PERCOBAAN I
PENENTUAN BERAT MOLEKUL BERDASARKAN PENGUKURAN MASSA JENIS GAS
I. Tujuan
1. Menentukan berat molekul senyawa CHCl3 dan zat unknown X berdasarkan pengukuran massa jenis gas secara eksperimen 2. Menerapkan persamaan gas ideal dalam menentukan berat
molekul senyawa CHCl3 dan zat unknown X secara eksperimen 3. Menentukan zat unknown X berdasarkan berat molekul hasil
eksperimen II. Dasar Teori
Gas adalah zat yang selalu dapat bercampur sempurna satu sama lain membentuk satu fase yang homogen. Jika dicampurkan gas-gas O2, N2, dan CO2 di dalam ruang tertutup, maka akan diperoleh suatu campuran yang homogen karena tidak terdapat perbedaan secara fisik gas satu dengan yang lain.
Secara umum gas dapat dikelompokkan menjadi dua macam golongan, yaitu gas ideal atau gas sempurna dan gas nyata atau sejati.
Gas ideal adalah gas yang mempunyai sifat-sifat yaitu sebagai berikut:
Molekul-molekul gas merupakan materi bermassa yang dianggap tidak mempunyai volum.
Gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antar molekul dianggap nol.
Tumbukan antar molekul dan antar molekul dengan dinding bejana adalah lenting sempurna.
Memenuhi hukum gas PV = nRT
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 (Brady, 1999). Semua gas yang dikenal sehari-hari adalah termasuk gas sejati, sedangkan gas ideal pada kenyataannya tidak pernah ada, namun sifat-sfatnya didekati oleh gas sejati pada tekanan yang sangat rendah.
Massa molekul relatif merupakan angka banding massa suatu molekul zat terhadap massa karbon-12. Atom-atom dapat bergabung membentuk molekul dan massa atom
relatifnya tidak berubah sehingga massa molekul relatif merupakan jumlah massa atom relatif dari atom-atom di dalam rumusnya. Massa atom relatif dapat ditentukan dengan berbagai cara berdasarkan pada jenis zat, apakah zat itu berupa gas, cairan, padatan yang menguap, zat terlarut yang menguap, atau bisa juga untuk suatu zat terlarut yang tidak menguap dan melarut dalam suatu pelarut.
Massa molekul relatif atau berat molekul (BM) senyawa volatil dapat ditentukan dengan cara Dumas, Regnault, dan cara Victor Meyer. Berat molekul senyawa volatil dapat ditentukan dari persamaan gas ideal bersama-sama dengan massa jenis gas, dengan asumsi bahwa persamaan gas ideal diikuti oleh gas nyata pada tekanan rendah. Untuk menentukan berat molekul ini maka ditimbang sejumlah gas tertentu kemudian diukur PV dan T-nya.
Sifat-sifat gas sejati hanya dapat dinyatakan dengan persamaan, yang lebih kompleks 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 bila tekanan rendah maka suatu berat tertentu dari gas akan mempunyai volume yang sangat besar. Untuk suatu berat tertentu bila tekanan berkurang volume bertambah dan berat per liter berkurang. Dari persamaan gas ideal didapat:
(1)
Persamaan 1 dapat diubah menjadi: ( ) ( x RT) V
BM m
P (2)
(3)
Dimana, BM adalah berat molekul, P adalah tekanan gas, V adalah volume gas, T adalah suhu mutlak, dan R adalah konstanta gas. Agar satuan yang dipergunakan pada persamaan 3 sesuai, maka dipergunakan patokan bahwa volume dinyatakan dalam liter, suhu dalam kelvin, tekanan dalam atmosfir, ρ dinyatakan dalam gram per liter dan konstanta gas (R) adalah 0,08206 liter atm mol-1K-1 (Retug & Sastrawidana, 2003).
Bila suatu zat cair yang bersifat volatil dengan titik didih lebih kecil dari 100oC ditempatkan dalam labu erlenmeyer bertutup yang mempunyai lubang kecil pada bagian tutupnya, dan kemudian labu erlenmeyer tersebut dipanaskan sampai suhu 100oC, maka cairan tersebut akan menguap. Uap yang dihasilkan akan mendorong udara yang terdapat pada labu erlenmeyer dan keluar melalui lubang-lubang kecil. Setelah semua udara yang keluar, pada akhirnya uap ini berhenti keluar. Hal ini terjadi apabila keadaan kesetimbangan dicapai, yaitu tekanan uap cairan dalam labu erlenmeyer sama dengan tekanan udara luar.
