LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA II
POLARIMETRI
Oleh :
Nama : Ni Made Susita Pratiwi Nim : 1008105005
Kelompok : II
Tanggal Praktikum : 16 April 2012
LABORATORIUM KIMIA FISIK JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA
POLARIMETRI
I. TUJUAN
1. Meningkatkan kemampuan melakukan prosedur laboratorium yang sederhana dengan baik dan efisien.
2. Meningkatkan kemampuan mengumpulkan data, melakukan pengamatan dan pengukuran dengan polarimeter serta membuat perhitungan secara sistematis. 3. Menentukan sudut putar jenis larutan optis aktif dengan metode polarimetri. 4. Membandingkan sifat optis aktif antara dua larutan yang berbeda berdasarkan
sudut putar jenis larutan tersebut.
5. Menentukan konsentrasi larutan gula dengan menggunakan polarimeter, sekaligus menentukan sudut polarisasi.
II. DASAR TEORI
Polarisasi oleh refleksi telah ditemukan pada 1808 oleh Etienne malus (1775-1812). Malus, yang telah melakukan percobaan pembiasan ganda bekerja pada saat bekerja pada teori efek, mengamati dari pengaturan cahaya matahari, tercermin dari jendela yang dekat jendela, melalui kristal dari Islandia Spar.
Polarimetri adalah suatu cara analisa yang didasarkan pada pengukuran sudut putaran (optical rotation) cahaya terpolarisir oleh senyawa yang transparan dan optis aktif apabila senyawa tersebut dilewati sinar monokromatis yang terpolarisir tersebut.
Senyawa optis aktif adalah senyawa yang dapat memutar bidang getar sinar terpolarisir. Zat yang optis ditandai dengan adanya atom karbon asimetris atau atom C kiral dalam senyawa organik, contoh : kuarsa ( SiO2 ), fruktosa.
Cahaya monokromatik pada dasarnya mempunyai bidang getar yang banyak sekali. Bila dikhayalkan maka bidang getar tersebut akan tegak lurus pada bidang datar. Bidang getar yang banyak sekali ini secara mekanik dapat dipisahkan menjadi dua bidang getar yang saling tegak lurus. Yang dimaksud dengan cahaya terpolarisasi adalah senyawa yang mempunyai satu arah getar dan arah getar tersebut tegak lurus terhadap arah rambatnya.
Pada polarimeter terdapat polarisator dan analisator. Sinar yang berasal dari sumber dilewatkan melalui prisma terpolarisasi (polarisator), kemudian terus ke sel polarimeter yang berisi larutan dan akhirnya menuju prisma terpolarisasi kedua (analisator). Polarisator adalah polaroid yang dapat mempolarisasi cahaya, sedangkan analisator adalah polaroid yang dapat menganalisis atau mempolarisasi cahaya.
Untuk menentukan posisi yang tepat sulit dilakukan, karena itu digunakan setengah bayangan. Untuk mencapai kondisi ini, polarisator diatur sedemikian rupa, sehingga setengah bidang polarisasi membentuk sudut sekecil mungkin dengan setengah bidang polarisasi yang lainnya. Akibatnya memberikan pemadaman pada kedua sisi lain, sedangkan ditengah terang. Bila analisator diputar terus, setengah dari medan menjadi lebih terang dan lainnya redup. Posisi putaran diantara terjadinya pemadaman dan terang tersebut adalah “posisi putaran yang tepat” dimana pada saat ini intensitas kedua medan sama.
Bila arah transmisi polarisator sejajar dengan arah transmisi analisator, maka sinar yang mempunyai arah getaran yang sama dengan arah polarisator diteruskan seluruhnya. Tetapi apabila arah transmisi polarisator tegak lurus terhadap analisator maka tak ada sinar yang diteruskan. Dan bila arahnya membentuk suatu sudut maka sinar yang diteruskan hanya sebagian. Sinar terpolarisasi linear yang melalui suatu larutan optik aktif akan mengalami pemutaran bidang polarisasi.
