Laporan Kimfis Keadaan Gas dan Cair

PERCOBAAN I

KEADAAN GAS DAN CAIR

Penentuan Berat Molekul Berdasarkan Pengukuran Massa Jenis Gas

I.              TUJUAN

        Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

1.      Menentukan berat molekul senyawa volatile berdasarkan pengukuran massa jenis gas.

2.      Melatih penggunaan persamaan gas ideal.

II.           DASAR TEORI

Gas merupakan kumpulan molekul-molekul dengan gerakan kacau balau, acak tetapi berkesinambungan dengan  kecepatan yang bertambah jika temperatur dinaikkan. Gas berbeda dengan cairan (yang molekul-molekulnya juga bergerak secara acak) karena molekul-molekul gas terpisah jauh satu sama lain (Atkins, 1990). 

Gas adalah suatu keadaan zat ketika zat tersebut menempati seluruh ruang wadahnya, terlepas dari kuantitasnya. Pada suatu gas ideal, yang mengikuti hukum-hukum gas dengan tepat, molekul-molekul itu sendiri akan memiliki suatu volume yang dapat diabaikan dan gaya-gaya antar mereka dapat diabaikan, sehingga tumbukan antar molekul-molekul akan menjadi elastis sempurna (Martin, 2012).

Empat sifat dasar yang menentukan sifat fisis gas adalah banyaknya molekul gas, volume gas, suhu atau temperatur, dan tekanan. Jika nilai-nilai numeris tiga besaran diketahui, maka nilai besaran keempat dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan keadaan (equation of state) yang secara matematis dinyatakan dengan . Persamaan tersebut biasa juga disebut dengan persamaan gas ideal (Petrucci, 1987).

Sifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai berikut.

1.    Gas bersifat transparan.

2.    Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya.

3.    Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding.

4.    Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidak diwadahi, volume gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya akan menjadi tak hingga kecilnya.

5.    Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar.

6.    Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata.

7.    Gas dapat ditekan dengan tekanan luar. Bila tekanan luar dikurangi, gas akan mengembang.

8.    Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut.

(Halliday dan Resnick, 1978).

Pada keadaan gas, partikel-partikel bergerak secara acak. Jarak antara partikel-partikel relatif jauh lebih besar dari pada ukuran-ukuran partikel sehingga gaya tarik menarik antara partikel sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Laju suatu partikel selalu berubah-ubah, hal ini disebabkan terjadinya tumbukan antara partikel yang satu dengan yang lainnya ataupun antara partikel dengan diding wadah. Berbeda dengan cairan atau padatan, gas mudah dimampatkan. Gas tidak mempunyai bentuk dan volume yang tetap, gas akan selalu mengisi setiap ruang  dimana gas tersebut dimampatkan. Gas selalu dipengaruhi oleh perubahan teskanan dan suhu (Bird, 1993).

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 (Atkins,1990).

                  

                   Hukum-hukum yang mendasari gas ideal, yaitu:

1.      Hukum Boyle

         Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, Robert Boyle menemukan bahwa apabila suhu gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, volume gas semakin berkurang. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, volume gas semakin bertambah. Istilah kerennya tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Boyle. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

V ¥

2.      Hukum Charles

Seratus tahun setelah Obet Boyle menemukan hubungan antara volume dan tekanan, seorang ilmuwan berkebangsaan Perancis yang bernama Jacques Charles (1746-1823) menyelidiki hubungan antara suhu dan volume gas. Berdasarkan hasil percobaannya, Cale menemukan bahwa apabila tekanan gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika suhu mutlak gas bertambah, volume gas pun ikut bertambah, sebaliknya ketika suhu mutlak gas berkurang, volume gas juga ikut berkurang. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Charles. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

V ¥ T

3.      Hukum Gay Lussac

Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, Jose menemukan bahwa apabila volume gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, suhu mutlak gas pun ikut bertambah. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, suhu mutlak gas pun ikut berkurang. Artinya, pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Gay-Lussac. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

P ¥ T

4.      Hukum Avogadro

         “Gas-gas yang memiliki volum yang sama, pada temperatur dan tekanan yang sama, memiliki jumlah partikel yang sama pula”. Artinya, jumlah molekul atau atom dalam suatu volum gas tidak tergantung kepada ukuran atau massa dari molekul gas. Secara sistematis di tulis sebagai berikut:

V ¥ n

            Dari hokum Boyle, Charles, dan Gay Lussac dapat didapatkan persamaan gas ideal, yaitu sebagai berikut:

PV = nRT

Keterangan :

P = tekanan

V = volume

n = jumlah mol

T = suhu mutlak

                        R = tetapan gas umum (R = 8,3144 J K^-1mol^-1)

(Halliday dan Resnick, 1978)

III.        ALAT DAN BAHAN

      Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

A.    Alat

1.      Gelas kimia 600 mL

2.      Gelas ukur 10 mL

3.      Erlenmeyer 100 mL

4.      Desikator

5.      Neraca digital

6.      Penangas listrik

7.      Thermometer

8.      Karet gelang

9.      Aluminium foil

10.  Gegep

11.  Jarum

12.  Pipet tetes

B.     Bahan

1.       Cairan volatile (CHCl₃)

2.      Aquades

IV.        PROSEDUR KERJA

               Adapun prosedur kerja yang dilakukan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut :

1.        Menimbang sebuah labu erlenmeyer 100 mL yang bersih dan kosong menggunakan neraca digital lalu mencatat massanya.

2.        Menimbang labu erlenmeyer 100 mL, karet gelang dan aluminium foil secara bersamaan menggunakan neraca digital dan mencatat massanya.

3.        Mengukur 5 mL cairan volatil (CHCl₃) menggunakan gelas ukur.

4.        Memasukkan 5 mL cairan volatil (CHCl₃) ke dalam labu elenmeyer. Kemudian menutup labu erlenmeyer dengan aluminium foil dan mengencangkan tutup tersebut dengan karet gelang, sehingga kedap udara. Lalu membuat sebuah lubang kecil pda aluminium foil menggunakan jarum.

5.        Memanaskan air sebanyak 400 mL yang berada dalam gelas kimia 600 mL menggunakan penangas listrik.

6.        Membuat lubang kecil pada  aluminium foil di Erlenmeyer menggunakan jarum.

7.        Merendam erlenmeyer pada air yang telah mendidih hingga batas 1 cm di bawah aluminium foil. Lalu membiarkan erlenmeyer sampai semua cairan menguap.

8.        Setelah semua cairan volatil (CHCl₃) menguap, mengangkat erlenmeyer dari penangas, lalu mencatat suhu air dalam gelas kimia pada penangas tersebut menggunakan thermometer.

9.        Mendinginkan erlenmeyer tersebut dengan cara mendiamkan pada tempat terbuka selama 2 menit.

10.    Setelah 2 menit, Memasukkan erlenmeyer ke dalam desikator dan menunggu hingga 15 menit.

11.    Setelah 15 menit, mengeluarkan erlenmeyer dari desikator kemudian menimbang erlenmeyer menggunakan neraca digital.

12.    Melepas karet gelang dan aluminium foil dari erlenmeyer, lalu mengisi erlenmeyer dengan air hingga penuh.

13.    Menimbang erlenmeyer yang berisi air tersebut menggunakan neraca digital.

V.           HASIL PENGAMATAN

         Adapun hasil pengamatan yang diperoleh dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

No	Pengukuran	Hasil
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	Massa erlenmeyer bersih dan kosong Massa erlenmeyer + karet gelang + alumunium foil Massa erlenmeyer + karet gelang + alumunium foil + cairan x Massa cairan x Suhu air dalam penangas Suhu air dalam erlenmeyer Massa erlenmeyer yang ditimbang             Massa erlenmeyer + massa air Massa air Massa jenis air pada suhu tersebut Tekanan atmosfir Massa gas x	54,51 g 55,25 g 62,10 g 6,58 g 99°C 99°C 55,81 g 174,58 g 118,47 g 0,9986 gr /ml 1 atm 0,56 g

VII.     PEMBAHASAN

            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 gas yang akan mempunyai sifat sederhana yang sama dibawah kondisi yang sama (Halliday dan Resnick, 1978).

