dan temperatur di mana berbagai fasa bersifat stabil.
Gambar 1 Diagram fasa untuk air
Batas-batas fasa menunjukan nilai-nilai tekanan dan temperatur di mana dua fasa
berada dalam kesetimbangan. Titik kritis yaitu titik pertemuan antara temperatur
kritis (Tc) dan tekanan kritis (Pc). Tc yaitu temperatur di mana batas antara dua
fasa menghilang dan Pc yaitu tekanan di mana Tc terjadi. Sistem biner di atas Tc
menjadi fasa tunggal dan tidak ada lagi bidang pemisah (Atkins, 1996).
Beberapa sistem mempunyai temperatur kritis atas (Tuc) dan temperatur
kritis bawah (Tlc). Tuc adalah batas atas temperatur di mana terjadi pemisahan fasa.
Di atas temperatur batas atas, kedua komponen benar-benar bercampur.
Temperatur ini ada karena gerakan termal yang besar dan menghasilkan
kemampuan campur yang lebih besar pada kedua komponen. Tlc adalah batas
bawah temperatur di mana terjadi pemisahan fasa. Di bawah temperatur batas
bawah kedua komponen bercampur dalam segala perbandingan dan di atas
temperatur itu kedua komponen membentuk dua fasa. Salah satu contohnya
adalah air dan trietilamina. Dalam hal ini, pada temperatur rendah kedua
komponen lebih dapat bercampur karena komponen-komponen itu membentuk
kompleks yang lemah, pada temperatur lebih tinggi kompleks itu terurai dan
kedua komponen kurang dapat bercampur (Atkins, 1996).
3. Derajat kebebasan
Derajat kebebasan adalah jumlah variabel intensif yang dapat dipilih agar
keberadaan variabel intensif dapat ditetapkan. Variabel intensif dapat berupa
temperatur, tekanan, dan konsentrasi. Derajat kebebasaan dirumuskan
F= C + 2− P
Untuk kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebas (F)
sama dengan jumlah komponen (C) ditambah 2 dikurangi jumlah fasa (P) (Atkins,
1996).
4. Ikatan hidrogen
Hidrogen (H) apabila berikatan dengan atom lain (X), terutama F, O, N,
atau Cl sedemikian hingga ikatan X–H benar-benar polar. H mengandung muatan
parsial positif, sehingga dapat berinteraksi dengan atom lain yang kaya elektron
(Y), membentuk ikatan hidrogen, ditulis sebagai
X−̵ ̵ ̵ H ̵ ̵ ̵ Y
Jarak H–Y ikatan hidrogen umumnya jauh lebih panjang dari ikatan kovalen H–Y
yang normal. Ikatan hidrogen menjadi kuat apabila jarak X terhadap Y pendek,
dan jarak X–H serta H–Y hampir sama besarnya (Cotton, 1989).
Energi rata-rata satu ikatan hidrogen cukup besar untuk satu interaksi
dipol-dipol yaitu hingga 40 kJ/mol. Jadi, ikatan hidrogen merupakan suatu gaya
yang kuat dalam menentukan stuktur dan sifat-sifat banyak senyawa. Bukti awal
adanya ikatan hidrogen berasal dari kajian mengenai titik didih senyawa. Pada
umumnya, titik didih sederet senyawa dalam golongan yang sama meningkat
dengan meningkatnya massa molar. Tetapi senyawa hidrogen unsur-unsur
golongan 5A, 6A, dan 7A (NH3, H2O, HF) tidak mengikuti kecenderungan
tersebut. Dalam setiap deret ini, senyawa yang paling ringan (NH 3, H2O, HF)
memiliki titik didih tertinggi, bertentangan dengan dugaan berdasarkan massa
molar. Alasannya adalah adanya ikatan hidrogen yang meluas antara molekulmolekul dalam senyawa tersebut (Chang, 2003).
Gambar 2Titik didih senyawa hidrogen untuk unsur golongan 5A, 6A, dan 7A
Kekuatan ikatan hidrogen ditentukan oleh interaksi antara pasangan elektron
bebas pada atom elektronegatif dan inti hidrogen (Chang, 2003).
C. Alat dan bahan
Alat-alat yang digunakan dalam percobaan adalah gelas piala 500 mL,
termometer 150oC, gelas arloji besar, spatula, statif, klem, pipet ukur 5 mL, bola
hisap, tabung reaksi besar, gelas piala 100 mL dan botol akuades. Bahan-bahan yang
digunakan dalam percobaan adalah fenol, akuades dan NaCl.
D. Cara kerja
Fenol ditimbang sebanyak 2 gram, kemudian fenol dimasukkan ke dalam
tabung reaksi besar. 1 mL akuades ditambahkan ke dalam tabung berisi fenol dan
diaduk hingga larut. Tabung reaksi besar dimasukkan ke dalam penangas air,
kemudian dipanaskan dan temperatur dicatat ketika campuran larut. Larutan diambil
dan ditambahkan 2 mL akuades, kemudian larutan dimasukkan kembali dalam
penangas air dan dicacat temperatur ketika campuran larut. Langkah kerja yang
terakhir diulang hingga volum total akuades 15 mL. Cara kerja tersebut diulang
dengan penambahan 2 gram NaCl pada fenol.
E. Data pengamatan
1. Tabel Data Pengamatan
Tabel 1.1 Penentuan Titik Kritis Kesetimbangan Fasa Dua Komponen Cair-Cair
Tanpa Penambahan NaCl
Fenol
massa
(g)
Mol
Akuades
volume
massa
(mL)
(g)
Mol
Fraksi Mol
Temperatur
Mol
Total
Fenol
(oC)
2
0.021231
17
16.949
0.936409
0.95764
0.022170562
43
2
0.021231
15
14.955
0.826243
0.847475
0.025052579
49
2
0.021231
13
12.961
0.716077
0.737309
0.028795836
54
2
0.021231
11
10.967
0.605912
0.627143
0.033854195
59
2
0.021231
9
8.973
0.495746
0.516977
0.041068386
62
2
0.021231
7
6.979
0.38558
0.406812
0.052189824
62
2
0.021231
5
4.985
0.275414
0.296646
0.07157163
73
2
0.021231
3
2.991
0.165249
0.18648
0.113853592
69
2
0.021231
1
0.997
0.055083
0.076314
0.278210293
42
Tabel 1.2 Penentuan Titik Kritis Kesetimbangan Fasa Dua Komponen Cair-Cair
dengan Penambahan NaCl
Fenol
massa
Akuades
Mol
(g)
volume
massa
(mL)
(g)
NaCl
Mol
massa
(g)
Mol Total
Mol
Fraksi Mol
Temperatur
Fenol
(oC)
2.02
0.021444
17
16.949
0.936409
0.052
0.000889
0.958741
0.0223665
47
2.02
0.021444
15
14.955
0.826243
0.052
0.000889
0.848576
0.0252703
59
2.02
0.021444
13
12.961
0.716077
0.052
0.000889
0.73841
0.0290404
65
2.02
0.021444
11
10.967
0.605912
0.052
0.000889
0.628244
0.0341328
70
2.02
0.021444
9
8.973
0.495746
0.052
0.000889
0.518078
0.0413909
78
2.02
0.021444
7
6.979
0.38558
0.052
0.000889
0.407913
0.0525694
84
2.02
0.021444
5
4.985
0.275414
0.052
0.000889
0.297747
0.0720200
91
2.02
0.021444
3
2.991
0.165249
0.052
0.000889
0.187581
0.1143171
104
2.02
0.021444
1
0.997
0.055083
0.052
0.000889
0.077415
0.2769954
105
2. Grafik Pengamatan
Grafik 2.1 Penentuan Titik Kritis Kesetimbangan Fasa Dua Komponen Cair-Cair
Tanpa Penambahan NaCl
Temp Larut ('C)
Kurva Kelarutan Fenol + Air
80
60
40
20
0
0.02
0.03
0.03
0.03
0.04
0.05
Fraksi Mol Fenol (x)
0.07
0.11
0.28
Grafik 2.2 Penentuan Titik Kritis Kesetimbangan Fasa Dua Komponen Cair-Cair
dengan Penambahan NaCl
Temp. Larut ('C)
Kurva Kelarutan Fenol + Air + NaCl
120
100
80
60
40
20
0
0.02 0.03 0.03 0.03 0.04 0.05 0.07 0.11 0.28
Fraksi Mol Fenol (x)
Grafik 2.3 Perbandingan Kurva Kelarutan Fenol dengan akuades dan Kurva
Kelarutan Fenol dengan akuades dan NaCl
Perbandingan Kurva
Temp. Larut ('C)
120
100
80
60
40
20
0
0.02
0.03
0.03
0.03
0.04
0.05
Fraksi Mol Fenol (x)
0.07
0.11
0.28
F. Pembahasan
Percobaan kesetimbangan fasa dua komponen merupakan percobaan yang
dilakukan dengan mencampurkan antara dua cairan yang mempunyai perbedaaan
kelarutan, di mana perbedaan kelarutan mempengaruhi pembentukan larutan. Prinsip
kerja percobaan ini yaitu pengukuran titik kritis dengan menggambarkan diagram fasa
sebagai fungsi fraksi mol dan temperatur. Prosedur percobaan ini meliputi dua tahap,
yaitu penentuan titik kritis kelarutan pada kesetimbanagn fasa fenol dan akuades
tanpa penambahan NaCl dan dengan penambahan NaCl.