Prinsip dasar polarimetris ini adalah pengukuran daya putar optis suatu zat yang menimbulkan terjadinya putaran bidang getar sinar terpolarisir. Pemutaran bidang getar sinar terpolarisir oleh senyawa optis aktif ada 2 macam, yaitu :
1. Dexro rotary (+), jika arah putarnya ke kanan atau sesuai putaran jarum jam. 2. Levo rotary (-), jika arah putarnya ke kiri atau berlawanan dengan putaran jarum
jam.
Sinar mempunyai arah getar atau arah rambat kesegala arah dengan variasi warna dan panjang gelombang yang dikenal dengan sinar polikromatis. Untuk menghasilkan sinar monokromatis, maka digunakan suatu filter atau sumber sinar tertentu. Sinar monokromatis
ini akan melewati suatu prisma yang terdiri dari suatu kristal yang mempunyai sifat seperti layar yang dapat menghalangi jalannya sinar, sehingga dihasilkan sinar yang hanya mempunyai satu arah bidang getar yang disebut sebagai sinar terpolarisasi.
Jika suatu sinar dilewatkan pada suatu larutan, larutan itu akan meneruskan sinar atau komponen gelombang yang arah getarnya searah dengan larutan dan menyerap sinar yang arahnya tegak lurus dengan arah ini. Di sini larutan digunakan sebagai suatu plat pemolarisasi atau polarisator. Akhirnya sinar yang keluar dari larutan adalah sinar yang terpolarisasi bidang. Cahaya dalam keadaan terpolarisasi mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:
Gelombang ke semua arah dan tegak lurus arah rambatnya Terdiri dari banyak gelombang dan banyak arah getar Rotasi spesifik disimbolkan dengan [α] sehingga dapat dirumuskan :
[α] = α / dc Dimana :
a = besar sudut yang terpolarisasi oleh suatu larutan dengan konsentrasi c gram zat terlarut per mL larutan.
d = merupakan panjang lajur larutan (dm) c = merupakan konsentrasi (gram/mL)
Karena panjang gelombang yang sering digunakan adalah 589,3 nm yaitu garis D lampu natrium dan suhu standar 20oC, maka [α]T ditulis menjadi [α].
Kadar larutan dapat ditentukan dengan rumus :
% = 100 . () .1
Dengan menggunakan tabung yang sama maka konsentrasi dapat atau kadar senyawa dapat ditentukan dengan jalan membuat kurva standar.
Adapun hal-hal yang dapat mempengaruhi sudut putar suatu larutan adalah sebagai berikut :
1. Jenis zat
Masing–masing zat memberikan sudut putaran yang berbeda terhadap bidang getar sinar terpolarisir.
2. Panjang lajur larutan dan panjang tabung
Jika lajur larutan diperbesar maka putarannya juga makin besar. 3. Suhu
Makin tinggi suhu maka sudut putarannya makin kecil, hal ini disebabkan karena zat akan memuai dengan naiknya suhu sehingga zat yang berada dalam tabung akan berkurang.
4. Konsentrasi zat
Konsentrasi sebanding dengan sudut putaran, jika konsentrasi dinaikkan maka putarannya semakin besar.
5. Jenis sinar (panjang gelombang)
Pada panjang gelombang yang berbeda zat yang sama mempunyai nilai putaran yang berbeda.
6. Pelarut
Zat yang sama mempunyai nilai putaran yang berbeda dalam pelarut yang berbeda. Contoh : Calciferol dalam kloroform α = +52,0o sedangkan Calciferol dalam aseton α = + 82,6o
Fakta bahwa cahaya mengalami polarisasi menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal. Cahaya dapat terpolarisasi karena peristiwa pemantulan, peristiwa pembiasan dan pemantulan, peristiwa bias kembar, peristiwa absorbsi selektif, dan peristiwa hamburan.
Keterangan :
(a) Gelombang terpolarisasi linier pada arah vertical (b) Gelombang terpolarisasi linier pada arah horizontal (c) Gelombang takterpolarisasi
Polarisasi karena pemantulan
Bila sinar datang pada cermin datar dengan sudut datang 570, maka sinar pantul merupakan sinar terpolarisasi seperti pada gambar disamping.