Pada keadaan kesetimbangan ini, labu erlenmeyer hanya berisi uap cairan dengan tekanan T
R BM
P( )
RT x BM V m P atau nRT
PV
sama dengan tekanan atmosfer, volume sama dengan volume labu erlenmeyer, dan suhu sama dengan titik didih air dalam penangas air (kira-kira 100oC). Labu erlenmeyer ini kemudian diambil dari penangas air, didinginkan dan ditimbang sehingga massa gas yang terdapat di dalamnya dapat diketahui. Kemudian dengan menggunakan persamaan 3, maka berat molekul senyawa tersebut dapat diketahui (Tony Bird, 1987).
Kloroform
Kloroform adalah nama umum untuk triklorometana (CHCl3). Kloroform dikenal karena sering digunakan sebagai bahan pembius, meskipun kebanyakan digunakan sebagai pelarut nonpolar di laboratorium atau industri. Wujudnya pada suhu ruang berupa cairan, namun mudah menguap. (Wikipedia, 2013)
Pada suhu normal dan tekanan, kloroform adalah cairan yang sangat mudahmenguap, jernih, tidak berwarna, berat, sangat bias, tidak mudah terbakar. massa molar secara teoritis sebesar119,38 g/mol. Densitas senyawa ini sebesar 1,48 g/cm3 dengan titik lebur sebesar - 63,5 °C dan titik didih sebesar 61,2 °C. Kelarutan dalam air 0,8 g/100 ml pada 20°C dengan bentuk molekul tetrahedral (Anonim, 2013).
Faktor Koreksi
Nilai berat molekul (BM) hasil perhitungan akan mendekati nilai sebenarnya, tetapi juga terkadang terdapat kesalahan. Ketika labu erlenmeyer kosong ditimbang, labu ini penuh dengan udara. Setelah pemanasan dan pendinginan dalam desikator, tidak semua uap cairan ke bentuk cairannya, sehingga akan mengurangi jumlah udara yang masuk kembali ke dalam labu erlenmeyer. Jadi massa labu erlenmeyer dalam keadaan ini lebih kecil daripada massa labu erlenmeyer dalam keadaan semua uap cairan kembali ke bentuk cairnya. Oleh karena itu, massa cairan yang sebenarnya harus ditambahkan dengan massa udara yang tidak dapat masuk kembali ke dalam labu erlenmeyer karena adanya uap cairan yang tidak mengembun.
Massa udara tersebut di atas dapat dihitung dengan mengasumsikan bahwa tekanan parsial udara yang tidak dapat masuk sama dengan tekanan uap cairan pada suhu kamar, dengan faktor koreksi:
Dimana, P adalah tekanan uap (mmHg) dan t adalah suhu (oC). Jadi dengan menggunakan rumus di atas, tekanan uap pada berbagai suhu dapat diketahui.
Dengan menggunakan nilai tekanan uap pada suhu kamar, bersama-sama dengan data mengenai volume labu erlenmeyer dan berat molekul udara (28,8 gram/mol) dapat dihitung
) 4 , 227 (
03 , 1163 90328
, log 6
t
P
faktor koreksi yang harus ditambahkan pada massa cairan. Dengan menggunakan faktor koreksi akan dapat diperoleh nilai berat molekul (BM) yang lebih tepat (Bird, 1987).
III. ALAT DAN BAHAN Tabel alat
No. Nama alat Ukuran Jumlah
1 Labu erlenmeyer 100 mL 2 buah
2 Gelas kimia 500 mL 1 buah
3 Pipet tetes - 2 buah
4 Karet gelang - 4 buah
5 Jarum - 1 buah
6 Neraca analitik - 1 buah
7 Desikator - 1 buah
8 Gelas ukur 5 mL 1 buah
9 Aluminium foil 10 cm x 10 cm 2 lembar
10 Statif dan klem - 1 buah
11 Termometer - 1 buah
Tabel bahan
No. Nama bahan Konsentrasi Jumlah
1 Cairan volatil yaitu kloroform (CHCl3)
- 5 mL
2 Sampel unknown - 5 mL
IV. PROSEDUR KERJA DAN HASIL PENGAMATAN
No. PROSEDUR KERJA HASIL PENGAMATAN
Senyawa Kloroform
1 Sebuah labu erlenmeyer berleher kecil diambil yang bersih dan kering, kemudian ditutup dengan aluminium foil, serta dikencangkan dengan menggunakan karet gelang.
