Menentukan volume molal parsial natrium klorida
dalam air
Lab. Kimia Fisika Jurusan Kimia
Universitas Negeri Semarang
Gedung D8 Lt 2 Sekaran Gunungpati
Semarang, Indonesia
Vicha.arhin@yahoo.com, 087728117272
Abstrak
Percobaan ini dilakukan
untuk menentukan volume molal parsial larutan NaCl dalam air sebagai fungsi
konsentrasi dengan mengukur densitas larutan menggunakan piknometer. Hal
tersebut dilakukan dengan variasi konsentrasi melalui penentuan bobot jenis
larutan NaCl dalam piknometer dengan metode analitik dan metode grafik. Sebanyak
25 ml larutan NaCl 3 M, 1.5 M, 0.75 M, 0.375 M, dan 0.1875 M masing-masing
dimasukan ke dalam piknometer 25 ml dan kemudian ditimbang satu per satu serta
dicatat suhunya. Kemudian dibandingkan dengan berat piknometer kosong dan berat
piknometer yang berisi aquades untuk mendapatkan nilai volume molal parsial
dari larutan NaCl dalam air. Hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin tinggi
konsentrasi larutan NaCl dalam piknometer, maka semakin besar pula berat
piknometer yang berisi larutan NaCl tersebut. Sementara suhu yang tercatat
menunjukkan bahwa suhu NaCl semakin rendah seiring rendahnya konsentrasi dari
larutan NaCl tersebut. Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa volume molal
parsial larutan NaCl dalam air adalah sebesar cm3/mol. Dapat
disimpulkan pula bahwa densitas larutan NaCl berbanding lurus dengan
konsentrasi dari larutan NaCl.
Kata kunci : konsentrasi; NaCl; volum molal
parsial;densitas.
Pendahuluan
Besaran
suatu padatan atau gas dalam larutan biasanya dinyatakan sebagai molalitas
daripada sebagai fraksi mol. Misalnya, kebanyakan data tentang bebas
pembentukan zat larutan encer mengacu kepada keadaan rujukan bermolalitas satu.
Ini adalah hal yang umum dan molalitas memiliki arti teori yang kurang dari
fraksi mol.
Molalitas
suatu zat terlarut adalah jumlah mol tiap kg zat pelarut. Hal ini memiliki
sifat molal parsial untuk menentukan volume molal parsial dan sifat molal
parsial yang paling mudah digambarkan adalah volume molal parsial komponen
dalam sampel terhadap volume total. Volume molal parsial suatu larutan
didefenisikan sebagai penambahan volume yang terjadi bila satu mol komponen I
ditambahkan pada larutan. Volume molal parsial dari komponen-komponen dalam
larutan merupakan salah satu sifat termodinamik molal parsial utama yang dapat
ditentukan dengan bantuan metode grafik dengan bantuan menggunakan fungsi
hubungan analitik yang menunjukkan hubungan J dan ni dan dengan menggunakan suatu fungsi yang disebut
besaran molal nyata.
Dalam
termodinamika dikenal adanya 2 tipe peubah yaitu tipe peubah ekstensif yang bergantung pada jumlah fase misalnya
volume, entropi, energi dalam dan entalpi, serta peubah intensif yaitu peubah
yanng tidak bergantung pada jumlah fase contohnya tekanan dan suhu. Volume
molal parsial merupakan salah satu atau termasuk ke dalam besaran ekstensif.
Volume
molal parsial dapat dipengaruhi beberapa faktor diantaranya konsentrasi dan
suhu. Konsenntrasi suatu larutan tertentu tidak memiliki nilai yang sama pada
dua temperatur ang berbeda karena kedua keadaan tersebut mengalami perubahan
kerapatan.
Berdasarkan
pada teori di atas, maka dilakukanlah percobaan penentuan volume molal parsial
suatu larutan, dalam hal ini adalah larutan NaCl. Dalam analisa ini, berbagai
informasi mengenai sifat larutan dapat diketahui. Sifat-sifat tersebut antara
lain massa larutan, molaritas, densitas, dan volume molal parsial larutan yang
kemudian dapat dijelaskan hubungannya dengan peningkatan konsentrasi larutan.
Dengan menggunakan metode grafik, melalui percobaan ini dapat diketahui nilai
volume molal parsial larutan NaCl.
Molal atau molalitas
didefinisikan sebagai jumlah mol solute per kg solven. Berarti merupakan
perbandingan antara jumlah mol solute dengan massa solven dalam kilogram.
Jadi, jika ada larutan
1,00 molal maka larutan tersebut mengandung 1,00 mol zat telarut dalam 1,00 kg
pelarut.
Secara matematik, volume
molal parsial didefinisikan sebagai
Dimana
adalah volume molal parsial dari komponen ke-i. Secara fisik
berarti kenaikan dalam besaran termodinamik V yang diamati bila satu mol senyawa i ditambahkan ke suatu sistem yang
besar, sehingga komposisinya tetap konstan.
Pada temperatur dan
tekanan konstan, persamaan di atas dapat ditulis sebagai
,
dan dapat diintegrasikan menjadi
Arti fisik dari
integrasi ini adalah bahwa ke suatu larutan yang komposisinya tetap, suatu
komponen n1, n2,...,
niditambah lebih lanjut, sehingga komposisi relatif dari
tiap-tiap jenis tetap konstan. Karenanya besaran molal ini tetap sama dan
integrasi diambil pada banyaknya mol (Dogra.1990).
Ada tiga sifat
termodinamik molal parsial utama, yakni: (i) volume molal parsial dari
komponen-komponen dalam larutan (juga disebut sebagai panas differensial
larutan), (ii) entalpi molal parsial, dan (iii) energi bebas molal parsial
(potensial kimia). Sifat-sifat ini dapat ditentukan dengan bantuan (i) metode
grafik, (ii) menggunakan hubungan analitik yang menunjukkan V dan ni, dan (iii) menggunakan suatu fungsi yang disebut
besaran molal nyata yang ditentukan sebagai:
Dimana
adalah volume molal untuk komponen murni.
Pada eksperimenini,
digunakan 1 macam zat, yaitu NaCl dan air. Maka, persamaan di atas dapat
ditulis menjadi:
Dimana
adalah jumlah mol air, dan
adalah jumlah mol zat terlarut (NaCl).
Dimana
adalah massa pelarut, dalam hal ini adalah
air, dan
untuk
pada 1 mol. Sedangkan harga
pada variasi
mol adalah
Setelah didapatkan semua
harga
dalam masing-masing variasi mol,
maka semua harga ini dapat diplot terhadap
mol. Kemiringan yang didapatkan dari grafik
ini adalah
, dan dapat digunakan untuk
menentukan harga volume molal parsial
, berdasarkan persamaan berikut:
(Basuki.2003)
Lewis dan Randall telah
menggambarkan metode grafik yang dapat digunakan untuk mengolah data. Metode
ini menggunakan volume molal semu
untuk perlakuan larutan biner. Volume molal
semu dapat didefinisikan sebagai berikut :
Dimana
adalah volume larutan yang mengandung komponen
dan
sedangkan
adalah molar solvent murni pada T,P.
Larutan memiliki
molalitas m dengan pelarut air. Untuk setiap 1000 gram air dalam larutan ini
atau setiap 55,1 mol, terdapat m mol solut. Jadi
dan
. Harga volume molal parsial semu
menjadi :
Dan
Dengan
,
berturut-turut adalah berat jenis larutan,
berat jenis air murni.
merupakan massa molekul relatif atau berat molekul dari solut. Sehingga volume
molal parsial menjadi :
Persamaan tersebut dapat
digunakan ketika dalam pengukuran berat jenis menggunakan piknometer. W, W0,
We berturut-turut adalah berat piknometer yang berisi larutan
penuh, piknometer berisi air, dan piknometer kosong.
Volume molal parsial
solven (komponen 1) maupun solut (komponen 2) dapat dihitung dari :
Untuk konsentrasi yang
tidak pekat misal pada larutan elektrolit sederhana seperti NaCl,
linear terhadap
, karena :
Sehingga untuk volume
molal parsial komponen kedua menjadi :
Jika untuk larutan NaCl
linear terhadap
, maka :
Sehingga
Volume molal parsial
komponen 1 menjadi :
Nilai
diperoleh dari ekstrapolasi grafik
lawan
pada konsentrasi m mendekati nol. Dengan
membuat grafik
lawan
yang linear, maka slope
dapat dicari dan volume molal parsial solven
dapat dihitung. Demikian pula nilai dari lereng
dan
dari volume molal parsial solut dapat
dihitung.
( Sri Wahyuni, 2013)
Menurut
Dogra dan Dogra (2009), perhitungan dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu
metode grafik dan metode analitik. Pade metode grafik, nilai J diplot sebagai
suatu fungsi komposisi larutan dengan menjaga semua komposisi komponen lain
tetap kecuali satu. Jika plot ini linear, kemiringan garis tersebut akan
menjadi besaran molal parsial dari komponen itu. Ini juga memperlihatkan bahwa
sifat0sifat molal parsial dari komponen-komponen itu tidak bergantung pada
konsentrasi. Jika plot J dalam hal ini tidak linear, maka :
Dalam
metode analitik, jika harga ekstensif dapat dinyatakan sebagai suatu fungsi
aljabar dari komposisi tersebut, sifat molal parsial dapat dihitung secara
analitik.
Metode
Metode dari percobaann ini
adalah menghitung bobot piknometer yang berisi larutan NaCl dengan berbagai
konsentrasi dan dibandingkan dengan bobot piknometer yang beiri aquades dan
bobot piknometer kosong. Hal yang pertama dilakukan adalah dibuat larutan induk
NaCl 3 M. Ditimbang 17,52 gram NaCl padat dengan neraca digital. 17,52 gram
NaCl padat dilarutkan ke dalam beberapa ml aquades sampai larut, dimasukkan ke
dalam labu takar 100 ml dan ditambahkan aquades sampai tanda batas. Dikocok dan
ujung labu takar ditutup dengan plastik. Disiapkan piknometer yang bersih dan
kering, ditimbang bobotnya. Piknometer diisi dengan akuades sampai penuh dan
diimpitkan. Bobot piknometer ditimbang dengan menggunakan neraca analitik atau
neraca digital. Dicatat bobot dan suhunya. Di samping itu, NaCl 3 M diencerkan
sehingga konsentrasinya menjadi 1,5 M. Caranya diambil 50 ml dari larutan NaCl
3 M dan diencerkan sampai 100 ml sehingga konsentrasinya menjadi 1,5 M. Diambil
50 ml dari larutan NaCl 1,5 M dan diencerkan menjadi 100 ml sehingga
konsentrasinya menjadi 0,75 M. Diambil 50 ml dari larutan NaCl 0,75 M dan
diencerkan sampai 100 ml sehingga konsentrasinya menjadi 0,375 M. Diambil 50 ml
dari larutan NaCl 0,375 M dan diencerkan sampai 100 ml sehingga konsentrasinya
menjadi 0,8175 M. Larutan yang telah diencerkan tersebut masing-masing
dimasukan ke dalam piknometer 25 ml dengan menggunakan pipet volume 25 ml.
Masing-masing larutan dalam piknometer ditimbang bobotnya menggunakan neraca
analitik atau neraca digital secara berurutan dimulai dengan konsentrasi yang
terbesar sampai terkecil. Dicatat bobot dan suhunya masing-masing.
Untuk memperoleh kuantitas
volume molal parsial, data berat piknometer yang berisi larutan NaCl dengan
berbagai konsentrasi serta berat piknometer kosong, dan berat piknometer berisi
aquades akan diolah dengan menggunakan differensial
eksak sebab sifat suatu larutan sebagai volume campuran NaCl dan air
berubah secara kontinyu akibat komposisi berubah. (G N Lewis). Selain itu juga
metode grafik seperti yang telah digambarkan Lewis dan Randall akan digunakan
sebagai metode pengolah data.
Hasil Dan Pembahasan
Pada percobaan volume molal parsial ini,
digunakan larutan NaCl. NaCl berfungsi sebagai zat terlarut dan aquadest
merupakan pelarutnya. NaCl digunkan karena merupakan larutan elektrolit kuat
yang akan terurai menjadi Na+ dan Cl- di dalam
air. Selain itu mampu menyerap air tanpa adanya penambahan volume, sehingga
disebut volume molal parsial semu.
Percobaan ini dilakukan dengan 5 macam variasi
molaritas larutan NaCl yaitu 3M; 1,5M; 0,75M; 0,375M dan 0,1875M. Adanya
perbedaan konsentrasi NaCl akan mempengaruhi besarnya massa jenis pula. Semakin
tinggi konsentrasinya massa jenis atau keraoatannya juga semakin besar. Hal ini
disebabkan semakin tinggi konsentrasi, makin banyak pula NaCl yang terlarut di
dalam air. Hal ini dibuktikan dengan hasil pengukuran massa piknometer berisi
larutan NaCl dengan konsentrasi tinggi, massanya semakin besar. Hasil
perhitungan massa jeni menyatakan semakin tinggi konsentrasi, massa jenisnya
semakin besar.
Pada perhitungan volume molal semu (ϕ) diperoleh
data 1 sampai data 5 yang menyimpang, sehingga pada pembuatan grafik, ϕ vs √mtidak
digambarkan. Adanya kesalahan ini mungkin disebabkan
oleh beberapa faktor, diantaranya:
1. Kesalahan dalam prosedur percobaan.
2. Pengenceran yang tidak teliti sehingga konsentrasinya
terjadi kesalahan.
