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