Fenol dan akuades membentuk warna putih ketika dicampurkan, hal ini
menunjukan bahwa keduanya tidak saling melarutkan. Fenol dan akuades pada
temperatur kamar tidak dapat larut karena adanya ikatan hidrogen yang kuat pada
keduanya. Proses pelarutan fenol dengan akuades dilakukan dengan pemanasan dan
pengocokan. Pemanasan dan pengokocan mengakibatkan molekul-molekul dalam
campuran bergerak lebih cepat sehingga ikatan – ikatan yang ada menjadi renggang
dan mudah putus. Perubahan warna putih menjadi tidak berwarna menandakan fenol
dan akuades larut. Penambahan akuades secara bertahap meningkatkan temperatur
larut sampai titik kritis. Hal ini dikarenakan semakin banyak ikatan yang harus
diputus. Penambahan lebih lanjut akuades menurunkan temperatur larut. Hal ini
dikarenakan jumlah akuades sebagai pelarut cukup membantu proses pelarutan fenol.
Grafik 2.1 menunjukan temperatur kritis pelarutan fenol dan akuades. Temperatur
kritis yaitu puncak dari kurva. Temperatur kritis fenol dan akuades yaitu 73 oC.
Penambahan NaCl bertujuan untuk mempelajari pengaruh penambahan zat
pada proses pelarutan. Grafik 2.3 menunjukan temperatur pelarutan dengan
penambahan NaCl lebih tinggi dibandingkan tanpa penambahan NaCl. NaCl yang
ditambahkan terurai menjadi ion Na+ dan Cl-. Ion-ion tersebut meningkatkan kekuatan
ikatan hidrogen antar fenol dan kekuatan ikatan hidrogen antar akuades. Ion Na +
mengadakan induksi elektromagnetik dengan atom bermuatan parsial negatif (O),
sedangkan ion Cl- mengadakan induksi elektromagnetik dengan atom bermuatan
parsial positif (H) sehingga molekul-molekul fenol dan akuades berikatan lebih kuat.
Ikatan yang lebih kuat membutuhkan temperatur yang lebih tinggi untuk melarutkan
zat. Grafik 2.2 menunjukan bahwa titik kritis pelarutan fenol dengan penambahan
NaCl belum di dapat. Temperatur tertinggi yaitu 105 0C menunjukan bahwa
temperatur kritis di atas 105 0C. Pemanasan di atas temperatur tersebut membutuhkan
intrumen yang lebih canggih, sehingga tidak dilanjutkan.
Komponen atau variabel intensif dalam pelarutan fenol dan akuades ada 2,
yaitu fraksi mol dan temperatur, sedangkan jumlah fasanya ada 2. Derajat
kebebasannya, F = C + 2 – P
= 2 +2 – 2
=2
Komponen untuk pelarutan fenol dan akuades dengan penambahan NaCl ada 3, yaitu
fraksi mol, temperatur, dan NaCl, sedangkan jumlah fasanya ada 2. Derajat
kebebasannya, F = C + 2 – P
=3+2–2
=3
G. Kesimpulan
1. Fasa dua komponen cair – cair dapat digambarkan dalam grafik perbandingan
antara fungsi temperatur (T) dengan fraksi mol (x).
2. Titik kelarutan kritis fenol dan akuades tanpa penambahan NaCl adalah 730C,
sedangkan titik kelarutan kritis fenol dan akuades dengan penambahan NaCl
belum tercapai, dibutuhkan pemanasan di atas temperatur 105 0C.
3. Fasa komponen ada dua yaitu akuades dan fenol. Derajat kebebasan untuk
pelarutan fenol dan akuades adalah 2, sedangkan untuk pelarutan fenol dan
akuades dengan penambahan NaCl adalah 3.
H. Daftar pustaka
Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Edisi Keempat Jilid 1. Jakarta: Erlangga
Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Cotton, F. A. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: UI-Press.
Yogyakarta, 14 Maret 2013
Asisten,
Sudarlin Laoddang, M.Sc.
Praktikan,
Rian Bahar Rahmadi