i

STUDI PENGARUH PENAMBAHAN ZAT ELEKTROLIT

KOH DAN KCL TERHADAP PEMISAHAN CAMPURAN

BINER ETANOL-AIR

Disusun oleh :

AVRINA KUMALASARI

M0311015

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar

Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016

ii

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul ”STUDI

PENGARUH PENAMBAHAN ZAT ELEKTROLIT KOH DAN KCL

TERHADAP PEMISAHAN CAMPURAN BINER ETANOL-AIR” belum pernah

diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan

sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh

orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan

dalam daftar pustaka.

Surakarta, 14 Januari 2016

AVRINA KUMALASARI

iv

STUDI PENGARUH PENAMBAHAN ZAT ELEKTROLIT KOH DAN

KCL TERHADAP PEMISAHAN CAMPURAN BINER ETANOL-AIR

AVRINA KUMALASARI

Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan zat

elektrolit, KOH dan KCl, terhadap titik azeotrop kurva kesetimbangan uap-cair,

kadar destilat etanol, sifat koligatif dan sifat termodinamik yang meliputi

konstanta titik didih, perubahan energi bebas Gibbs pencampuran, perubahan

entropi pencampuran, dan perubahan entalpi penguapan pada campuran biner

etanol-air. Perubahan titik azeotrop dianalisis melalui kurva temperatur versus

komposisi campuran (T-x). Pengukuran temperatur titik didih dan titik embun dari

masing-masing komposisi dilakukan selama proses destilasi dengan menggunakan

kolom vigreux. Komposisi dari etanol-air-zat elektrolit divariasi antara 0-100%

berat etanol dan zat elektrolit sebanyak 1 mol/kg etanol pada tekanan atmosfer.

Kurva T-x hasil destilasi menunjukkan tidak adanya titik azeotrop pada

campuran etanol-air-zat elektrolit. Sementara itu, titik azeotrop terlihat pada

campuran etanol-air tanpa penambahan zat elektrolit. Kadar destilat etanol

meningkat pada campuran dengan penambahan zat elektrolit. Konstanta titik

didih, Kb, pada campuran etanol-air, etanol-air-KOH, dan etanol-air-KCl masing-

masing bernilai -0,175; -0,011; -0,028. Energi bebas Gibbs pencampuran, Gmix,

etanol-air-zat elektrolit bernilai negatif, mengindikasikan bahwa reaksi

pencampuran terjadi secara spontan. Spontanitas ini didukung dengan nilai entropi

pencampuran, Smix, bernilai positif, menunjukkan adanya peningkatan

ketidakteraturan sistem. Entalpi penguapan, Hvap, pada campuran etanol-air

adalah 300,1105 kJ/mol. Entalpi penguapan naik menjadi 738,4329 kJ/mol ketika

campuran ditambah KOH dan 340,2338 kJ/mol ketika ditambah KCl yang

mengindikasikan bahwa air merupakan komponen utama dalam campuran

menjadi lebih sulit untuk menguap dan etanol lebih mudah melepas secara bebas

melalui penguapan tunggal.

Kata kunci: azeotrop, destilasi, etanol-air, kurva kesetimbangan uap-cair, sifat

koligatif, sifat termodinamik, zat elektrolit

v

STUDY OF EFFECT OF KOH AND KCL ELECTROLYTE SUBSTANCE

ADDITION TO SEPARATION OF ETHANOL-WATER BINARY

MIXTURE

AVRINA KUMALASARI

Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences

Sebelas Maret University

ABSTRACT

The objective of this research is to analyze the effect of electrolyte addition

i.e. KOH and KCl toward azetrope point of vapor-liquid equilibrium, the ethanol

yield, colligative and thermodynamic properties are boiling point elevation

constant, Gibbs free energy change of mixing, entropy change of mixing

andenthalpy of evaporation ethanol-water binary mixture. The change of

azeotropic point is analyzed through the plot of curve of the composition of the

mixture versus temperature curve (T-x). Boiling point and dew point temperature

of each compositions were measured during distillation process. The distillation

was conducted in a vigreux column. The composition of ethanol-water-electrolyte

mixture was varied between 0-100 weight % of ethanol and 1 mol/kg ethanol of

electrolyte at atmospheric pressure.

The T-x distillation curves shows that the azeotrope point is not existed in

ethanol-water-electrolyte mixture. Meanwhile, the azeotrope point is existed in

ethanol-water without electrolyte addition. The yield of ethanol increased due to

electrolyte addition. The boiling point elevation constant, Kb, of ethanol-water,

ethanol-water-KOH, ethanol-water-KCl mixture are -0,175; -0,011; -0,02,

respectively. The Gibbs free energy change of mixing, Gmix, of ethanol-water-

electrolyte mixture is negative. It indicate that mixing process occurred

spontaneously. The spontaneity is also supported by the value of the entropy of

mixing, Smix, which is positive. It refers to the increasing of irregularity,

confirming the spontaneity of mixing process. Meanwhile, the enthalpy of

evaporation, Hvap, of ethanol-water mixture 300,1105 kJ/mol. The enthalpy

increase to 738,4329 kJ/mol when KOH was added and the enthalpy value

is340,2338 kJ/mol when KCl was added. It indicate that water as main component

in the mixture became more difficult to vaporize and led ethanol to be freely

released through single evaporation.

Keywords: azeotrope, colligative properties, distillation, electrolyte substance,

ethanol-water, vapor-liquid equilibrium curve, thermodynamic

properties

vi

MOTTO

…Allah akan mengangkat (derajat) orang-orang yang beriman di antaramu dan orang-orang

yang diberi ilmu beberapa derajat. Dan Allah Mahateliti apa yang kamu kerjakan (Al

Mujadilah: 11)

Ketika engkau sudah berada di jalur menuju Allah, maka berlarilah. Jika sulit bagimu, maka

berlari kecil lah. Jika kamu lelah berjalanlah. Jika itupun tak mampu, merangkaklah. Namun,

jangan pernah berbalik arah atau berhenti (Imam Syafi’i).

…Dan Dia mendapatimu sebagai seorang yang bingung, lalu Dia memberikan petunjuk. Dan

Dia mendapatimu sebagai seorang yang kekurangan, lalu Dia memberikan kecukupan (Adh-

Dhuhaa: 7-8)

vii

PERSEMBAHAN

Teriring rasa syukur, karya kecil ini saya persembahkan untuk :

Ibu dan kakek tercinta, Sri Setyowati dan Marjuki yang tak henti memberikan kasih sayang, motivasi dan doa yang tulus ikhlas dan penuh kesabaran

Keluarga besar di Semarang yang ikut mendukung dan mendoakanku

Dosen-dosen yang telah membimbingku

Sahabat sepanjang masa, Ira Sari Natasya, Dine Wahyu Prima, Aulia Fitri Jayanti, Rahayu Manolita, Diana Ghozali, Donny Fisca, Imroatu Sholihah, yang ikut menyemangati,

menghibur dan mendoakanku

Teman-teman Astatin Forces, Az-Zafiroh dan tim KKN Desa Brajan Kecamatan Mojosongo, Boyolali yang ikut mendukung dan menyemangatiku

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat-Nya sehingga

penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai syarat memperoleh gelar sarjana.

Sholawat serta salam senantiasa penulis haturkan kepada suri tauladan terbaik,

Nabi Muhammad SAW.

Penulis menyadari bahwa penyelesaian skripsi ini tidak terlepas dari

bantuan pihak-pihak lain, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih

kepada :

1. Prof. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D selaku Dekan FMIPA UNS.

2. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Program Studi Kimia FMIPA

UNS.

3. Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Pembimbing I skripsi yang

telah memberikan banyak bimbingan dan bantuan dalam penyelesaian skripsi.

4. Dr. Fitria Rahmawati selaku Pembimbing II skripsi yang selalu memberikan

banyak bimbingan dan bantuan dalam penyelesaian skripsi.

5. Dr. Eddy Heraldy, M.Si selaku Pembimbing Akademis yang telah memberikan

saran dan motivasinya selama konsultasi.

6. Seluruh dosen Kimia FMIPA UNS yang telah mencurahkan ilmu kimia dan

ilmu tentang kehidupan.

7. Ibu, kakek dan seluruh keluarga yang selalu mendoakan dan menyemangati.

8. Sahabat-sahabat di Semarang, teman-teman tim penelitian katalis, teman-

teman Kimia 2011, kakak-kakak dan adik-adik tingkat Kimia FMIPA UNS

atas dukungan dan bantuannya.

9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penulisan skripsi

ini.Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat

membangun demi menunjang skripsi ini menjadi lebih baik.Semoga ini

bermanfaat bagi pembaca.

Surakarta, 14 Januari 2016

Avrina Kumalasari

ix

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL .................................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN ................................................................... iii

HALAMAN ABSTRAK ............................................................................. iv

HALAMAN ABSTRACT .......................................................................... v

HALAMAN MOTTO ................................................................................. vi

PERSEMBAHAN ...................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ................................................................................ viii

DAFTAR ISI .............................................................................................. ix

DAFTAR TABEL ....................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xii

DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xiii

DAFTAR SIMBOL .................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ..................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah ............................................................ 3

1.3 Tujuan Penelitian ................................................................. 5

1.4 Manfaat Penelitian ............................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI .................................................................... 6

2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................. 6

2.1.1 Sistem Biner ........................................................................ 6

2.1.2 Azeotrop ............................................................................. 11

2.1.3 Metode Pemisahan Sistem Biner ......................................... 12

2.1.4 Sifat Koligatif dan Sifat Termodinamik .............................. 18

2.1.5 Kromatografi Gas................................................................. 24

2.2 Kerangka Pemikiran ............................................................ 25

2.3 Hipotesis .............................................................................. 26

x

BAB III METODOLOGI PENELITIAN.................................................... 27

3.1 Metode Penelitian ................................................................ 27

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................. 27

3.3 Alat dan Bahan .................................................................... 27

3.4 Prosedur Penelitian .............................................................. 27

3.5 Teknik Pengumpulan dan Analisis Data ............................. 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN..................................................... 30

4.1 Kesetimbangan Uap-Cair Sistem Biner Etanol-Air ............ 30

4.2 Kesetimbangan Uap-Cair Etanol-Air-Zat Elektrolit ........... 32

4.3 Konstanta Titik Didih (Kb) Campuran Etanol-Air dan Etanol-Air-

Zat Elektrolit ........................................................................ 35

4.4 Energi Bebas Gibbs dan Entropi Campuran Etanol-Air dan Etanol-

Air-Zat Elektrolit ................................................................. 37

4.5 Entalpi Penguapan Campuran Etanol-Air dan Etanol-Air - Zat

Elektrolit .............................................................................. 40

BAB V PENUTUP..................................................................................... 43

5.1 Kesimpulan .......................................................................... 43

5.2 Saran .................................................................................... 43

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 44

LAMPIRAN ................................................................................................ 48

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Data pengukuran sistem biner methanol-air pada 1 atm ............ 8

Tabel 2.2 Energi ikat antara entrainer dengan air atau etanol .................... 15

Tabel 4.1 Nilai energi bebas Gibbs pencampuran (ΔGmix) ......................... 37

Tabel 4.2 Nilai entropi pencampuran (ΔSmix) ............................................. 38

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Kurva temperatur versus komposisi sistem biner .................. 8

Gambar 2.2 Kurva T-x sistem biner methanol-air pada 1 atm ................... 9

Gambar 2.3 Kurva destilasi 91 Al Gasoline .............................................. 9

Gambar 2.4 Kurva destilasi dan T-x campuran biner etanol-benzena ....... 10

Gambar 2.5 Kurva T-x dengan titik didih maksimal dan minimal ............ 11

Gambar 2.6 Kurva kesetimbangan uap-cair campuran etanol-air ............. 12

Gambar 2.7 Selektivitas etanol terhadap air pada konsetrasi tertentu dengan

berbagai campuran entrainer pada 298,2 K ........................... 14

Gambar 2.8 Kurva x-y dan volatilitas relatif etanol-air+[EMIM]+[Ac]

-+KAc 15

Gambar 2.9 Struktur geometri dari (a)etanol+air (b) etanol+KAc (c) air+KAc (d)

etanol+[EMIM]+[Ac]

- (e) air+[EMIM]

+[Ac]

- (f)

etanol+[EMIM]+[Ac]

- +KAc (g) air+[EMIM]

+[Ac]

-+KAc ... 16

Gambar 2.10 Kurva fungsi Gibbs dan entropi pencampuran dari campuran biner

ideal ........................................................................................ 22

Gambar 4.1 Kurva kesetimbangan uap-cair sistem biner etanol-air .......... 31

Gambar 4.2 Kurva Kesetimbangan Etanol-Air-Zat elektrolit ................... 32

Gambar 4.3 Ilustrasi mekanisme reaksi dari (a) campuran etanol-air (b) campuran

etanol-air-zat elektrolit ........................................................... 33

Gambar 4.4 Grafik molalitas zat terlarut (etanol) versus kenaikan titik didih pada

campuran etanol-air ............................................................... 35

Gambar 4.5 Grafik molalitas zat terlarut (etanol+zat elektrolit (KOH dan KCl))

versus kenaikan titik didih pada campuran etanol-air-zat elektrolit 36

Gambar 4.6 Grafik Fungsi Gibbs dan Entropi Pencampuran .................... 39

Gambar 4.7 Grafik 1/T versus ln 𝑎 etanol campuran etanol-air ................ 40

Gambar 4.8 Grafik 1/T versus ln 𝑎 etanol campuran etanol-air-zat elektrolit

(KOH dan KCl) ...................................................................... 41

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Penentuan Volume Etanol dan Air dari Perbandingan Berat 48

Lampiran 2. Penentuan Koefisien Aktivitas (γ) dari Zat Elektrolit ........... 49

Lampiran 3. Penentuan Konstanta Titik Didih (Kb) Campuran ................. 50

Lampiran 4. Penentuan Perubahan Energi Bebas Gibbs Pencampuran (∆Gmix) dan

Perubahan Entropi Pencampuran (∆Smix) ............................... 55

Lampiran 5. Penentuan Perubahan Entalpi Penguapan Campuran (∆Hvap) 58

Lampiran 6. Hasil Kromatografi Gas ......................................................... 60

Lampiran 7. Penentuan Kadar Destilat Etanol Hasil Kromatografi Gas .... 64

xiv

DAFTAR SIMBOL

A tetapan untuk larutan dengan pelarut air pada 25 oC

a intercept

ɑ aktivitas pelarut

b slope

C konstanta

c konsentrasi ion

I kekuatan ionik dari larutan

i faktor Van Hoff

j zat elektrolit (KOH dan KCl)

Kb tetapan kenaikan titik didih

m molalitas zat terlarut

me molalitas zat terlarut (etanol)

mez molalitas zat terlarut (etanol+zat elektrolit)

n jumlah mol

n1 mol pelarut

n2 mol zat terlarut

n3 mol zat terlarut elektrolit

Po tekanan uap pelarut murni

P1 tekanan uap jenuh pelarut

P2 tekanan uap jenuh zat terlarut

R tetapan umum gas

r jarak pisah antara dua partikel

T0 temperatur pelarut murni

T temperatur campuran

𝑉𝑟 potensial intermolecular antara dua atom atau molekul

x kadar sampel

x fraksi mol komponen dalam fase cair

x1 fraksi mol pelarut dalam fase cair

x2 fraksi mol zat terlarut dalam fase cair

xv

x3 fraksi mol zat terlarut elektrolit dalam fase cair

y luas area sampel

y fraksi mol komponen dalam fase uap

z muatan ion

z+ muatan ion positif

z- muatan ion negatif

γ koefisien aktivitas komponen

ΔGmix perubahan energi bebas Gibbs pencampuran

ΔGvap perubahan energi bebas Gibbs penguapan

ΔHvap perubahan entalpi penguapan campuran

ΔP penurunan tekanan uap jenuh pelarut

ΔSmix perubahan entropi pencampuran

ΔSvap perubahan entropi penguapan

ukuran kekuatan tarik-menarik dari masing-masing partikel

θ kenaikan titik didih

ν jumlah muatan positif dan negative

σ ukuran dari kedekatan dua partikel nonbonding