            Persamaan yang menghubungkan langsung massa molekul gas dengan rapatannya dapat diturunkan dari hukum gas ideal. Jika jumlah mol suatu gas dapat diketahui dengan membagi massanya dalam gram dengan massa molekulnya (Brady, 1999)

         Praktikum ini bertujuan untuk menentukan berat molekul senyawa volatile berdasarkan pengukuran massa jenis gas dan melatih penggunaan persamaan gas ideal (Staf Pengajar Kimia Fisika I, 2013)

            Prinsip dasar pada percobaan ini yaitu bila suatu cairan volatil dengan titik didih yang lebih rendah dari 100^oC ditempatkan dalam erlenmeyer bertutup yang mempunyai lubang kecil pada bagian tutupnya, dan kemudian erlenmeyer tersebut dipanaskan sampai suhu 100^oC, maka cairan tadi akan menguap dan uap tersebut mendorong keluar udara yang berada dalam erlenmeyer. Setelah semua udara keluar, akhirnya uap cairan tersebut yang akan keluar, uap akan berhenti keluar jika kesetimbangan telah tercapai yaitu tekanan uap cairan dalam erlenmeyer sama dengan tekanan udara luar (Staf Pengajar Kimia Fisika I, 2013).

            Pada percobaan ini, perlakuan pertama yang dilakukan adalah menimbang labu erlenmeyer 100 mL yang bersih dan kosong menggunakan neraca digital agar dapat dapat menetukan massa cairan x, sehingga diperoleh hasil 54,51 gram, kemudian menimbang erlenmeyer, karet gelang dan aluminium foil secara bersamaan sehingga diperoleh hasil 55,25 gram. Perlakuan selanjutnya yaitu mengukur cairan volatil sebanyak 5 mL, cairan volatile yang digunakan dalam percobaan ini adalah CHCl₃ biasa dikenal dengan kloroform dengan nama IUPAC triclorometana yang mempunyai titik didih lebih rendah dari 100°C yaitu 61,2°C (Syukri, 1999).

            Setelah ditambahkan kloroform berat erlenmeyer, karet gelang dan aluminium foil menjadi 62,10 gram. Erlenmeyer ditutup dengan aluminium foil dengan tujuan agar CHCl₃ tidak terjadi penguapan secara berlebihan karena CHCl₃ merupakan larutan yang mudah menguap (volatil), dikatakan volatile karena mempunyai titik didih yang rendah yaitu 61,2°C, digunakan aluminium foil karena aluminium foil bersifat inert, artinya tidak dapat bereaksi dengan CHCl₃ yang berada dalam erlenmeyer. Lalu membuat lubang kecil pada aluminium foil menggunakan jarum agar uap dapat keluar, kemudian memanaskan erlenmeyer pada gelas kimia yang berisi air yang telah mendidih. Fungsi pemanasan untuk mempercepat proses penguapan dari cairan volatil (CHCl₃). Memanaskan erlenmeyer harus dalam penangas air, agar memudahkan dalam mengukur suhu dalam erlenmeyer karena suhu dalam air diasumsikan sebagai suhu dalam erlenmeyer. Selain untuk mengukur suhu, dikhawatirkan juga akan mudah terbakar jika erlenmeyer berisi kloroform dipanaskan langsung tanpa perantara penangas air. Setelah semua cairan volatil (CHCl₃) menguap semua, maka uap tersebut akan mendorong keluar udara yang terdapat dalam erlenmeyer, setelah semua udara keluar, akhirnya uap cairan tersebut akan keluar, uap akan berhenti keluar bila keseimbanagn telah tercapai yaitu tekanan uap cairan dalam erlenmeyer sama dengan tekanan udara luar. Kemudian mengukur suhu air yang berada di dalam gelas kimia agar dapat mengetahui suhu gas yang berada di dalam erlenmeyer. Suhu yang diperoleh adalah 99°C.

            Perlakuan selanjutnya yaitu mendiamkan erlenmeyer pada suhu ruangan selama 2 menit. Mendiamkan erlenmeyer selama 2 menit sebelum dimasukkan ke dalam desikator agar suhu dalam erlenmeyer sama dengan suhu ruangan. Setelah 2 menit, memasukkan erlenmeyer pada desikator selama 5 menit. Fungsi desikator pada percobaan ini adalah untuk menyetimbangkan objek dengan udara yang dikendalikan (Underwood, 1998).

            Setelah 5 menit, mengeluarkan erlenmeyer dari desikator lalu menimbang erlenmeyer menggunakan neraca digital. Untuk menentukan volume erlenmeyer memasukkan air ke dalam erlenmeyer hingga penuh dan mengukur massa air yang berada dalam erlenmeyer tersebut. Volume erlenmeyer harus diukur agar dapat mengetahui volume gas yang berada dalam erlenmeyer, karena sifat-sifat gas antara lain gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya dan volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya (Halliday dan Resnick, 1978).

            Dengan menggunakan persamaan gas ideal maka diperoleh BM dari larutan CHCl₃. Dalam perhitungan didapatkan nilai BM CHCl₃ adalah 312,97 gram mol^-1 dan massa jenis (r) CHCl₃ adalah 10,26 gram L^-1, sedangkan BM CHCl₃ yang sebenarnya adalah  119,5 gram mol^-1 dan massa jenis (r) adalah 3,728 gram L^-1. Hasil yang didapatkan ini jauh berbeda dengan nilai BM secara teoritis. Kesalahan ini dapat terjadi karena kurang ketelitian praktikan pada saat praktikum. Kesalahan dapat juga terjadi karena kesalahan pada saat melakukan pemanasan; alat yang digunakan kurang bersih dan steril; masih terdapatnya udara dalam labu erlenmeyer hingga mempengaruhi nilai BM yang diperoleh dan faktor yang paling penting mempengaruhi kesalahan adalah sulitnya mengkondisikan gas sebagai gas ideal. Sehingga banyak penyimpangan-penyimpangan gas ideal (Sukardjo, 2002).

            Dalam perhitungan berat molekul (BM) CHCl₃ dapat menggunakan persamaan gas ideal yaitu dengan adanya volume air dan massa jenisnya, maka dapat dihitung massa jenis zatnya. Dengan mengetahui nilai massa jenis zat maka berat molekul juga dapat dihitung.

VIII.  KESIMPULAN

               Adapun kesimpulan yang diperoleh dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

1.    Berat molekul senyawa volatile berdasarkan pengukuran massa jenis gas yang diperoleh adalah 312,97 gram mol^-1_.

2.    Penentuan berat molekul senyawa volatil dapat dilakukan dengan mengukur massa jenis senyawa dan menggunakan persamaan gas ideal, yaitu menggunakan persamaan BM = dRT/P.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P, W. (1990). Kimia Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Bird, T., (1998). Kimia Fisika. Jakarta: Erlangga

Brady, J, E. (1999). Kimia Universitas Jilid 1 Edisi Kelima. Jakarta: Binarupa Aksara.

Day, R. A. Jr . dan Underwood, A. I. (1998). Analisis Kimia Kuantitatif (Edisi Keenam).  Jakarta: Erlangga.

Halliday dan Resnick. (1978). Fisika Jilid I. Jakarta: Erlangga.

Martin, E. (2012). Kamus Sains. Yogyakarta: Pustaka Pelajar.

Petrucci. (1987). Kimia Dasar Prinsip Terapan Modern Jilid 2 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga.

Staf Pengajar Kimia Fisik . (2013). Penuntn Praktikum Kimia Fisik 1. Palu: UNTAD Press.

Sukarjo. (2002). Kimia Fisika. Jogyakarta: Bineka Cipta.

Syukri. (1999). Kimia Dasar. Bandung: ITB press.