FASA KESETIMBANGAN

FASA KESETIMBANGAN

I.     Tujuan Percobaan

     Setelah melakukan percobaan ini, mahasiwa mampu:

a.              Menjelaskan pengertian kurva baku dan kirva kesetimbangan.

b.              Membuat campuran biner untuk kurva baku.

c.              Menggambarkan kurva baku.

d.             Melaksanakan praktikum untuk memperoleh data yang diperlukan.

e.              Menghitung guna mengolah data yang diperoleh.

f.               Menggambarkan kurva kesetimbangan berdasarkan hasil peehitungan.

II.   Alat dan Bahan

a.              Alat yang Digunakan

1.      Refraktometer

2.      Pipet ukur

3.      Bola karet

b.              Bahan yang digunakan

          1.    Etanol

          2.    Metanol

          3.    Aquadest

III.   Dasar Teori

a.         Fasa Kesetimbangan

Fasa kesetimbangan umumnya adalah dasar teori dan praktek pokok-pokok pemisahan panas.Tanpa mengenal hukum dasar untuk pemisahan campuran biner.Maka tidak akan mungkin mengerti rektifikasi atau distilasi Azootrop.

Bila suatu campuran dipisahkan dengan menggunakan proses termal, panas dan zat biasanya dipindahkan diantara fasa yang saling kontak satu sama lain. Suatu fasa ditentukan sebagai bagian dari suatu sisstem fasa. Suatu sistem dikatakan setimbang bial tidak ada perubahan  yang terjadi pada kondisi eksternal. Semua perpindahan zat dan energi melalui lapisan reversible phase. Fasa dari suatu campuran heterogeneous dikatakan setimbang bila tidak ada perbedaan tekanan maupun temperatur.

b.       Skema Gambaran dari Fasa Kesetimbangan

          Fasa kesetimbangan biasanya sifat-sifat dari komposisi fasa kesetimbangan oleh sejumlah zat (fraksi mol) dengan titik didih yang rendah. Pada waktu t_i, nilai X_i , Y_i , T_i dan P_i berubah diperoleh, tergantung kesetimbangan.

c.       Percobaan Penentuan Data Kesetimbangan

          Bila suatu campuran bersifat ideal,Yi bisa dihitung jika kurva dan tekanan uap komponen murni Xi diketahui.Penggunaan hukum Renault untuk campuran gas ideal adalah :

P₁         = P₁,_{0 .} X_{1 ............................................................... ..}(Pers.1)

P₂           = P_{2,0 .} X_{2 ..................................................................}(Pers.2)

Ket :

P₁,P₂                = Tekanan Parsial

P10,P₂₀                = Tekanan uap partisi

X₁,X₂                   = Fraksi mol dari liquid

Dengan menggunakan hukum dalton

P tot = P₁ +P₂

Substitusi persamaan 1 dan 2 kedalam persamaan (3)

P tot = P_1,0 . X₁ + P_2,0 . X₂

Ptot = P_1,0 – P_2,0 . X₁ + P_2,0

Susun kembali persamaan 4,maka diperoleh :

IV. Dasar Teori Tambahan

a.    Kesetimbangan

      Kesetimbangan memberikan pengertian bahwa suatu keadaan dimana tidak terjadi perubahan sifat makroskopis dari sitstem terhadap waktu. Semakin dekat keadaan sistem dengan titik kesetimbanga, maka semakin kecil gaya penggerak proses, semakin kecil pula laju proses dam akhirnya sama dengan nol bila titik kesetimbangan telah tercapai.Seperti kesetimbangan pada umumnya, kesetimbangan uap-cair dapat ditentukan ketika ada variabel yang tetap (konstan) pada suatu waktu tertentu. Saat kesetimbangan ini, kecepatan antara molekul-molekul campuran yang membentuk fase uap sama dengan kecepatan molekul-molekulnya membentuk cairan kembali.

b.    Tekanan parsil, hukum-hukum Dalton, Roult dan Henry

      Tekanan parsil P_A komponen A di dalam suatu campuran uap adalah sama dengan tekanan yang akan ditimbulkan oleh komponen A tersebut jika ditempatkan sendiri di dalam volume dan temperatur yang sama dengan campuran. Menurut hukum Dalton, yaotu tekanan total adalah sama dengan penjumlahan tekanan parsil. Untuk suatu gas (uap) ideal, tekanan parsil berbanding lurus dengan fraksi mol konstituen. Untuk suatu campuran ideal, tekanan parsil konstituen dikaitkan dengan konsentrasi konstituen di dalam fasa cair , dimana Roult yang merumuskan hukum tersebut. Sedangkan untuk X_A dengan harga yang rendah , hubungan linier antara P_A  dan X_A  dirumuskan dengan menggunakan faktor perbandingan yaitu suatu konstanta Henry H’ dan bukan tekanan uap murni zat.

       Jika suatu campuran mengikuti hukum Roult, maka tekanan uap campuran dapat diperoleh secara grafik dengan memanfaatkan data tekanan uap masing-masing komponen. Bila suatu campuran mengikuti hukum Roult, maka harga-harga Y_A untuk berbagai komposisi X_A dapat dihitung berdasarkan tekanan uap masing-masing kedua komponen.

c.    Kriteria kesetimbangan

       Kriteria kesetimbangan antar fasa ditinjau dari segi kemungkinan perpindahan antar fasa tersebut. Dimisalkan bahwa sistem multi komponen yang tertutup terdiri dari sejumlah fasa mempunyai temperatur dan tekanan yang uniform, akan tetapi pada keadaan awal tidak seimbang ditinjauh dari segi perpindahan massa. Setiap perubahan yang terjadi mesti bersifat irreversible, yang mendekatkan sistem itu ke keadaan setimbang. Sistem itu dibayangkan sebagai dikelilingi keadaan yang selalu setimbang secara thermal dan mekanikal dengan sistem itu (seklipun perubahan terjdi dalam sisitem). Karenanya pertukaran panas dan pemuain kerja antar sistem dan sekeliling terjadi secara reversible. Dalam keadaan yang demikian perubahan entropi dari sekeliling sistem.

Fasa

     Fasa adalah bagian sistem dengan komposisi kimia dan sifat – sifat fisik seragam, yang terpisah dari bagian sistem lain oleh suatu bidang batas. Pemahaman perilaku fasa mulai berkembang dengan adanya aturan fasa Gibbs. Untuk sistem satu komponen, persamaan Clausius dan Clausisus – Clapeyron menghubungkan perubahan tekanan kesetimbangan dengan perubahan suhu.Sedangkan pada sistem dua komponen, larutan ideal mengikuti hukum Raoult. Larutan non elektrolit nyata (real) akan mengikuti hukum Henry.

Sistem Satu Komponen

1. Aturan Fasa Gibbs

        Pada tahun 1876, Gibbs menurunkan hubungan sederhana antara jumlah fasa setimbang, jumlah komponen, dan jumlah besaran intensif bebas yang dapat melukiskan keadaan sistem secara lengkap. 

Bila suatu zat berada dalam kesetimbangan, jumlah komponen yang diperlukan untuk menggambarkan sistem akan berkurang satu karena dapat dihitung dari konstanta kesetimbangan. Misalnya pada reaksi penguraian H₂O.

     Dengan menggunakan perbandingan pada persamaan 3.2, salah satu konsentrasi zat akan dapat ditentukan bila nilai konstanta kesetimbangan dan konsentrasi kedua zat lainnya diketahui.Kondisi fasa – fasa dalam sistem satu komponen digambarkan dalam diagram fasa yang merupakan plot kurva tekanan terhadap suhu.

Titik A pada kurva menunjukkan adanya kesetimbangan antara fasa – fasa padat, cair dan gas. Titik ini disebut sebagai titik tripel. Untuk menyatakan keadaan titik tripel hanya dibutuhkan satu variabel saja yaitu suhu atau tekanan. Sehingga derajat kebebasan untuk titik tripel adalah nol. Sistem demikian disebut sebagai sistem invarian.

V. Langkah Kerja

a.      Minggu ke-1

-            Menyiapkan alat refraktometer.

-            Memasukkan 4,5 mL air aquadest ke dalam tabung reaksi dan menambahakan 0,5 mL alkohol 98%.

-            Mengecek/melihat indeks bias campuran tersebut.

-            Melakukan hal yang sama dengan jumlah antara air aquadest dan alkohol 96% sebesar 5 mL  dan rentang volume masing-masing sebesar 0,5 mL (misalnya: air aquadest 1 mL dan alkohol 96% 4,0 mL , dst).

-            Mengecek indeks bias air aquadest dan alkohol 96% murni.

b.      Minggu ke-2

-            Memasukkan aquadest ke dalam gelas kimia sebanyak 41,6 mL

-            Menambahkan alkohol sebanyak 133,4 mL

-            Mengisi bejana dengan campuran air dan alkohol tersebut serta menambahkan beberapa batu didih.

-            Menghidupkan cooler

-            Menyalakan komputer dan CASSY board

-            Memanggil program CASSY dengan double klik pada icon CASSY LAB

-            Membuka program RECTIFICATION, maka CASSY akan membaca temperatur

-            Menyalakan pemanas pada bejana

-            Memulai percobaan dengan menekan icon CLOCK sekaligus mencatat perubahan suhu selama proses

-            Mengambil fasa uap dan cair yang telah dihasilkan setelah suhu konstan (sekitar 70^oC ke atas)

-            Mengukur indeks bias kedua fasa tersebut.

VIII. Analisa Percobaan

         Setelah melakukan praktikum diatas, dapat dianalisa bahwa pada minggu pertama dilakukan pengecekan indeks bias dari campuran biner (etanol-air) dan (metanol-air) dengan konsentrasi alkohol dan air yang berbeda-beda. Dimana semakin banyak konsentrasi air dalam campuran , maka semakin kecil indeks biasnya karena mendekati indeks bias aquadest. Hal ini dapat digunakan untuk membuat kurva baku yang digunakan untuk mencari fraksi mol alkohol fasa cair dan fasa gas dalam umpan. Kemudian pada minggu kedua dilakukan proses destilasi untuk memisahkan campuran alkohol-air dan menentukan indeks bias pada fasa uap dan fasa cair ketika temperatur konstan (mencapi kesetimbangan).

          Dari data dapat terlihat bahwa semakin besar fraksi mol alhokol, maka semakin besar indeks biasnya. Kurva baku ini dapat menentukan fraksi mol uap dan cair yang akan mempengaruhi konstanta kesetimbangan (k) dimana semakin rendah temperatur maka konstanta kesetimbangan k akan semakin kecil. Pada praktikum ini banyak sekali faktor-faktor yang mempengaruhi, diantaranya: temperatur operasi, komposisi alkohol dalam umpan, ketelitian dalam pembacaan indeks bias dan lain-lain. Pada pengukuran indeks bias cair dan uap didapatkan indesk bias yang kecil pada fasa uap. Hal ini dapat terjadi dikarenakan kurang telitinya/kesalahan saat pembacaan pada alat refraktometer, pengambilan sampel uap yang kurang baik, kecepatan dalam pengukuran (pembacaan indeks bias) yang kurang baik karena cepat menguap dan sebagainya.

IX. Kesimpulan

       Dari percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa :

-          Persamaan yang diperoleh dari kurva baku , yaitu : y = 0,021 x + 1,342  

-          Semakin besar komposisi umpan, maka semakin menurun temperatur kesetimbangan, sedangkan fraksi mol alkohol dalam fasa cair dan uap akan meningkat.

-          Faktor-faktor yang mempengaruhi : temperatur operasi, komposisi umpan, ketelitian dalam melihat indeks bias, efisiensi alat dan lain-lain.

Daftar Pustaka

Jobsheet. 2015 .”Penuntun Praktikum Hidrokarbon”. Politeknik negeri Sriwijaya.2016 Palembang.