Polarisasi karena pembiasan dan Pemantulan
Cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dari pembiasan dan pemantulan. Hasil percobaan para ahli fisika menunjukkan bahwa cahaya pemantulan terpolarisasi sempurna jika sudut
datang θ1 mengakibatkan sianr bias dengan sinar pantul saling tegak lurus. Sudut datang seperti itu disebut sudut polarisasi atau sudut Brewster.
Polarisasi karena pembiasan ganda (bias kembar)
Jika cahaya melalui kaca, maka cahaya lewat dengan kelajuan yang sama ke segala arah. Ini disebabkan kaca hanya memiliki satu indeks bias. Tetapi bahan-bahan kristal tertentu seperti kalsitt dan kuarsa memiliki dua indeks bias sehingga kelajuan cahaya tidak sama untuk segala arah. Jadi, cahaya yang melalui bahan ini akan mengalami pembiasan ganda.
Komponen-komponen alat polarimeter adalah : 5.1 Sumber cahaya monokromatis
Yaitu sinar yang dapat memancarkan sinar monokromatis. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah lampu D Natrium dengan panjang gelombang 589,3 nm. Selain itu juga dapat digunakan lampu uap raksa dengan panjang gelombang 546 nm. 2. Polarisator dan analisator
Polarisator berfungsi untuk menghasilkan sinar terpolarisir. Sedangkan analisator berfungsi untuk menganalisa sudut yang terpolarisasi. Yang digunakan sebagai polarisator dan analisator adalah prisma nikol.
3. Prisma setengah nikol Merupakan alat untuk menghasilkan bayangan setengah yaitu bayangan terang gelap
dan gelap terang. 4. Skala lingkar
Merupakan skala yang bentuknya melingkar dan pembacaan skalanya dilakukan jika telah didapatkan pengamatan tepat baur-baur.
5. Wadah sampel ( tabung polarimeter )
Wadah sampel ini berbentuk silinder yang terbuat dari kaca yang tertutup dikedua ujungnya berukuran besar dan yang lain berukuran kecil, biasanya mempunyai ukuran panjang 0,5 ; 1 ; 2 dm. Wadah sampel ini harus dibersihkan secara hati-hati dan tidak bileh ada gelembung udara yang terperangkap didalamnya.
6. Detektor
Pada polarimeter manual yang digunakan sebagai detektor adalah mata, sedangkan polarimeter lain dapat digunakan detektor fotoelektrik. Prinsip kerja polarimeter adalah sebagai berikut :
Sinar monokromatis dari sumber cahaya (lampu natrium) akan melewati lensa kolimator sehingga berkas sinar yang dihasilkan akan disejajarkan arah rambatnya.
Dari lensa terus ke polarisator untuk mendapatkan berkas cahaya yang terpolarisasi
Cahaya terpolarisasi ini akan terus ke prisma ½ nicol untuk mendapatkan bayangan gelap dan terang, kemudian melewati larutan senyawa optik aktif yang berada dalam tabung polarimeter.
III. ALAT DAN BAHAN 3.1 Alat-alat: 1. Polarimeter 2. Corong plastik 3. Botol semprot 3.2 Bahan-bahan: 1. Aquades 2. Zat A : Glukosa 2,5 % 3. Zat B : Glukosa 5 % IV. CARA KERJA
1. Sel polarimeter dibilas dengan aquades beberapa kali dengan menggunakan botol semprot. Kemudian sel diisi dengan aquades dan diusahakan tidak boleh ada gelembung udara dalam sel. Sel diletakkan dalam polarimeter, kemudian pembacaan diatur hingga 0oC, melalui lensa mata bagian kanan. Kemudian “setengah bayangan” (bayangan redup) ditetapkan sebagai bayangan kerja, dengan mengatur pusat lensa mata maju atau mundur. Pembacaan ini dicatat sebagai titik nol. Harga titik nol ini harus diperhitungkan terhadap setiap pengukuran selanjutnya.
2. Sel dikosongkan dan dibilas beberapa kali dengan larutan sampel. Dengan menggunakan rumus : [ ] =
C .
dimana : [ ] = putaran spesifik
α = putaran yang diukur tanpa perputaran peralatan λ = panjang sel = 1 dm
C = konsentrasi (5% W/V = 0,05) dan selanjutnya putaran optik untuk larutan dihitung. V. DATA PENGAMATAN
Panjang sel (setelah diukur panjangnya) = 10 cm = 1 dm.
Percobaan Putaran (α) air Putaran (α) glukosa 2,5 % Putaran (α) glukosa 5% I 0 1,80 3,50 II 1,30 2,30 4,00 III 2,00 1,20 3,90 VI. PERHITUNGAN 6.1 Zat A : Glukosa 2,5 % Diketahui : α1 = + 1,80o α2 = + 2,30 o α3 = + 1,20o C = 2,5/100 = 0,025 λ = 1 dm Ditanya : [ ] = . . . ? Jawab : [ ] = C . = 025 , 0 . 1 80 , 1 dm o = + 72,00
Dengan cara yang sama, diperoleh data sebagai berikut :
Percobaan [ ] [ ]̅̅̅̅̅̅̅ ([ ] [ ]̅̅̅̅̅̅̅) ([ ] [ ]̅̅̅̅̅̅̅) I +1,80o +72,0o +70,67o 1,330 +1,76890 II +2,30o +92,0o 21,330 +454,96890 III +1,20o +48,0o -22,670 +513,92890 ∑[ ] +212o ∑([ ] [ ]̅̅̅̅̅̅̅) +970,66670 Standar deviasi (SD) =
1 2 25 25 n D D = 1 3 6667 , 970 o = 2 6667 , 970 o = 485,3333 = +22,03030 Simpangan baku = ([ ]̅̅̅̅̅̅̅ ) = (70,67± +22,0303) 0 Persentase kesalahan = 100% 67 , 70 0303 , 22 x o o = 31,17 % Kebenaran praktikum = 100 % - 31,17 % = 68,83 % 6.2 Zat B : Glukosa 5 % Diketahui : α1 = + 3,50o α2 = + 4,00 o α3 = + 3,90o C = 5/100 = 0,05 λ = 1 dm Ditanya : [ ] = . . . ? Jawab : [ ] = C . = 05 , 0 . 1 50 , 3 dm o = + 70,00
Dengan cara yang sama, diperoleh data sebagai berikut :
Percobaan [ ] [ ]̅̅̅̅̅̅̅ ([ ] [ ]̅̅̅̅̅̅̅) ([ ] [ ]̅̅̅̅̅̅̅) I +3,50o +70,0o +76,00o -6,000 +36,000 II +4,00o +80,0o +4,000 +16,000 III +3,90o +78,0o +2,00 0 +4,000 ∑[ ] +228o ∑([ ] [ ]̅̅̅̅̅̅̅) +56,000 Standar deviasi (SD) =
1 2 25 25 n D D = 1 3 00 , 56 o = 2 00 , 56 o = 28= +5,29150 Simpangan baku = ([ ]̅̅̅̅̅̅̅ ) = (+76,00± +5,2915) 0 Persentase kesalahan = 100% 00 , 76 2915 , 5 x o o = 6,96 % Kebenaran praktikum = 100 % - 6,96 % = 93,04 % VII. PEMBAHASAN
Praktikum kali ini yaitu polarimetri, dimana praktikum polarimetri ini bertujuan untuk meningkatkan kemampuan melakukan prosedur laboratorium yang lebih sederhana dengan lebih baik dan efisien, melakukan pengamatan dan pengukuran dengan metode polarimetri serta membuat perhitungan secara sistematis, dan menentukan sudut putar jenis larutan optis aktif dengan menggunakan polarimeter. Polarimeter adalah suatu alat yang menggunakan asas polarisasi, yaitu sebuah berkas sinar yang akan diteruskan oleh polarizer dalam berbagai bentuk sinar yang terpolarisasi. Sinar yang terpolarisasi bisa berbentuk polarisasi linear, polarisasi lingkaran dan polarisasi elips. Berkas sinar yang telah terpolarisasi akan diteruskan ke analizer. Analizer adalah penerima berkas sinar dari polarizer.
Dengan metode polarimetri, hal yang diukur dan diamati adalah putaran optis yang dihasilkan larutan atau cairan yang diuji. Putaran optis (α) bergantung pada panjang sel, panjang gelombang cahaya, dan temperatur. Pada percobaan ini masing – masing variabel dibuat tetap. Sumber sinar adalah lampu natrium yang dapat memancarkan cahaya kuning (duplet) yang disebut garis D-natrium dengan panjang gelombang 589 nm. Digunakannya panjang gelombang tersebut ditujukan untuk lebih mudahnya menajamkan batas antara daerah gelap dan terang sehingga sangat bermanfaat dalam mencari bayangan redup yang sebenarnya.
Syarat senyawa yang dapat dianalisa dengan polarimeter adalah sampel larutan berwarna bening dan mempunya atom C kiral dan bayangan didapatkan baur-baur. Dalam percobaan ini, digunakan glukosa sebagai senyawa optis aktif dengan variasi konsentrasi yang berbeda yaitu 25% dan 5 % yang menggunakan sinar kuning dengan panjang gelombang 589 nm. Selain itu, dalam percobaan ini aquades juga diukur putaran optisnya untuk dijadikan sebagai standar dalam pengukuran untuk menentukan titik nol. Glukosa digunakan sebagai senyawa optis aktif karena glukosa dapat memutar bidang terpolarisir kearah kanan (dekstro rotary) dan kearah kiri (levo rotary).
Pengukuran putaran optis dari sukrosa dan glukosa dengan metode polarimetri dilakukan dengan pengukuran aquades terlebih dahulu. Aquades dimasukkan ke dalam sel polarimetri dan tidak boleh ada gelembung udara agar tidak mengganggu hasil pembacaan. Kemudian analizer diatur sedemikian rupa agar garis hitam tidak terlihat lagi. Sinar yang dihasilkan berwarna merah. Kemudian sudut putaran diukur pada skala vernier. Pengukuran dilakukan sebanyak 3 kali pengulangan. Kemudian dilakukan perhitungan rata-rata terhadap hasil pengukuran sudut putaran aquades yang akan digunakan untuk menentukan titik nolnya.
Selanjutnya dilakukan pengukuran terhadap sampel yaitu glukosa 2,5% dan glukosa 5%. Sama seperti halnya aquades, sampel dimasukkan ke dalam sel polarimetri, kemudian sel dimasukkan ke dalam polarimetri dan diukur setengah bayangan atau bayangan redup. Kemudian putaran optis dari masing-masing larutan dibaca dari skala vernier. Percobaan untuk masing-masing larutan dilakukan sebanyak tiga kali pengulangan, hal ini bertujuan untuk melakukan perbandingan terhadap hasil yang diperoleh.
Dari percobaan diperoleh hasil putaran yang diukur (α) untuk aquades secara berturut-turut yaitu +00 ; +1,400 ; +2,000, sehingga titik nol diperoleh yaitu +3,300. Untuk sudut putaran glukosa 2,5% diperoleh secara berturut-turut adalah + 1,800, +2,300, 1,200 dan untuk glukosa 5% berturut-turut diperoleh sebesar +3,500, +4,000 , +3,900. Menghitung nilai konsentrasi sampel, diperlukan persamaan regresi yang di dapatkan dari perhitungan data dari larutan standar. Dimana nilai dari besar sudut putar bidang sinar terpolarisir dari sampel dimasukkan ke dalam persamaan regresi. Sehingga diperoleh putan spesifik dari glukosa 2,5% berturut-turut yaitu +72,000 ; +92,000 ; +480,00 dengan rata-rata putaran spesifiknya adalah sebesar +70,670. Persentase kebenaran praktikum untuk pengukuran putaran spesifik dari glukosa 2,5% adalah sebesar 68,83%. Sedangkan putaran spesifik glukosa 5% berturut-turut adalah sebesar +70,000 ; +80,000 ; +78,000 dengan rata-rata putaran spesifiknya adalah sebesar +76,000. Persentase kebenaran praktikum untuk pengukuran putaran spesifik dari glukosa 5% adalah sebesar 93,04%.
Berdasarkan hasil percobaan dan perhitungan menunjukkan bahwa putaran spesifik glukosa 5% lebih besar dari glukosa 2,5%. Hal ini menunjukkan bahwa glukosa 5% memiliki sifat optis aktif yang lebih besar dibandingkan dengan glukosa 2,5%. Hasil percobaan yang diperoleh sesuai dengan literatur yaitu untuk daya putar kanan, semakin tinggi konsentrasi glukosa maka akan mengakibatkan akan semakin besar daya putar senyawa tersebut. Namun pada literatur putaran optik glukosa sebenarnya yaitu +52,50. Selain itu persentase kebenaran untuk percobaan glukosa 2,5% dan glukosa 5% yang tidak mencapai nilai 100% menunjukkan bahwa terdapatnya kesalahan pada praktikum kali ini, dimana disebabkan
karena kemungkinan kesalahan dari praktikan dalam memasukkan larutan ke sel polarimetri masih terdapat gelembung dan kurang ketelitian dalam pembacaan putaran optis pada skala yang tertera pada polarimetri.
VIII. KESIMPULAN
1. Polarimeteri adalah suatu metoda analisa kimia berdasarkan atas pengukuran daya putar optis dari suatu senyawa optis aktif terhadap sinar yang terpolarisir. 2. Glukosa merupakan suatu senyawa optis aktif karena dapat memutar bidang
getar yang terpolarisir.
3. Hasil pengukuran sudut putaran aquades digunakan untuk menentukan titik nol.
4. Menghitung nilai konsentrasi sampel, diperlukan persamaan regresi yang di dapatkan dari perhitungan data dari larutan standar. Dimana nilai dari besar sudut putar bidang sinar terpolarisir dari sampel dimasukkan ke dalam persamaan regresi.
5. Hasil putaran yang diukur (α) untuk glukosa 2,5% berturut-turut adalah berturut-turut adalah + 1,800, +2,300, 1,200 dan glukosa 5% berturut-turut sebesar +3,500, +4,000 , +3,900.
6. Rata-rata putaran spesifik untuk glukosa 2,5% adalah sebesar +70,670. Persentase kebenaran praktikum untuk pengukuran putaran spesifik glukosa 2,5% adalah 68,83%. Sedangkan putaran spesifik rata–rata glukosa 5% sebesar +76,000. Persentase kebenaran praktikum untuk pengukuran putaran spesifik glukosa 5% adalah 93,04%.
7. Putaran spesifik glukosa5% lebih besar dari glukosa 2,5%, sehingga glukosa 5% memiliki sifat optis aktif lebih besar daripada glukosa 2,5%.
8. Hasil percobaan yang didapat sesuai dengan literatur yaitu dalam literatur putaran optik sukrosa lebih besar daripada glukosa.
9. Semakin tinggi konsentrasi glukosa maka akan mengakibatkan semakin besar daya putar senyawa.
10. Putaran optis (α) bergantung pada panjang sel, panjang gelombang cahaya, dan temperatur.
DAFTAR PUSTAKA
Dogra,S.K., dan S. Dogra.1990. Kimia Fisika dan Soal-soal Cetakan I. UI-Press: Jakarta. R. A. Alberty dan F. Daniels. 1983. Kimia Fisika. Erlangga: Jakarta
Tim Laboratorium Kimia Fisika. 2012. Penuntun Praktikum Kimia Fisika II. Jurusan Kimia F.MIPA Universitas Udayana: Bukit Jimbaran
http://fisika.lab.gunadarma.ac.id/wp-content/uploads/2010/02/O3.-POLARIMETER.pdf (diunduh pada tanggal 28 Mei, 20:19 PM)
