Tugas Praktikum Kimia Fisika II :Kelarutan Sebagai Fungsi Temperatur

KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI TEMPERATUR 

By:Beth PAnjaitan..........
www.bethpanjaitan.blogspot.com

Larutan merupakan campuran homogen dari molekul, atom, atau ion dari dua zat atau lebih. Suatu larutan dikatakan homogeny karena susunanya begitu seragamsehingga tidak dapat diamati adanya bagian bagian yang berlainan. Sedangkancampuran atau larutan heterogen susunan fasa fasanya terpisah. Zat terlarut adalahsuatu zat penyusun larutan yang jumlahnya sedikit dibandingkan pelarutLarutan jenuh adalah larutan yang telah mengandung zat terlarut melebihikonsentrasi maksimum (tidak dapat ditambah lagi). Larutan lewat

jenuh (endapan)adalah larutan yang mengandung zat terlarut melebihi konsentrasi maksimumyang akhirnya mengendap (dimana akan terjadi endapan pada larutan) Faktor faktor yang mempengaruhi kelarutan :

1.Temperatur 

Pada saat temperatur ditingkatkan, jumlah zat padat yang bias melarutmeningkat. Sedangkan gas berlaku sebaliknya. Saat temperature dinaikkan,jumlah gas yang bias melarut menurun. Hal ini bias menjelaskan kenapa ikanbias hidup di danau yang airnya memiliki temperatur yang rendah, karenasemakin dingin air tersebut, maka oksigen terlarut semakin banyak.

2.Tekanan

Untuk gas, kelarutan seluruh gas dalam cairan meningkat denganmeingkatnya temperature. Jika tekanan gas yang berada diatas larutan lebihtinggi dari tekanan dalam larutan tersebut, maka akan lebih banyak jumlahgas yang dapat melarut dalam larutan tersebur. Tekanan tidak terlaluberpengaruh pada kelarutan dan cairan 

   

   

3.Likes dissolve likes

   

Istilah ini digunakan untuk membantu mengingat bagaimana zat terlarut danpelarutnya berinteraksi. Ini menunjukan jenis ikatan zat terlarut dan pelarut.Zat terlarut ionik larut dalam pelarut ionik, dan zat terlarut kovalen larutdalam pelarut kovalen. Gasoline merupakan kovalen non polar dan tidak tercampur dengan baik dengan air (pelarut yang sangat polar). Dari sinilahkita bisa mengatakan bahwa minyak dan air itu tidak bisa bercampur Faktor factor yang mempengaruhi jumlah zat terlarut yang akan melarut :

1.Pelarutan padatan dalam cairan

   Meningkatnya temperature akan meningkatkan kelarutan

2.Pelarutan gas dalam cairan

  -Besarnya tekanan akan meningkatkan kelarutan

  -Besarnya temperatur akan menurunkan kelarutan

Pengukuran kelarutan dinyatakan dalam gram zat terlarut per 100 grampelarut pada temperature yang diberikan. Untuk menunjukan kelarutan suatu zatterlarut dalam sebagian pelarut pada temperature yang berbeda beda dinyatakandalam kurva kelarutan. Pada kurva ini bias terdapat banyak zat terlarut yangberbeda beda. Ingat bahwa ketika temperatur meningkat, jumlah zat terlarut akanmenurun sehingga grafiknya akan membentuk kurva miring kekiri 

Pada larutan jenuh terjadi keseimbangan antara zat terlarut dalam larutandan zat yang tidak terlarut. Dalam keseimbangan ini kecepatan melarut samadengan kecepatan mengendap yang berarti konsentrasi zat dalam larutan akanselalu tetap. Proses keseimbangan ini akan bergeser apabila dilakukan perubahanyang dikenakan pada system tersebut.

Jika keseimbangan diganggu, misalnya dengan merubah temperature,maka konsentrasi larutannya akan beubah. Menurut Vant Hoff pengaruhtemperature terhadap kelarutan dapat dinyatakan sebagai berikut : 

          d ln s / dt    =H/Rt"

Persamaan ini merupakan expresi secara sistematis azas Le Chatelier. Jikapersamaan ini diintegralkan dari T1 ke T2, maka akan menghasilkan :

Ln s    = -H/R x 1/ T+ C

S1, S2  =  Kelarutan zat pada temperature  T1 dan T2 (mol/100 gram solvent)H  =  Panas pelarutan permol selR  =  Konstanta umum gasC  =  Konstanta integrasiPanas pelarutan ini adalah panas yang diserap jika 1 mol padatandilarutkan dalam larutan yang sudah dalam keadaan jenuh. Hal ini berbeda denganpanas pelarutan untuk larutan encer yang biasa terdapat dalam table panaspelarutan. Panas pelarutan biasanya terdapat dalam table merupakan panaspengenceran dari keadaan jenuh menjadi encer Pada umumnya panas pelarutan bernilai positif, sehingga menurut VantHoff kenaikan temperature akan meningkatkan jumlah zat yang terlarut. Begitusebaliknya

Secara kuantitatif,kelarutan suatu zat dinyatakan sebagai suatu konsentrasi zat terlarut di dalam larutan jenuhnya pada suhu dan tekanan tertentu. Kelarutan dinyatakan dalam satuan mililiter pelarut yang dapat melarutkan satu gram zat. Misalnya 1 gr asam salisilat akan larut dalam 550 ml air. Suatu kelarutan juga dapat dinyatakan dalam satuan molalitas, molaritas dan persen.

Pelepasan zat aktif dari suatu bentuk sediaannya sangat dipengaruhi oleh sifat-sifat kimia dan fisika zat tersebut serta formulasinya.

Disamping itu. Selain faktor-faktor diatas terdapat juga  faktor-faktor lain  yang dapat mempengaruhi kelarutan suatu zat antara lain :

- pH

- temperature

- jenis pelarut

- bentuk dan ukuran partikel zat

- konstanta dielektrik pelarut

- adanya zat-zat lain, misalnya surfaktan pembentuk kompleks, ion sejenis dll.

1. Pengaruh pH

Zat aktif yang sering digunakan di dalam dunia pengobatan umumnya adalah Zat organik yang bersifat asam lemah, dimana kelarutannya sangat dipengaruhi oleh pH pelarutnya. Kelarutan asam-asam organik lemah seperti barbiturat dan sulfonamida dalam air akan bertambah dengan naiknya pH karena terbentuk garam yang mudah larut dalam air. Sedangkan basa-basa organik lemah seperti alkoholida dan anastetika lokal pada umumnya sukar larut dalam air. Bila pH larutan diturunkan dengan penambahan asam kuat maka akan terbentuk garam yang mudah larut dalam air.

Hubungan antara pH dengan kelarutan asam dan basa lemah digambarkan oleh persamaan sebagai berikut
Untuk asam lemah :

pHp = pKw + log S-So/So

Untuk basa lemah :

pHp = pKw - pKb + log S – So/So

Keterangan :

pHp = harga pH terendah/tertinggi dimana zat yang berbentuk asam atau basa lemah masih dapat larut.

S = Konsentrasi molar zat dalam yang ditambahkan

So = Kelarutan molar fraksi asam atau basa yang tidak terdisosiasi

2. Pengaruh temperatur (suhu)

Kelarutan zat padat dalam larutan ideal tergantung kepada temperatur, titik leleh zat padat dan panas peleburan molar zat tersebut. Kelarutan suatu zat padat dalam air akan semakin tinggi bila suhunya dinaikan. Adanya panas (kalor) mengakibatkan semakin renggangnya jarak antar molekul zat padat tersebut. Merenggangnya jarak antar molekul zat padat menjadikan kekuatan gaya antar molekul tersebut menjadi lemah sehingga mudah terlepas oleh gaya tarik molekul-molekul air. Berbeda dengan zat padat, adannya pengaruh kenaikan suhu akan menyebabkan kelarutan gas dalam air berkurang. Hal ini disebabkan karena gas yang terlarut di dalam air akan terlepas meninggalkan air bila suhu meningkat.

3. Pengaruh jenis pelarut

Kelarutan suatu zat sangat dipengaruhi oleh polaritas pelarut. Pelarut polar akan melarutkan lebih baik zat-zat polar dan ionik, begitu pula sebaliknya. Kelarutan juga bergantung pada struktur zat, seperti perbandingan gugus polar dan non polar dari suatu molekul. Makin panjang rantai gugus non polar suatu zat, makin sukar zat tersebut larut dalam air. Menurut Hilderbrane : kemampuan zat terlarut untuk membentuk ikatan hidrogen lebih pentig dari pada kemolaran suatu zat. Senyawa polar (mempunyai kutub muatan) akan mudah larut dalam senyawa polar. Misalnya gula, NaCl, alkohol, dan semua asam merupakan senyawa polar sehingga mudah larut dalam air yang juga merupakan senyawa polar.

Sedangkan senyawa nonpolar akan mudah larut dalam senyawa nonpolar, misalnya lemak mudah larut dalam minyak. Senyawa nonpolar umumnya tidak larut dalam senyawa polar, misalnya NaCl tidak larut dalam minyak tanah.

Pelarut polar bertindak sebagai pelarut dengan mekanisme sebagai berikut :

- Mengurangi gaya tarik antara ion yang berlawanan dalam Kristal.

- Memecah ikatan kovalen elektrolit-elektrolit kuat, karena pelarut ini bersifat amfiprotik.

- Membentuk ikatan hidrogen dengan zat terlarut.

Pelarut non polar tidak dapat mengurangi daya tarik-menarik antara ion-ion karena konstanta dielektiknya yang rendah. Iapun tidak dapat memecahkan ikatan kovalen dan tidak dapat membentuk jembatan hidrogen. Pelarut ini dapat melarutkan zat-zat non polar dengan tekanan internal yang sama melalui induksi antara aksi dipol. Pelarut semi polar dapat menginduksi tingkat kepolaran molekul-molekul pelarut non polar. Ia bertindak sebagai perantara (Intermediete Solvent) untuk mencampurkan pelarut non polar dengan non polar.

4. Pengaruh bentuk dan ukuran partikel

Kelarutan suatu zat akan naik dengan berkurangnya ukuran partikel suatu zat, sesuai dengan persamaan berikut :

Log S/So = 2 v/2,303 RTr

Keterangan :

 S = kelarutan dari partikel halus

So = kelarutan zat padat yang ukuran partikelnya lebih besar

 r = Tegangan permukaan partikel zat padat

 v = volume partikel dalam cm2 per mol

R = jari-jari akhir partikel dalam cm2

T = temperatur absolute

Konfigurasi molekul dan bentuk susunan kristal juga berpengaruh terhadap kelarutan zat. Partikel yang bentuknya tidak simetris lebih mudah larut bila dibandingkan dengan partikel yang bentuknya simetris.

5. Pengaruh konstanta dielektrik

Kelarutan suatu zat sangat dipengaruhi oleh polaritas pelarut. Pelarut polar mempunyai konstanta dielektrik yang tinggi dapat melarutkan zat-zat non polar sukar larut di dalamnya, begitu pula sebaliknya. Besarnya tetapan dielektrik ini menurut moore dapat diatur dengan penambahan pelarut lain. Tetapan dielektrik suatu campuran pelarut merupakan hasil penjumlahan dari tetapan dielektrik masing-masing yang sudah dikalikan dengan % volume masing-masing komponen pelarut.

Adakalanya suatu zat lebih mudah larut dalam pelarut campuran dibandingkan pelarut tunggalny. Fenomena ini dikenal dengan istilah co-solvency dan pelarut yang mana dalam bentuk campuran dapat menaikkan kelarutan suatu zat diseut co-solvent. Etanol, gliserin dan propilen glikol adalah co-solvent yang umum digunakan dalam bidang farmasi untuk pembuatan eliksir.

6. Pengaruh penambahan zat-zat lain

Surfaktan adalah suatu zat yang sering digunakan untuk menaikan kelarutan suatu zat. Molekul surfaktan terdiri atas dua bagian yaitu bagian polar dan non polar.apabila didispersikan dalam air pada konsentrasi yang rendah, akan berkumpul pada permukaan dengan mengorientasikan bagian polar ke arah air dan bagian non polar kearah udara, surfaktan mempunyai kecenderungan berasosiasi membentuk agregat yang dikenal sebagai misel. Konsentrasi pada saat misel mulai terbentuk disebut konsentrasi misel kritik

Tugas Praktikum Kimia Fisika II

SAPONIFIKASI ETIL ASETAT

Saponifikasi merupakan proses hidrolisis basa terhadap lemak dan minyak.Produknya, sabun yang terdiri dari garam asam-asam lemak. Fungsi sabun dalamkeanekaragaman cara adalah sebagai bahan pembersih. Sabun menurunkantegangan permukaan air, sehingga memungkinkan air untuk membasahi bahanyang dicuci dengan lebih efektif. Sabun bertindak sebagai suatu zat pengemulsiuntuk mendispersikan minyak dan sabun teradsorpsi pada butiran kotoran.(Keenan, 1980)

(kimiadahsyat.blogspot.com/10/11/2011

Grafik hubungan antara menit (t) dengan 1/(a-x) mmol

Reaksi penyabunan (saponifikasi) dengan menggunakan alkali adalah adalah reaksi trigliserida dengan alkali (NaOH atau KOH) yang menghasilkan sabun dan gliserin. Reaksi penyabunan dapat ditulis sebagai berikut :

C3H5(OOCR)3 + 3 NaOH -> C3H5(OH)3 + 3 NaOOCR

Reaksi pembuatan sabun atau saponifikasi menghasilkan sabun sebagai produk utama dan gliserin sebagai produk samping. Gliserin sebagai produk samping juga memiliki nilai jual. Sabun merupakan garam yang terbentuk dari asam lemak dan alkali. Sabun dengan berat molekul rendah akan lebih mudah larut dan memiliki struktur sabun yang lebih keras. Sabun memiliki kelarutan yang tinggi dalam air, tetapi sabun tidak larut menjadi partikel yang lebih kecil, melainkan larut dalam bentuk ion.

Konsentrasi Laju suatu reaksi dapat dinyatakan sebagai laju berkurangnya konsentrasisuatu pereaksi, atau sebagai laju bertambahnya konsentrasi suatu produk.

    Kecepatan Reaksi

Kecepatan reaksi adalah banyaknya konsentrasi (mol/liter) suatu zat yangdapat berubah menjadi zat lain dalam setiap satuan waktu. Pada umumnya kecepatanreaksi akan besar bila konsentrasi pereaksi cukup besar. Dengan berkurangnyakonsentrasi pereaksi sebagai akibat reaksi, maka akan berkurang pula kecepatannya.Secara umum kecepatan reaksi dapat dirumuskan sebagai berikut :V = k (A)x(B)y

dimana :V = kecepatan reaksik = tetapan laju reaksix = orde reaksi terhadap zat Ay = orde reaksi terhadap zat B(x + y) = orde reaksi keseluruhan(A) dan (B) = konsentrasi zat pereaksi(Anonim, 2000).

 Orde Rekasi

Orde  reaksi  adalah  banyaknya  faktor  konsentrasi  zat  reaktan  yangmempengaruhi kecepatan reaksi. Penentuan orde reaksi tidak dapat diturunkan daripersamaan reaksi tetapi hanya dapat ditentukan berdasarkan percobaan. Suatu reaksiyang diturunkan secara eksperimen dinyatakan dengan rumus kecepatan reaksi :v = k (A) (B)

2

Persamaan tersebut mengandung pengertian reaksi orde 1 terhadap zat A danmerupakan reaksi orde 2 terhadap zat B. Secara keselurahan reaksi tersebut adalahreaksi orde 3. Orde reaksi berkaitan dengan pangkat dalam hukum laju reaksi, reaksiyang berlangsung dengan konstan, tidak bergantung pada konsentrasi pereaksidisebut orde reaksi nol. Reaksi orde pertama lebih sering menampakkan konsentrasitunggal dalam hukum laju, dan konsentrasi tersebut berpangkat satu.

Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui pengaruh variabel percobaan terhadap reaksi penyabunan etil asetat dengan NaOH, menghitung harga konstanta reaksi penyabunan (k) etil asetat dengan NaOH, membandingkan hasil percobaan dengan perhitungan model matematis reaksi penyabunan pada reaktor ideal aliran kontinyu

Kemudian manfaaat dari percobaan ini adalah agar mahasiswa dapat mengetahui pengaruh variabel percobaan terhadap reaksi penyabunan etil asetat dengan NaOH, dapat menghitung harga konstanta reaksi penyabunan (k) etil asetat dengan NaOH, dan dapat membandingkan hasil percobaan dengan perhitungan model matematis reaksi penyabunan pada reaktor ideal aliran kontinyu

Percobaan ini dapat dilakukan dengan dua cara yaitu batch dan kontinyu. Pada percobaan batch tidak ada input dan output. Sedangkan pada percobaan kontinyu ada 3 tahap:

Tahap pertama dimulai pada saat t=0 sampai terjadi overflow. Pada tahap ini outputnya sama dengan nol

Tahap kedua, pada tahap ini proses berjalan kontinyu, namun belum tercapai kondisi steady state. Pada tahap ini volume konstan sehingga dv/dt=0

Tahap ketiga proses berjalan dalam keadaan steady state dan akumulasi

Dalam percobaan ini terjadi reaksi:

CH₃COOC₂H₅ +  NaOH  ====>   CH₃COONa    +    C₂H₅OH        ∆H =-91091 j/mol

Karena harga ∆H nya bernilai negatif maka reaksi yang berlangsung adalah reaksi eksotermis yang menghasilkan panas.

Dalam percobaan RIAK ini ada beberapa faktor yang mempengaruhi harga konstanta kecepatan reaksi (k)

1.)    Luas permukaan sentuh

Suatu reaksi mungkin melibatkan pereaksi dalam bentuk padat. Luas permukaan zat padat akan bertambah jika ukurannya diperkecil. Pada campuran pereaksi yang heterogen, reaksi hanya terjadi pada bidang batas campuran yang selanjutnya disebut bidang sentuh. Oleh karena itu, makin luas bidang sentuh makin banyak reaksi yang terjadi sehingga reaksi semakin cepat.

2.)    Konsentrasi pereaksi

Konsentrasi berhubungan dengan frekuensi tumbukan. Semakin besar konsentrasi, semakin besar pula kemungkinan partikel saling bertumbukan sehingga reaksi semakin cepat dan harga k semakin besar.

3.)    Suhu

Untuk dapat bereaksi, setiap partikel harus mencapai energi aktivasi. Dalam keadaan normal, hanya sebagian kecil molekul yang mencapai energi aktivasi. Jika suhu dinaikkan, energi molekul akan meningkat sehingga semakin banyak molekul yang mencapai energi aktivasi dan reaksi berlangsung lebih cepat. Peningkatan suhu juga menyebabkan molekul bergerak lebih cepat sehingga meningkatkan frekuensi tumbukan. Jika tumbukan yang terjadi semakin banyak, reaksi berlangsung semakin cepat.

Cara kerja praktikum ini adalah sebagai berikut:

1.)    Batch

1.              Siapkan reagen yang dibutuhkan: etil asetat, HCl, NaOH

2.              Masukkan etil asetat dan NaOH dengan volume yang sama ke dalam reaktor batch

3.              Ambil sampel beberapa ml tiap interval waktu tertentu, kemudian tambahkan indikator MO ke dalam sampel dan titrasi dengan HCl sampai warna merah orange. Titrasi dihentikan sampai volume titran yang digunakan 3 kali konstan.

4.              Dengan perhitungan dapat diperoleh nilai Ca (konsentrasi NaOH sisa)

2.)    Kontinyu

1.              Siapkan reagen yang dibutuhkan: etil asetat, HCl, NaOH

2.              Masukkan etil asetat dan NaOH ke dalam tangki umpan masing-masing.

3.              Alirkan masing-masing reaktan ke dalam CSTR yang kosong dan menjaga konstan laju alirnya serta mereaksikannya.

4.              Ambil sampel beberapa ml tiap interval waktu tertentu, kemudian tambahkan indikator MO ke dalam sampel dan titrasi dengan HCl sampai warna merah orange. Titrasi dihentikan sampai volume titran yang digunakan 3 kali konstan.

5.              Dengan perhitungan dapat diperoleh nilai Ca (konsentrasi NaOH sisa)

Aplikasi dalam industri

1.)    Untuk reaktor polimerisasi yang memproduksi polimer yang digunakan dalam produk plastik seperti pendingin polistirena

2.)    Tangki berpengaduk yang dilengkapi dengan pengaduk sistem gas inducing dapat dijadikan sebagai salah satu alternatif peralatan absorbsi dll

Persamaan Laju

Mengingat pada reaksi kimia pereaksi A terurai menghasilkan produk B dan C

            A + B                        C

Selama terjadi reaksi konsentrasi A berkurang  dan saat itu pada saat itu konsentrasi B dan C meningkat.Bentuk grafik konsentrasi-waktu untu A diperlihatkan pada ganbar .

               

                    KONSENTRASI

                                                     WAKTU

Gambar 2.1 Bentuk kurva konsentrasi –waktu

            Beberapa laju dihasilkan oleh perubahan pada pengukuran kuantitas dengan waktu, dan laju pada reaksi kimia digambarkan  dalam hal perubahan konsentrasi pereaksi yang dihasilkan dengan waktu tertentu. Laju reaksi pada waktu t pada kurva menghasilkan slope dengan waktu, menghasilkan persamaan pengurangan  konsentrasi A per waktu. Laju dapat juga menghasilkan persamaan meningkatnya konsentrasi  B atau C per waktu.

           

laju reaksi kimia digambarkan sebagai laju peruraian atau hilangnya pereaksi atau laju pembentukan produk.

            Gambar 2.1 menunjukkan bahwa laju reaksi perubahan selama reaksi. Laju pada saat maksimum ditunjukkan, sebagai berkurangnya proses reaksi. Pada saat itu didapatkan laju reaksi tergantung pada konsentrasi pereaksi, itu dapat dianggap konsentrasi A pada reaksi di atas berkurang.Sehingga,

           

dimana n adalah konstannta dikenal sebagai orde reaksi. Hubungan antara laju dan konsentrasi persamaan laju dan bentuk yang dapat dibuat

           

dimana kr adalah tetapan untuk beberapa reaksi tergantung temperatur dan disebut sebagai tetapan laju. Persamaan laju menyatakan bagaimana laju yang berbeda pada tahap-tahap dasar dengan konsentrasipereaksi; konsentrasi produk tidak melibatkan tanda.

Orde Reaksi

            Jika reaksi di atas diperoleh secara percobaaan laju secara langsung banding dengan  konsentrasi A, reaksi dikatakan orde pertama

                                                                                        (2.1)

            jika laju yang diperoleh tergantung pada kuadrat konsentrasi A, reaksi dapat dikatakna orde kedua, 

                                                                                       (2.2)

            Untuk  proses yang berbeda

            A + B                C + D

jika persamaan laju yang di dapat menjadi

                                                        (2.3)

reaksi adalah orde dua : orde pertama terhadap A dan orde pertama terhadap B

            Secara umum untuk reaksi

            A + B +   C  +     …                 Produk

            Laju  =                                          (2.4)

Orde reaksi reaksinya adalah penjumlahan ekponn n₁ + n₂ + n₃ + … ; orde terhadap Aadalah n₁ , terhadap B adalah n₂ dan terhadap C adalah n₃  dan seterusnya.

Tetapan Laju

Konstanta laju yang ada digunakan untuk mengukur laju reaksi kimia pada temperatur tertentu. Itu penting untuk menentukan bahwa satuan tetapan laju tergantung pada oder reaksi.

            Sebagai contoh, persamaan laju orde pertama adalah

           

sehingga

           

oleh karena itu, untuk semua proses orde pertama, satuan tetapan laju yang dimiliki k_r adalah waktu^-1

            Untuk reaksi orde dua persamaan laju bentuknya adalah

            Laju = k_r (konsentrasi)²

Sehingga tetapan laju orde dua memiliki satuan konsentrasi^-1 waktu^-1 , sebagai contoh dm³ mol^-1 s^-1 .

            Secara umum tetapan laju untuk reaksi orde ke-n memiliki satuan (konsentrasi)^1-n  waktu^-1 .Dari satuan ini dapa dilihat bahwa bentuk satuan untuk reaksi orde nol adalah mol dm^-3 s^-1 dan untuk reaksi orde tiga adalah dm⁶ mol^-2 s^-1

 Penentuan Orde Reaksi dan Tetapan Laju

            Sejauh ini persamaan laju yang digunakan adalah semua permaan differensial. Jika grafik konsentrasi waktu digambarkan seperti gambar 2.1, laju reaksi diukur secara langsung dari slope pada grafik. Tangen A adalah gambar pada kurva pada titik-titik yang berbeda dan diperoleh -dc/dt. Slope awal pada grafik ini menghasilkan laju awal, dan untuk proses orde dua persamaan 2.4 menjadi

            (laju) _{r = 0}  =  k_r[A]₀[B]₀

dimana [A]₀ dan [B]₀ adalah konsentrasi awal A dan B. Satu contoh yang digunakan pada cara ini untuk menentukan tetapan laju yang digambaran pada bab3.

            Saat pengukuran laju awal tidak mudah, itu leih baik untuk mengintegrasi persamaan laju.Integrasi persaman laju menghasilkan hubungan antara tetapan laju dan laju perubahan kimia untuk beberapa reaksi.Bentuk persamaan tegantung pada orde reaksi.Kesimpulan bentuk hukum laku yang berbeda diberikan pada tabel 2.1 hal 24.

 Persamaan Laju Integrasi Oder Pertama

Nilai a-x ditentukan secara percobaan dengan satu metode yang digambarkan pada bab 3 dimana semua percobaan kinetika pada waktu t yang berbeda. Nilai-nilai tersebut disubtitusikan pada persamaan 2.7 dan nilai rata-ratatetapan laju dapat ditentukan

Dari persamaan 2.7 dapat dilihat bahwa gambar pada log₁₀ (a/a-x) dengan t akan diperoleh garis lurus dengan persamaan slope k_r/2,303 jika reaksi orde pertama.Persamaan 2.7 dapat disusun kembali menghasilkan

                                                    (2.8)

gambar pada log₁₀ (a/a-x) dengan t akan diperoleh garis lurus dengan persamaan slope -k_r/2,303. Jika data laju yang didapat menghasilkan gambar yang lurus pada reaksi orde pertama, dan tetapan laju ditentukan dari slope. Secara grafik penentuan Kr lebih memuaskan daripada metode (i).

Untuk proses orde pertama, waktu yang dibutuhkan konsentrasi pereaksi berkurang dengan fraksi tertentu dari konsentrasi awal yang tidak bergantung konsentrasi awal

           

 Persamaan Laju integrasi orde ke dua

            Reaksi meliputi dua preaksi

            Mengingat reaksi

A  +  B                       Produk

Misalkan pada tahap awal konsentrasi A dan B menjadi a dan b. Misalkan x pengurangan konsentrasi A dan B pada waktu t. Pada waktu t konsentrasi A dan B berturut-turut menjadi a - x dan b - x. Persamaan laju

             menjadi

Tugas dari.Kak Junita Permatasari Bangun...
semoga cepat dapat kerja GB

Tugas Praktikum Laboratorium Kimia Fisika

Destilasi campuran larutan biner

larutan biner yaitu larutan yg mengandung dua atau lebih zat yg dapat melarut dengan baik.

Umpan campuran biner (2-propanol dan ethyl acetate) hendak dimurnikan dengan cara distilasi dan kedua aliran produk pemisahan diharapkan memiliki kemurnian 99,8%-mol. Umpan tersedia pada kondisi tekanan atmosferik dan temperatur ambien. Terdengar familiar di telinga anda? Setidaknya Anda tidak boleh lupa bahwa 2-propanol dan etyhl acetate ialah campuran azeotrop. Bila Anda lupa atau bahkan belum mengerti tentang campuran azeotrop, mungkin penjelasan singkat ini bisa sedikit membantu.

Apa itu azeotrop? Azeotrop merupakan campuran 2 atau lebih komponen pada komposisi tertentu dimana komposisi tersebut tidak bisa berubah hanya melalui distilasi biasa. Ketika campuran azeotrop dididihkan, fasa uap yang dihasilkan memiliki komposisi yang sama dengan fasa cairnya. Campuran azeotrop ini sering disebut juga constant boiling mixture karena komposisinya yang senantiasa tetap jika campuran tersebut dididihkan. Untuk lebih jelasnya, perhatikan ilustrasi berikut :

Titik A pada pada kurva merupakan boiling point campuran pada kondisi sebelum mencapai azeotrop. Campuran kemudian dididihkan dan uapnya dipisahkan dari sistem kesetimbangan uap cair (titik B). Uap ini kemudian didinginkan dan terkondensasi (titik C). Kondensat kemudian dididihkan, didinginkan, dan seterusnya hingga mencapai titik azeotrop. Pada titik azeotrop, proses tidak dapat diteruskan karena komposisi campuran akan selalu tetap. Pada gambar di atas, titik azeotrop digambarkan sebagai pertemuan antara kurva saturated vapor dan saturated liquid. (ditandai dengan garis vertikal putus-putus)

Bagaimana? Cukup jelas bukan? Secara logis, hasil distilasi biasa tidak akan pernah bisa melebihi komposisi azeotropnya. Lalu, adakah trik engineering tertentu yang dapat dilakukan untuk mengakali keadaan alamiah tersebut? Nah, kita akan membahas contoh kasus pemisahan campuran azeotrop propanol-ethyl acetate.

PFD Diagram: Simulasi distilasi biner campuran azeotrop propanol-ethyl acetate dengan menggunakan HYSYS.

Dalam pemisahan campuran propanol-athyl acetate, digunakan metode pressure swing distillation. Prinsip yang digunakan pada metode ini yaitu pada tekanan yang berbeda, komposisi azeotrop suatu campuran akan berbeda pula. Berdasarkan prinsip tersebut, distilasi dilakukan bertahap menggunakan 2 kolom distilasi yang beroperasi pada tekanan yang berbeda. Kolom distilasi pertama memiliki tekanan operasi yang lebih tinggi dari kolom distilasi kedua. Produk bawah kolom pertama menghasilkan ethyl acetate murni sedangkan produk atasnya ialah campuran propanol-ethyl acetate yang komposisinya mendekati komposisi azeotropnya. Produk atas kolom pertama tersebut kemudian didistilasi kembali pada kolom yang bertekanan lebih rendah (kolom kedua). Produk bawah kolom kedua menghasilkan propanol murni sedangkan produk atasnya merupakan campuran propanol-ethyl acetate yang komposisinya mendekati komposisi azeotropnya. Berikut ini gambar kurva kesetimbangan uap cair campuran propanol-ethyl acetate pada tekanan tinggi dan rendah.

Dari gambar pertama dapat dilihat bahwa feed masuk kolom pada temperatur 108,2 C dengan komposisi propanol 0,33. Pada kolom pertama (P=2,8 atm), komposisi azeotrop yaitu sebesar 0,5 sehingga distilat yang diperoleh berkisar pada nilai tersebut sedangkan bottom yang diperoleh berupa ethyl acetate murni.

Untuk memperoleh propanol murni, distilat kemudian didistilasi lagi pada kolom kedua (P=1,25 atm). Distilat ini memasuki kolom kedua pada temperatur 82,6 C. Komposisi azeotrop pada kolom kedua yaitu 0,38 sehingga kandungan propanol pada distilat berkisar pada nilai tersebut. Bottom yang diperoleh pada kolom kedua ini berupa propanol murni. Bila Anda perhatikan, titik azeotrop campuran bergeser dari 0,5%-mol propanol menjadi 0,38%-mol propanol.

Hukum Raoult dan campuran larutan ideal

Campuran Ideal

Campuran ideal adalah sebuah campuran yang menaati hukum Raoult. Mari kita lihat karakter sebuah campuran ideal sebelum membahas Hukum Raoult, karena dengan demikian akan lebih mudah bagi kita untuk mengerti topik kali ini.

Contoh campuran ideal

Sebenarnya tidak ada campuran yang bisa dibilang ideal. Tapi beberapa campuran larutan kondisinya benar-benar mendekati keadaan yang ideal. Berikut ini adalah contohnya:
* hexane dan heptane
* benzene dan methylbenzene
* propan-1-ol dan propan-2-ol

Campuran ideal dan gaya intermolekuler

Dalam sebuah larutan, beberapa molekul yang berenergi besar dapat menggunakan energinya untuk mengalahkan daya tarik intermolekuler permukaan cairan dan melepaskan diri untuk kemudian menjadi uap.

Semakin kecil daya intermolekuler, semakin banyak molekul yang dapat melepaskan diri pada suhu tertentu.



Apabila anda mempunyai larutan kedua, hal yang sama juga terjadi. Pada suhu tertentu, sebagian dari molekul-molekul yang ada akan mempunyai energi yang cukup untuk melepaskan diri dari permukaan larutan.



Pada sebuah campuran ideal dari kedua larutan ini, kecenderungan dari dua macam molekul di dalamnya untuk melepaskan diri tidak berubah.



Anda mungkin berpikir bahwa diagram ini hanya menunjukkan separuh dari seluruh molekul yang melepaskan diri, tapi sebenarnya proporsi dari kedua jenis molekul yang melepaskan diri masih sama. Diagram ini menunjukkan campuran 50/50 dari dua larutan. Yang berarti bahwa hanya ada separuh dari tiap jenis molekul yang berada di permukaan campuran larutan dibanding jumlah tiap jenis molekul pada permukaan larutan awalnya. Apabila proporsi dari tiap jenis molekul yang melepaskan diri tetap sama, tentu saja hanya ada separuh dari tiap jenis molekul yang dapat melepaskan diri dari campuran larutan pada suatu waktu tertentu.

Apabila molekul-molekul merah masih mempunyai kecenderungan yang sama untuk melepaskan diri sebesar sebelumnya, ini berarti daya intermolekuler antara dua molekul merah persis sama dengan besar daya intermolekuler antara sebuah molekul merah dan sebuah molekul biru.

Apabila daya tersebut berubah, kecenderungan molekul untuk melepaskan diri juga akan berubah.

Demikian halnya dengan daya antara dua molekul biru dan daya antara sebuah molekul biru dan sebuah molekul merah. Daya tersebut juga harus sama dan kalau tidak, kecenderungan molekul biru untuk melepaskan diri juga akan berubah.

Apabila anda dapat mengikuti penjelasan ini, anda akan mengerti bahwa daya tarik intermolekuler antara dua molekul merah, dua molekul biru dan antara sebuah molekul merah dan sebuah molekul biru akan persis sama dalam campuran ideal.

Inilah sebabnya mengapa campuran seperti hexane dan heptane mendekati campuran ideal. Mereka memiliki besar molekul yang hampir sama dan mempunyai daya tarik Van der Waals yang sama di antara mereka. Namun begitu, tetap saja, besar molekul keduanya tidak persis sama, sehingga walaupun campuran ini mendekati campuran ideal, tetap saja bukan merupakan campuran ideal.

Campuran ideal dan perubahan entalpi pada proses pencampuran

Ketika anda membuat suatu campuran larutan-larutan, anda harus mengalahkan daya tarik intermolekuler (yang membutuhkan energi) dan membuat daya tarik baru (yang menghasilkan energi).

Apabila besar semua daya tarik ini sama, tidak akan ada panas yang dihasilkan atau panas yang diserap.

Ini berarti, campuran ideal dari dua larutan akan mempunyai nol energi entalpi. Apabila suhu campuran naik atau turun pada saat anda mencampur keduanya, ini berarti campuran tersebut bukan campuran ideal.

Hukum Raoult

Anda mungkin pernah melihat sekilas hukum Raoult yang telah disederhanakan apabila anda pernah mempelajari efek dari larutan yang tidak dapat menguap seperti garam pada tekanan uap di pelarut seperti air. Definisi di bawah ini adalah yang biasa dipakai dalam pembicaraan mengenai campuran dua larutan yang bisa menguap.

Tekanan uap parsial dari sebuah komponen di dalam campuran adalah sama dengan tekanan uap komponen tersebut dalam keadaan murni pada suhu tertentu dikalikan dengan fraksi molnya dalam campuran tersebut.

Hukum Raoult hanya dapat diaplikasikan pada campuran ideal.

Persamaan untuk campuran dari larutan A dan B, akan menjadi demikian:



Pada persamaan ini P_A dan P_B adalah tekanan uap parsial dari komponen A dan B. Dalam suatu campuran gas, tiap gas mempunyai tekanan uapnya sendiri, dan ini disebut tekanan parsial yang independent. Bahkan apabila anda memisahkan semua jenis gas-gas lain yang ada, satu-satunya jenis gas yang tersisa akan masih mempunyai tekanan parsialnya.

Tekanan uap total dari sebuah campuran adalah sama dengan jumlah dari tekanan parsial individu tiap gas.



P^o adalah tekanan uap dari A dan B apabila keduanya berada dalam keadaan terpisah (dalam larutan murni).

x_A dan x_B adalah fraksi mol A dan B. Keduanya adalah fraksi (bagian/proporsi) dari jumlah total mol (A maupun B) yang ada.

Anda dapat menghitung fraksi mol dengan rumus ini:



Contoh:

Seandainya anda memiliki campuran dari 2 mol methanol dan 1 mol etanol pada suhu tertentu, tekanan uap methanol murni pada suhu ini aalah 81kPa dan etanol murni adalah 45kPa.

Pada campuran ini, ada 3 mol molekul.

2 mol dari total 3 mol ini adalah metanol sehingga fraksi mol metanol adalah 2/3.

Dan fraksi mol etanol, dengan demikan adalah 1/3.

Anda dapat menghitung tekanan uap parsial dengan menggunakan hukum Raoult dengan menganggap bahwa campuran methanol dan etanol ini adalah campuran ideal.

Tekanan parsial metanol:



Tekanan parsial etanol:



Tekanan uap total dari campuran larutan ini adalah jumlah tekanan parsial dari keduanya.



Tekanan uap / diagram komposisi

Seandainya anda mempunyai sebuah campuran ideal dari dua larutan yaitu A dan B, kedua larutan ini akan memberi "sumbangan"-nya masing-masing pada tekanan uap keseluruhan pada campuran seperti yang telah kita lihat pada contoh di atas.

Mari kita lihat larutan A secara khusus sebagai contoh:

Anggap saja anda melipat-duakan fraksi mol larutan A dalam campuran (dalam suhu yang sama). Menurut hukum Raoult, tekanan uapnya juga akan ikut terlipat duakan. Apabila anda melipat-tigakan fraksi mol A, anda juga otomatis melipat-tigakan tekanan uapnya, dan seterusnya.

Dengan kata lain, tekanan uap parsial A pada suhu tertentu berbanding lurus dengan fraksi mol-nya. Apabila anda menggambar grafik tekanan uap parsial terhadap fraksi mol-nya, anda akan memperoleh sebuah garis lurus.



Sekarang, mari kita buat grafik yang sama untuk B pada sumbu yang sama. Fraksi mol B mengecil sejalan dengan meningkatnya fraksi mol A sehingga grafik untuk B berbentuk garis yang menurun ke kanan. Bersamaan dengan berkurangnya fraksi mol B, tekanan parsial uapnya juga berkurang dengan kecepatan yang sama.



Perhatikan bahwa tekanan uap larutan B murni lebih tinggi dari larutan A murni. Ini berarti molekul-molekul pada permukaan larutan B lebih mudah melepaskan diri daripada molekul-molekul pada larutan A. Larutan B lebih mudah menguap daripada larutan A.

Untuk memperoleh tekanan uap total dari sebuah campuran, anda harus menjumlahkan tekanan parsial A dan B pada tiap komposisi. Dengan demikian anda akan memperoleh garis lurus seperti pada diagram berikut.



Pada campuran yang non-ideal, garis lurus ini akan berbentuk kurva. Untuk campuran yang mendekati ideal garisnya akan menyerupai garis lurus. Semakin kurang ideal sebuah campuran, semakin berkurvalah garis yang terbentuk.

Titik didih / diagram komposisi

Hubungan antara titik didih dan tekanan uap

Apabila sebuah larutan mempunyai tekanan uap yang tinggi pada sebuah suhu, ini berarti bahwa molekul-molekul yang berada dalam larutan tersebut sedang melepaskan diri dari permukaan larutan dengan mudahnya.

Apabila pada suhu yang sama, sebuah larutan lain mempunyai tekanan uap yang rendah, ini berarti bahwa molekul-molekul dalam larutan tersebut tidak dapat dengan mudah melepaskan diri.

Apa efek dari kedua fakta ini terhadap titik didih dari kedua larutan ini?

Ada dua cara untuk melihat hal ini, pilihlah yang termudah untuk anda.

1. Apabila molekul-molekul dalam larutan sedang melepaskan diri dengan mudahnya dari permukaan larutan, ini berarti bahwa daya tarik intermolekuler relatif lemah. Dengan demikian, anda tidak perlu memanaskannya dengan suhu terlalu tinggi untuk memutuskan semua daya tarik intermolekuler tersebut dan membuat larutan ini mendidih.

Larutan dengan tekanan uap yang lebih tinggi pada suatu suhu tertentu adalah larutan yang titik didihnya lebih rendah.

2. Larutan akan mendidih ketika tekanan uapnya menjadi sama dengan tekanan udara luar. Apabila sebuah larutan mempunyai tekanan uap yang tinggi pada suhu tertentu, anda tidak perlu menambah tekanan uapnya supaya menjadi sama dengan tekanan udara luar. Di lain pihak, apabila tekanan uapnya rendah, anda harus meningkatkan tekanan uapnya setinggi-tingginya sampai besarnya menjadi sama dengan tekanan udara luar.

Larutan dengan tekanan uap yang lebih tinggi pada suatu suhu tertentu adalah larutan yang titik didihnya lebih rendah.Sekali lagi, dua larutan pada suhu yang sama:Larutan dengan tekanan uap yang lebih tinggi adalah larutan yang titik didihnya lebih rendah.

Menghitung titik didih/membuat diagram komposisi

Pada bagian yang sebelumnya, kita telah melihat diagram komposisi seperti di bawah ini:



Kita akan mengubah diagram ini menjadi diagram komposisi/titik didih.

Kita akan mulai dengan titik didih dari larutan murni A dan larutan murni B.

B memiliki tekanan uap yang lebih tinggi. Ini berarti bahwa larutan B mempunyai titik didih yang lebih rendah dari larutan A.



Pada campuran larutan A dan B, anda mungkin telah menduga bahwa titik-titik didih keduanya akan membentuk sebuah garis lurus yang menghubungkan kedua titik didih ini.Pada kenyataannya, tidak demikian! Bukan garis lurus, tapi garis kurvalah yang terbentuk.



Kita akan menambah sebuah garis lagi pada diagram ini yang akan menunjukkan komposisi uap pada larutan yang mendidih.

Apabila anda mendidihkan sebuah campuran larutan, larutan yang lebih mudah menguap, tentunya akan membentuk lebih banyak uap daripada larutan yang sukar menguap.

Ini berarti, akan ada lebih banyak komponen B (komponen yang lebih mudah menguap) terdapat dalam uap daripada dalam larutannya. Anda dapat membuktikannya dengan memadatkan udap yang didapat dan menganalisanya. Diagram ini menunjukkan apa yang terjadi bila anda mendidihkan campuran larutan A dan B.



Perhatikan bahwa ada lebih banyak uap larutan B daripada uap larutan A yang ada di atas campuran larutan yang mendidih ini karena larutan B lebih mudah menguap.

Apabila anda mengulangi proses ini dengan campuran larutan dengan berbagai komposisi, anda akan dapat menggambar kurva kedua, yaitu garis komposisi uap.



Ini adalah diagram fase kita yang terakhir

Menggunakan diagram komposisi

Diagram ini dapat digunakan dengan cara yang persis sama seperti dengan cara pembentukannya. Apabila anda mendidihkan campuran larutan, anda dapat mendapatkan titik didihnya dan komposisi uap di atas larutan yang mendidih ini.

Sebagai contoh, pada diagram berikut ini, apabila anda mendidihkan campuran larutan C1, titik didihnya adalah T1 dan komposisi uapnya adalah C2.



Yang harus anda lakukan hanyalah menggunakan kurva komposisi larutan untuk mencari titik didih larutan dan melihat pada grafik ini, bagaimana komposisi uap pada suhu tersebut (titik didih).

Perhatikan sekali lagi bahwa ada lebih banyak uap larutan B daripada uap larutan A yang ada di atas campuran larutan yang mendidih ini karena larutan B lebih mudah menguap.

Permulaan dari distilasi fraksional

Umpamanya anda mengumpulkan semua uap yang ada di atas larutan yang mendidih dan anda didihkan untuk kedua kalinya.

Ini berarti, sekarang anda mendidihkan larutan baru yang komposisinya adalah C2.

Larutan ini akan mendidih pada temperatur baru yaitu T2, dan uap yang berada di atas larutan baru ini akan mempunyai komposisi C3.



Anda dapat melihat sekarang bahwa kita mempunyai uap yang hampir merupakan komponen B murni.

Apabila anda terus melakukan hal ini (mengkondensasi uap dan mendidihkan cairan yang terbentuk) , pada akhirnya anda akan mendapatkan larutan B murni.Ini adalah dasar dari distilasi fraksional. Walaupun begitu, melakukannya dengan cara seperti ini akan sangat melelahkan dan kecuali anda dapat memproduksi dan mengkondensasi uap di atas sebuah larutan mendidih dalam jumlah yang luar biasa banyak, jumlah larutan B yang akan anda dapat pada akhirnya akan sangat sedikit.

Kolom fraksional sesungguhnya (baik di laboratorium ataupun di industri) melakukan proses kondensasi dan pendidihan ulang ini secara otomatis.