Labu erlenmeyer yang digunakan berukuran 100 mL dengan massa labu erlenmeyer adalah 66,37 gram. Labu erlenmeyer ditutup dengan aluminium foil, serta dikencangkan dengan menggunakan karet gelang.
2 Labu erlenmeyer beserta aluminium foil dan karet gelang tersebut ditimbang dengan menggunakan neraca analitik.
Setelah ditimbang, diperoleh massa labu erlenmeyer beserta aluminium foil dan karet gelang adalah 66,64 gram.
3 Sebanyak ± 5 mL larutan CHCl3, dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer, ditutup kembali dengan kertas aluminium foil dan dikencangkkan lagi dengan karet gelang, sehingga tutup ini bersifat kedap gas. Kemudian dibuat sebuah lubang kecil pada aluminium foil dengan menggunakan jarum, agar uap dapat keluar.
Cairan volatil yang digunakan adalah senyawa CHCl3 berupa larutan bening tak berwarna.
Sebanyak 5 mL larutan kloroform (CHCl3) tersebut dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer, kemudian labu ditutup kembali dengan aluminium foil, dikencangkkan lagi dengan karet gelang, dan dibuat lubang kecil pada aluminium foil.
4 Labu erlenmeyer tersebut direndam dalam penangas air bersuhu ± 100oC dengan ketinggian air ± 1 cm di bawah aluminium foil. Labu erlenmeyer tersebut dibiarkan dalam penangas air sampai semua larutan
Labu erlenmeyer tersebut direndam dalam penangas air bersuhu ± 950C sedemikian rupa, sehingga air ± 1 cm di bawah aluminium foil
kloroform (CHCl3) menguap. Selanjutnya suhu penangas air tersebut dicatat.
Labu direndam sampai semua larutan kloroform (CHCl3) menguap.
5 Setelah semua larutan kloroform (CHCl3) dalam labu erlenmeyer menguap, labu erlenmeyer tersebut diangkat dan bagian luar labu erlenmeyer dikeringkan dengan lap. Selanjutnya labu didinginkan dalam desikator.
Setelah semua larutan kloroform (CHCl3) dalam labu erlenmeyer menguap, labu erlenmeyer tersebut dikeringkan dengan lap dan didinginkan dalam desikator, sehingga udara masuk kembali ke dalam labu erlenmeyer melalui lubang kecil dan uap senyawa CHCl3 yang terdapat dalam labu erlenmeyer akan mengembun kembali menjadi cairan.
6 Labu erlenmeyer yang telah dingin ditimbang dengan neraca analitik(tutup aluminium foil beserta karet gelang tidak dilepaskan saat ditimbang).
Labu erlenmeyer yang telah dingin, kemudian ditimbang dan diperoleh massa hasil penimbangan yaitu 67,14 gram.
7 Volume labu erlenmeyer ditentukan dengan jalan mengisi labu erlenmeyer dengan air sampai penuh dan mengukur massa air yang terdapat dalam labu erlenmeyer. Suhu air dalam labu erlenmeyer diukur pula. Jadi volume air dapat diketahui, apabila massa jenis air pada suhu air dalam labu erlenmeyer diketahui dengan rumus: V
m
Labu erlenmeyer diisi dengan air sampai penuh dan massa air + labu erlenmeyer adalah 209,70 gram. Massa labu erlenmeyer 66,37 gram. Massa air (209,70 -66,37) gram = 143,33 gram.
Suhu air dalam labu erlenmeyer adalah 28oC (ρ air = 0,9963 gram/mL)
8 Tekanan atmosfer diukur dengan menggunakan barometer.
Tekanan atmosfer setelah diukur dengan barometer adalah 763 mmHg.
Zat Unknown X
1 Sebuah labu erlenmeyer berleher kecil diambil yang bersih dan kering, kemudian ditutup dengan aluminium foil, serta dikencangkan dengan menggunakan karet gelang.
Labu erlenmeyer yang digunakan berukuran 125 mL dengan massa labu erlenmeyer adalah 78,83 gram.
Labu erlenmeyer ditutup dengan aluminium foil, serta dikencangkan dengan menggunakan karet gelang.
2 Labu erlenmeyer beserta aluminium foil dan karet gelang tersebut ditimbang dengan menggunakan neraca analitik.
Setelah ditimbang, diperoleh massa labu erlenmeyer beserta aluminium foil dan karet gelang adalah 79,14 gram.
3 Sebanyak ± 5 mL zat unknown, dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer, ditutup kembali dengan kertas aluminium foil dan dikencangkkan lagi dengan karet gelang, sehingga tutup ini bersifat kedap gas. Kemudian dibuat sebuah lubang kecil pada aluminium foil dengan menggunakan jarum, agar uap dapat keluar.
Cairan volatil yang digunakan adalah zat unknown berupa larutan bening tak berwarna.
Sebanyak 5 mL zat unknown tersebut dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer, kemudian labu ditutup kembali dengan aluminium foil, dikencangkkan lagi dengan karet gelang, dan dibuat lubang kecil pada aluminium foil.
4 Labu erlenmeyer tersebut direndam dalam penangas air bersuhu ± 100oC dengan ketinggian air ± 1 cm di bawah aluminium
Labu erlenmeyer tersebut direndam dalam penangas air sedemikian rupa, sehingga air
± 1 cm di bawah aluminium foil.
foil. Labu erlenmeyer tersebut dibiarkan dalam penangas air sampai semua larutan zat unknown menguap. Selanjutnya suhu penangas air tersebut dicatat.
Labu direndam sampai semua larutan zat unknown menguap suhu penangas air saat itu 690C.
5 Setelah semua larutan zat unknown dalam labu erlenmeyer menguap, labu erlenmeyer tersebut diangkat dan bagian luar labu erlenmeyer dikeringkan dengan lap.
Selanjutnya labu didinginkan dalam desikator.
Setelah semua larutan zat unknown dalam labu erlenmeyer menguap, labu erlenmeyer tersebut dikeringkan dengan lap dan didinginkan dalam desikator, sehingga udara masuk kembali ke dalam labu erlenmeyer melalui lubang kecil dan uap zat unknown yang terdapat dalam labu erlenmeyer akan mengembun kembali menjadi cairan.
6 Labu erlenmeyer yang telah dingin ditimbang dengan neraca analitik (tutup aluminium foil beserta karet gelang tidak dilepaskan saat ditimbang).
Labu erlenmeyer yang telah dingin, kemudian ditimbang dan diperoleh massa hasil penimbangan yaitu 79,405 gram.
7 Volume labu erlenmeyer ditentukan dengan jalan mengisi labu erlenmeyer dengan air sampai penuh dan mengukur massa air yang terdapat dalam labu erlenmeyer. Suhu air dalam labu
Labu erlenmeyer diisi dengan air sampai penuh dan massa air + labu erlenmeyer adalah 227,79 gram. Massa labu erlenmeyer 78,83 gram. Massa air (227,79 -78,83) gram = 148,96 gram.
erlenmeyer diukur pula. Jadi volume air dapat diketahui, apabila massa jenis air pada suhu air dalam labu erlenmeyer diketahui dengan rumus: V
m
Suhu air dalam labu erlenmeyer adalah 29oC (ρ air = 0,996 gram/mL)
.
8 Tekanan atmosfer diukur dengan menggunakan barometer.
Tekanan atmosfer setelah diukur dengan barometer adalah 763 mmHg.
V. PEMBAHASAN
a. Penentuan Berat Molekul CH3Cl (Kloroform)
Praktikum penentuan berat molekul senyawa volatil CHCl3 berdasarkan pengukuran massa jenis gas CHCl3 telah dilakukan. Adapun untuk penentuan berat molekul senyawa volatil CHCl3 didapatkan data sebagai berikut:
Pengamatan Data Hasil Percobaan
Massa labu Erlenmeyer, aluminium foil, karet gelang dan pengembunan uap kloroform
67,14 gram
Massa labu Erlenmeyer, aluminium foil dan karet gelang 66,64 gram
Massa cairan kloroform 0,5 gram
Massa labu Erlenmeyer dan air 209,70 gram
Massa labu erlenmeyar 66,37 gram
Massa air 143,33 gram
Suhu air yang terdapat dalam labu erlenmeyer 28oC (=0,9963 g/ml)
Suhu penangas air 80oC
Tekanan atmosfer 763 mmHg = 1,003 atm
Perhitungan berat molekul CHCl3 dari data yang diperoleh di atas dapat dilakukan dengan perhitungan langsung tanpa faktor koreksi dan dengan faktor koreksi, untuk tanpa faktor koreksi adalah sebagai berikut:
