BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Senyawa volatil adalah senyawa yang mudah menguap, terutama jika terjadi kenaikan suhu (Aziz, dkk, 2009).
Gas mempunyai sifat bahwa molekul-molekulnya sangat berjauhan satu sama lain sehingga hampir tidak ada gaya tarik menarik atau tolak menolak diantara molekul-molekulnya sehingga gas akan mengembang dan mengisi seluruh ruang yang ditempatinya, bagaimana pun besar dan bentuknya. Densitas dari gas dipergunakan untuk menghitung berat molekul suatu gas, ialah dengan cara membendungkan suatu volume gas yang akan dihitung berat molekulnya dengan berat gas yang telah diketahui berat molekulnya (sebagai standar) pada temperatur atau suhu dan tekanan yang sama. Densitas gas diidenfinisikan sebagai berat gas dalam gram per liter. Persamaan gas ideal bersama-sama dengan massa jenis gas dapat digunakan untuk menentukan berat molekul senyawa volatil. Dalam hal ini menyarankan konsep gas ideal, yakni gasyang akan mempunyai sifat sederhana yang sama dibawah kondisi yang sama (Baihaqi, 2009).
Pada percobaan ini, persamaan gas ideal digunakan untuk menentukan berat molekul dari senyawa volatil berdasarkan pengukuran densitas gas. Percobaan dilakukan karena pengukuran berat molekul cairan volatil tidak akan akurat bila dihitung berdasarkan viskositas atau konsentrasinya karena cairan dapat menguap pada suhu kamar sehingga sebagian zat cair akan menguap dan menyebabkan analisa tidak tepat. Metode yang paling sesuai untuk menghitung berat molekul cairan volatil adalah metode limiting density yaitu berdasarkan persamaan gas ideal.
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan yang timbul pada percobaan berat molekul volatil ini antara lain: 1. Bagaimana cara mengetahui berat molekul dari senyawa volatil.
2. Bagaimana menghitung berat molekul dari sampel senyawa volatil.
3. Bagaimana cara menggunakan prinsip-prinsip gas ideal dalam menentukan berat molekul dari senyawa volatil.
Tujuan dari percobaan berat molekul volatil adalah: 1. Mengetahui berat molekul dari senyawa volatil.
2. Menghitung berat molekul dari sampel senyawa volatil.
3. Mempelajari cara penggunaan prinsip-prinsip gas ideal dalam menentukan berat molekul dari senyawa volatil.
1.4 Manfaat Percobaan
Manfaat yang dapat diperoleh dari percobaan ini antara lain: 1. Praktikan dapat mengetahui berat molekul dari senyawa volatil.
2. Praktikan dapat menghitung berat molekul dari sampel senyawa volatil. 3. Praktikan dapat lebih memperdalam pengetahuan mengenai prinsip-prinsip
hukum gas ideal.
1.5 Ruang Lingkup Percobaan
Percobaan ini dilakukan di dalam Laboratorium Kimia Fisika, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, dengan keadaan ruangan:
Tekanan Udara: 760 mmHg
Suhu Ruangan: 30oC
Bahan yang digunakan yaitu aseton (C3H6O), dietil eter (C4H10O) dan metanol
(CH4O). Alat-alat yang digunakan adalah labu erlenmeyer, penangas air, neraca
elektrik, desikator, gelas ukur, pipet tetes, termometer, aluminium foil, karet gelang, jarum, corong gelas, dan penjepit tabung. Percobaan dilakukan sebanyak 2 run untuk masing-masing cairan volatil dengan variasi volume masing-masing 1 ml.
BAB II
2.1 Senyawa Volatil
Volatil berarti vaporous (uap) dan effervescent (berbuih) (Widagdo, dkk, 2006). Senyawa volatil adalah senyawa yang mudah menguap, terutama jika terjadi kenaikan suhu (Aziz, 2009). Contohnya adalah lem, dimana di dalamnya terkandung senyawa benzena, toluena, dan xylena. Kandungan benzena di dalam lem diketahui mencapai 2%, sedangkan kandungan toluena mencapai 70% (Haen, dkk, 2012).
Volatile Sulfur Compounds (VSCs) merupakan suatu senyawa sulfur yang mudah menguap, yang merupakan hasil produksi dari aktivitas bakteri-bakteri anaerob di dalam mulut berupa senyawa berbau tidak sedap dan mudah menguap sehingga menimbulkan bau yang mudah tercium oleh orang di sekitarnya (Widagdo, dkk, 2006).
2.2 Berat Molekul Gas
Berat molekul senyawa volatil dapat diukur berdasarkan pengukuran massa jenis gas yang menguap. Hal ini perlu dilakukan agar dalam tiap proses yang membutuhkan panas dapat diantisipasi jumlah senyawa volatil yang menguap, sehingga aroma dan cita rasa komponen dapat dipertahankan.
Namun pada kenyataannya diketahui bahwa suatu gas selalu dipengaruhi oleh perubahan tekanan dan suhu lingkungan. Berbagai hukum yang dikenal sebagai hukum-hukum gas menyatakan ketergantungan sejumlah tertentu gas terhadap tekanan, suhu, dan volume. Hukum-hukum gas ini diperoleh dari pengamatan-pengamatan eksperimental. Maka dari sini berat molekul senyawa volatil dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan gas ideal yang berdasarkan pengukuran massa jenis gas.
Persamaan gas ideal dalam menentukan berat molekul senyawa volatil didapatkan dari turunan rumus persamaan gas ideal yaitu :
P.V =n.R.T………...(2.1) Diturunkan menjadi :
P (BM) =ρ.R.T………(2.2) Persamaan keadaan atau gas ideal adalah persamaan termodinamika yang menggambarkan keadaan materi di bawah seperangkat kondisi fisika. Persamaan gas
ideal adalah sebuah persamaan konstitutif yang menyediakan hubungan matematik antara dua atau lebih fungsi keadaan yang berhubungan dengan materi, seperti temperatur, tekanan, volume dan energi dalam.
Gas yang terdiri atas molekul yang bergerak menurut jalannya yang lurus ke segala arah, dengan kecepatan yang sangat tinggi. Molekul-molekul gas ini selalu bertumbukkan dengan molekul-molekul lainnya atau dengan dinding bejana. Tumbukan terhadap dinding bejana ini yang menyebabkan adanya tekanan. Karena molekul gas selalu bergerak ke segala rah, maka gas yang satu mudah bercampur dengan gas yang lain (difusi), asal keduanya tidak bereaksi. Misal: N2 dan O2, CO2
dan H2 dan sebagainya. Semua gas dibagi dua: gas ideal dan nyata. Gas ideal
merupakan gas yang mengikuti secara semprna hukum-hukum gas (Gay Lusac, Boyle, dan sebagaina). Gas nyata merupakan gas yang hanya mengikuti hukum-hukumnya gas pada tekanan rendah. Gas ideal sebenarnya tidak ada, jadi hanya merupakan gas hipotesis. Semua gas sebenarna gas nyata. Pada gas ideal dianggap bahwa molekul-molekulnya tidak tarik-menarik dan volume molekulnya dapat diabaikan terhadap volume gas itu sendiri atau ruang yang ditempati. Sifat gas ideal hanya didekati oleh gas beratom satu pada tekanan rendah dan temperatur yang relatif tinggi.
Gas ideal sifat-sifatnya dapat dinyatakan dengan persamaan yang sederhana ialah PV = n.R.T, maka sifat-sifat gas sejati hanya dapat dinyatakan dengan persamaan, yang lebih kompleks lebih-lebih pada tekanan yang tinggi dan temperatur yang rendah. Bila diinginkan penentuan berat molekul suatu gas secara teliti maka hukum-hukum gas ideal dipergunakan pada tekanan yang rendah. Tetapi akan terjadi kesukaran ialah bila tekanan rendah maka suatu berat tertentu dari gas akan mempunyai volume yang sangat besar. Suatu berat tertentu bila tekanan berkurang volume bertambah dan berat per liter berkurang. Densitas yang didefinisikan dengan berkurang tetapi perbandingan densiti dan tekanan atau akan tetap, sebab berat total W tetap dan bila gas dianggap gas ideal pV juga tetap sesuai dengan persamaan berikut :
P V = R T………..………...(2.3) M = R T = R T………....(2.4)
Suatu aliran dari udara kering yang bersih dilewatkan cairan yang diukur tekanan uapnya. Ketelitian dari pengukuran ini tergantung pada kejenuhan udara tersebut. Kejenuhan udara dilewatkan cairan tersebut secara seri. Bila V adalah volume dari W gram cairan tersebut dalam keadaan uap, M berat mol cairan dan tekanan uap dari cairan tersebut pada temperatur T maka tekanan uap dapat dihitung dengan hukum gas ideal :
P = R T……….(2.5) Pendekatan yang lebih langsung untuk menetapkan BM dibandingkan metode Cannizaro adalah menggunakan persamaan gas ideal untuk tujuan ini perlu mengubah persamaan itu sedikit. Jumlah mol gas yang biasanya dinyatakan dengan n adalah sama dengan massa gas, m dibagi oleh massa molar, µ (satuannya gr/mol). Jadi n = m/µ. BM tidak bersatuan, secara numeris sama dengan massa molar PV = nRT.
Dimana :
µ menentukan BM gas
Persamaan µ = diperlukan pengukuran volume (v) yang dipunyai oleh suatu gas yang diketahui massanya (m) pada suhu (T) dan tekanan (P) tertentu. Bentuk dari persamaan gas ideal yang µ = tidak terbatas untuk menentukan BM, tapi dapat digunakan dalam berbagai penggunaan lain dimana jumlah gas diberi atau dicari dalam bentuk gram bukan mol.
Persamaan gas ideal bersama-sama dengan massa jenis gas dapat digunakan untuk menentukan berat molekul senyawa volatil. Dari persamaan gas ideal di dapat:
PV = n.R.T………...…...(2.6) atau
PV = RT………...(2.7) dengan mengubah persamaan (2.7) akan diperoleh:
P (BM) = RT………..…………...(2.8) P (BM) = ρ R T………...(2.9) Dimana:
BM = berat molekul P = tekanan gas (atm) V = volume gas (liter)
T = suhu mutlak (K)
R = konstanta gas = 0,08206 liter mol-1K-1
Persamaan itu merupakan hubungan antara dua variabel sampel suatu zat, dan disebut persamaan keadaan gas sempurna. Berdasarkan persamaan diatas, ada beberapa hukum bekaitan dengan persamaan gas tersebut.
Bila suatu cairan volatil dengan titik didih lebih kecil dari 100oC ditempatkan
dalam erlenmeyer tertutup yang mempunyai lubang kecil pada bagian tutupnya, kemudian labu erlenmeyer dipanaskan sampai 100oC, maka cairan tadi akan
menguap dan mendorong udara yang labu erlenmeyer tersebut keluar melalui lubang kecil tadi. Setelah semua udara keluar akhirnya uap itu sendiri yang akan keluar, sampai uap itu akan berhenti keluar ketika sama dengan tekanan udara luar. Pada kondisi kesetimbangan ini, labu erlenmeyer hanya berisi uap cairan dengan tekanan sama dengan tekanan atmosfer, volumenya sama dengan labu erlenmeyer dan suhu sama dengan titik didih air dalam penangas air (kira-kira 100oC). Labu erlenmeyer
ini kemudian diambil dari penangas air, dinginkan dan ditimbang sehingga massa gas yang terdapat didalamnya dapat diketahui. Kemudian menggunakan persamaan (2.9) berat senyawa dapat ditentukan.
Hukum gabungan gas untuk suatu sampel gas menyetakan bahwa perbandingan: adalah konstan dimana n = konstan.
Gas-gas real (nyata) seperti metana (CH3) dan oksigen dilakukan pengukuran
secara cermat, ternyata hal ini tidak benar. Gas hipotesis yang dianggap akan mengikuti hukum gabungan gas pada berbagai suhu dan tekanan hukum gabungan gas pada berbagai suhu dan tekanan disebut gas ideal. Gas nyata akan menyimpang dari sifat gas ideal. Pada tekanan yang relatif rendah termasuk pada tekanan atmosfer serta suhu yang tinggi, semua gas akan menempati keadaan ideal sehingga hukum gas gabungan dapat dipakai untuk segala macam gas yang digunakan (Respati, 2010).
2.3 Sifat-sifat Gas dan Persamaan Gas Ideal 2.3.1 Sifat- sifat Gas
Sifat mekanika gas yang tersusun atas sejumlah besar atom-atom atau molekul-molekul penyusunnya dijelaskan dalam teori kinetik gas.Dalam menjelaskan perilaku gas dalam keadaan tertentu, teori kinetik gas
menggunakan beberapa pendekatan dan asumsi mengenai sifat-sifat gas yang disebut gas ideal.
Suatu gas tidak mempunyai bentuk, gas mengambil bentuk wadahnya. Gas tidak mempunyai volume tertentu, melainkan dapat dimampatkan maupun dimuaikan menurut perubahan ukuran wadah. Volume wadahnya adalah volume gas. Senyawa yang biasanya berbentuk gas pada temperatir ruang atau yang berada sebagai gas pada temperatur tinggi, dapat mempunyai molekul yang tediri dari dua atau atom lebih.
Suatu sigat mengesankan dari gas adalah kedapat-mampatannya atau lawannya kedapat-muainya. Udara adalah campuran gas yang berperilaku fisikanya sama dengan oksigen murni, nitrogen murni atau suatu zat berbentuk gas lain. Udara dengan volume awal dua kali atau tiga kali volume suatu ban, dibawah tekanan. Jika ban itu ditusuk hingga berlubang, udara tambahan itu akan bergegas keluar. Perilaku semacam inilah tekanan suatu gas (Watson, H, 1876).
2.3.2 Persamaan Gas Ideal
Hukum Boyle dan hukum Charles atau gay Lussac dapat digabungkan bersama, yaitu untuk sejumlah massa tertentu dari gas.
Kondisi sejumlah massa tertentu dapat dihilangkan dengan bantuan hipotesis Avogadro yang menyatakan bahwa pada kondisi temperatur dan tekanan yang sama, gas-gas dengan volume sama akan mengandung jumlah molekul yang sama maka persamaan menjadi
...(3.0) Dimana:
P = tekanan gas (atm) V = volume gas (L) n = banyaknya mol
R = tetapan gas (0,082 L/mol.K) T = suhu (K)
(Dogra, 2009).
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Bahan
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan adalah: 3.1.1 Dietil Eter (C2H10O)
Fungsi: Sebagai sampel dalam percobaan
Adapun sifat fisika dan sifat kimia dari dietil eter adalah: Tabel 3.2 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Dietil Eter
No. Sifat Fisika Sifat Kimia
1 Tidak berwarna Beraroma manis
2 Berat molekul 74,12 gr/mol Volatil
3 Titik didih 34,6°C Tidak korosif terhadap gelas 4 Titik lebur -116,3 °C Larut dalam aseton 5 Densitas uap 2,56 Tidak akan muncul polemirisasi (Axiall, 2015b)
3.1.1 Aseton (C3H6O)
Fungsi: Sebagai sampel dalam percobaan
Adapun sifat fisika dan sifat kimia dari aseton adalah: Tabel 3.1 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Aseton
No. Sifat Fisika Sifat Kimia
1 Tekanan 24 kPa Mudah larut dalam air
2 Berat molekul 58,08 gr/mol Aroma seperti mint 3 Titik didih 56,2°C Tidak korosif terhadap kaca 4 Titik lebur -95,35oC Berwujud cair
5 Densitas 0,79 gr/ml Reaktif pada zat pengoksidasi (Axiall, 2015a)
3.1.3 Etanol (C2H5OH)
Fungsi: Sebagai sampel dalam percobaan
Adapun sifat fisika dan sifat kimia dari etanoll adalah: Tabel 3.3 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Etanol
No. Sifat Fisika Sifat Kimia
1 Titik didih 78.2°C-78.5°C Sebagai pelarut 2 Titik lebur -130°C-112°C Sebagai bahan bakar 3 Titik nyala 12°C - 16°C Mengoksidasi karbon
4 Tekanan uap 59 mmHg
(20°C) Teroksidasi oleh asam 5 Densitas 785.3 kg/m
3 – 809
kg/m3 (25°C) Tidak akan muncul polemirisasi
(Methanex, 2005) 3.2 Peralatan dan Fungsi
Adapun peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah: 1. Labu Erlenmeyer
Fungsi: Sebagai wadah senyawa volatil ketika diuapkan 2. Water Batch
Fungsi: Sebagai alat untuk memanaskan air 3. Neraca Elektrik
Fungsi: Menimbang berat labu kosong, labu berisi senyawa volatil, labu berisi uap, dan labu diisi air penuh
4. Desikator
Fungsi: Alat untuk mengembunkan kembali senyawa volatil yang telah menguap
5. Gelas Ukur
Fungsi: Mengukur banyaknya senyawa volatil yang akan dimasukkan ke labu erlenmeyer
6. Termometer
Fungsi: Mengukur suhu air saat senyawa volatil menguap 7. Aluminium Foil
Fungsi: Menutup labu erlenmeyer yang berisi senyawa volatil 8. Karet Gelang
Fungsi: Mengencangkan aluminium foil pada saat menutup mulut labu 9. Jarum
Fungsi: Melubangi aluminium foil saat menguapkan senyawa volatil 10. Penjepit Tabung
3.3 Flowchart Percobaan
Ya
Labu erlenmeyer ditutup dengan aluminium foil, dikencangkandengan karet gelang
Ditimbang dengan neraca digital
Sampel dimasukkan sebanyak 1 ml
Dibuat lubang kecil dengan jarum pada penutup Mulai
Labu erlenmeyer kosong ditimbang dengan neraca digital
Diangkat, dikeringkan, dan didinginkan dalam desikator Labu erlenmeyer direndam dalam penangas air
Tidak
Labu erlenmeyer ditimbang Tidak
Apakah sampel sudah menguap
semua?
Ya
Labu erlenmeyer diisi penuh dengan air
Labu erlenmeyer ditimbang dan ditentukan volume erlenmeyer
Tidak
Ya Dicatat suhu dalam desikator
Apakah pengeringan sudah berlangsung
selama 30 menit?
Dicatat suhu dalam labu erlenmeyer Labu erlenmeyer ditimbang
B A
B A
Gambar 3.1 Flowchart Percobaan Penentuan Berat Molekul Volatil Apakah masih
ada variasi sampel lain?