3. Larutan NaCl yang digunakan terlalu pekat.
4. Kurang teliti dalam penimbangan.
Penimbangan dilakukan terhadap masing-masing
larutan dengan 5 variasi menggunakan piknometer 25 ml. Dari perhitungan,
diperoleh massa jenis air sebesar 0,9959 gr/ml. Sedangkan massa jenis NaCl
menunjukkan kenaikan sejalan dengan semakin besarnya molaritas. Molaritas yang
semakin tinggi menyebabkan massa yang lebih besar pula sehingga dapat menambah
berat larutan dalam air. Massa yang semakin tinggi inilah yang menyebabkan
massa jenis semakin bertambah.
Dari hasil analisis data yang
dilakukan, harga volum molal parsial semu yang diperoleh ternyata berbanding
terbalik dengan konsentrasi larutan NaCl. Padahal menurut teori volum molal
parsial akan berbanding lurus dengan konsentrasinya.
. Besarnya berat jenis larutan NaCl dari
konsentrasi 3 -0,8175 M semakin kecil yaitu 1,142 g/mL,
0,9941 g/mL, 0,9604 g/mL, 0,9401 g/mL, 0,9083 g/mL. Semakin
kecil konsentrasi maka akan semakin kecil berat jenisnya. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi konsentrasi suatu larutan,
menunjukkan jumlah partikel dalam larutan tersebut semakin banyak. Dengan kata
lain, konsentrasi suatu larutan berbanding lurus dengan densitas larutan. Dari
grafik antara volume molar nyata terhadap Öm, diperoleh slope ¶F/¶Öm = -75,26 cm3/mol. Pada percobaan ini
terjadi kekurangtepatan bisa disebabkan oleh pengaruh suhu dari lingkungan. Volume molar
parsial juga bergantung pada suhu. Karena jika suhu tinggi maka volume molar
parsial tinggi selain itu kesterilan alat juga sangant berpengaruh tentunya. Selain itu faktor utama kesalahan dalam percobaan
ini adalah bobot piknometer yang berisi aquades lebih besar daripada bobot
piknometer yang berisi larutan NaCl. Seharusnya adalah sebaliknya.
Dalam hal ini grafik tidak bisa
digambarkan karena data-data yang didapat tidak sesuai dengan yang seharusnya
didapatkan. Oleh karena itu, yang akan dituliskan hanya data-data hasil
percobaan serta hasil analisis dari data tersebut saja.
Setelah didapatkan data
pengamatan tersebut, dilakukan analisis data dengan metode differensial eksak
seperti yang telah dijelaskan oleg G N Lewis.
Data hasil analisis menunjukkan
adanya kesalahan pada nilai volum molal parsial semu. Seharusnya nilai volum
molal parsial semakin besar seiring dengan bertambahnya konsentrasi. Dengan
kata lain, besar volume molal parsial berbanding lurus dengan konsentrasinya.
Gambar 1. Grafik Hubungan
dengan
Kesimpulan
Dari percobaan ini dapat
disimpulkan beberapa hal diantaranya : volume molal parsial NaCl yang diperoleh
adalah sebesar -75,26 cm3/mol, densitas larutan dan harga volume
molal parsial larutan NaCl berbanding lurus dengan harga konsentrasi dari
larutan NaCl tersebut artinya semakin besar konsentrasi maka semakin besar pula
volume molal parsialnya, volume molal parsial air berbanding terbalik dengan konsentrasi NaCl, massa
jenis larutan NaCl lebih besar dari massa jenis air, dan ekstrapolasi grafik
lawan
mendekati linear bila larutan encer dan
mendekati ideal.
Daftar Pustaka
Dogra, SK. 1990. Kimia
Fisik dan soal – soal. Jakarta : Universitas
Indonesia
Basuki, Atastrina Sri. 2003. Buku Panduan Praktikum Kimia Fisika. Depok:
Laboratorium Dasar Proses Kimia Departemen Teknik Gas dan Petrokimia Fakultas
Teknik Universitas Indonesia.
P.W. Atkins “Physical
Chemistry” 3rd. Ed. Oxford University. . Pp 161, 168
Shoemaker, David. P “Experiments
in Physical Chemistry” 5th Ed.. Mc. Graw Hill, New York 1989. Pp
187-194
Suhardjo. 1985. Kimia Fisika. Yogyakarta: Bina Aksara.
Wahyuni, Sri. 2013. Diktat Praktikum Kimia Fisik. Semarang:
Jurusan Kimia Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
UniversitasNegeri Semarang.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar