Laporan Praktikum Kimia Fisika Penurunan Titik Beku 5e2966

I. TUJUAN Menentukan titik beku (∆𝑇) larutan asam benzoat dalam naphthalene Menentukan bentuk asam benzoat dalam naphthalene II. PENDAHULUAN Titik beku larutan ialah temperatur pada saat larutan setimbang dengan pelarur padatnya. Larutan akan membeku pada temperatur lebih rendah dari pelarutnya. Pada setiap saat tekanan uap larutan selalu lebih rendah dari pada pelarut murni (Soekardjo,1989). ∆ Tf = Kf . m dimana, ∆Tf = penurunan titik beku Kf = tetapan penurunan titik beku molal atau tetapan krioskopik m = molalitas Dapat disimpulkan bahwa (Achmad,1996) : 1. Pada tekanan tetap, penurunan titik beku suatu larutan encer berbanding lurus dengan konsentrasi massa. 2. Larutan encer semua zat terlarut yang tidak mengion, dalam pelarut yang sama, dengan konsentrasi molal yang sama, mempunyai titik beku yang sama, pada tekanan yang sama. Penurunan rumus, diperoleh bahwa penurunan titik beku juga sebanding dengan konsentrasi zat terlarut (molalitas). Diperoleh persamaan sebagai berikut: ∆Tf

=m

Pada kenyataannya, persamaan ini tidak hanya berlaku untuk larutan yang mengandung zat terlarut non volatil, tetapi juga berlaku untuk larutan yang mengandung zat terlarut volatile (Bird,1993). Jika kedalam suatu zat pelarut dimasukkan zat lain yang tidak mudah menguap (non volatil), maka tenaga bebas pelarut tersebut akan turun. Penurunan tenaga bebas ini mengikuti persamaan Nernst. Gº1 – Gº = RT ln x …………………….. (1) Gº1 – Gº = Penurunan tenaga bebas pelarut Dimana : R = Tetapan gas murni umum T = suhu mutlak x = Fraksi mol pelarut dalam larutan

Penurunan tenaga bebas ini akan menurunkan hasrat zat pelarut untuk berubah menjadi fase uapnya, sehingga tekanan uap pelarut dalam larutan akan lebih rendah bila dibandingkan dengan tekanan uap pelarut yang sama dalam keadaan murni. ΔTf = Tfº – Tf …………………………….(2) Besarnya tergantung pada fraksi mol pelarut. Karena fraksi mol zat terlarut X1 : menurut persamaan X = 1- X1 maka ΔTf dapat dinyatakan sebagai X1 berikut: ΔTf = (R(T0f )2/ΔHf) X1 …………………..(3) Dimana ΔHf adalah panas pencairan pelarut. Jika m ml zat terlarut ke dalam1000 gram zat terlarut, maka di dapat larutan dengan molarutas m. sehingga larutan tersebut mempunyai fraksi mol zat terlarut sebesar X1 = m / (1000/M)+ m) ……………………..(4) Dimana adalah berat molekul zat pelarut. Untuk larutan encer m mendekati 0 (nol), maka X1 = mM/1000, sehingga penurunan titik beku larutan dapat di tulis : ΔTf = (R(T0f )2 Mm)/1000ΔHf ………………… (5) Bila di substitusikan : Kf = (R(T0f )2 M)/1000ΔHf …………………….(6) Dari X1 = mM/1000 di atas didapat m = 1000X1 / M Sedangkan X1= m1 / (mL + m) = (W1 / M1) / {(W1 / M1 + W/M)} W1 = berat zat terlarut M1 = BM zat terlarut W = berat pelarut Oleh karena larutan encer, maka (W1 / M1) >>(W /M) , sehingga didapat : X1 = (W1. M) / (W.M1) dan ΔTf = (1000 / kf) / M1 x (W1 /W) Rumus untuk menghitung harga kf adalah : kf = (W.M1 ΔTf) / (1000W1) sedangkan runus untuk menghitung BM zat terlarurt : M1 = (1000 kf )/ ΔTf x (W1/W) (Tim kimia fisik, 2011). III. BAHAN DAN METODA Bahan : - Termometer - Termometer beckmann - Naphthalene - Asam Benzoat

- Reservoir - Waterbath - Pemanas bunsen - Kapas - Spiritus - Statif & Klem Metoda A. Ditentukan Kurva Pendinginan Naphthalene I. Kalibrasi Termometer 1) Dimasukkan 25 gram naphthalene ke dalam tabung peralatan beckmann. 2) Dipanaskan tabung berisi naphthalene dalam waterbath sampai semua naphthalene melebur, ditutup tabung dengan sumbat kapas agar tidak menguap. 3) Dicatat suhu saat naphthalene mulai melebur dengan termometer biasa. 4) Dimasukkan termometer beckmann ke dalam tabung berisi naphthalene cair. 5) Dilanjutkan pemanasan sampai semua naphthalene yang membeku pada kaca termometer mencair. 6) Dimatikan api untuk menurunkan suhu waterbath. 7) Ditunggu sampai naphthalene mulai membeku. 8) Dicatat suhu beku naphthalene dengan termometer biasa dan termometer beckmann. II. Penentuan Kurva Pendinginan Naphthalene 1) Dipanaskan tabung berisi naphthalene sampai semua naphthalene melebut dengan termometer beckmann tetap berada di dalam tabung tersebut. 2) Dipasang batang pengaduk. 3) Dilanjutkan pemanasan sampai semua naphthalene yang membeku pada batang pengaduk mencair. 4) Dipastikan peralatan beckmann bahwa :  Tabung bagian dalam tidak menyentuh tabung bagian luar sehingga pendinginan terjadi secara perlahan-lahan.  Reservoir air raksa termometer becmann seluruhnya tercelup di dalam naphthalene dan tidak menyentuh dinding tabung reaksi.  Naphthalene dapat diaduk dengan mudah 5) Dipindahkan tabung reaksi berisi naphthalene yang sudah mencair seluruhnya, kedalam waterbath bersuhu ±75 ℃. 6) Diukur suhu sebagai fungsi waktu. 7) Diberi cairan dengan kristal naphthalene jika suhu turun lebih dari0,5℃ di bawah titik beku yang diharapkan dan kristal-kristal belum terbentuk. 8) Diteruskan pengukuran selama 5 menit bila titik beku yang stabil tercapai sehingga nilai titik beku dapat diekstrapolasikan secara teliti dari kurva pendinginan.

III.Penentuan Kurva Pendinginan Larutan Asam Benzoat 1) Ditimbang asam benzoat sejumlah : 𝑔𝑟 1000 ∆𝑇𝑏 = 𝐾𝑏. 𝑚 𝑚= × 𝑀𝑟 𝑃 0,7 = 6,94. 𝑚 𝑔𝑟 1000 𝑚 = 0,1𝑚 0,1 = × 122 25 𝑔𝑟 = 0,30 𝑔

2) Dimasukkan secara kuantitatif ke dalam tabung berisi naphthalene yang sudah terlebur lagi. 3) Ditimbang botol timbang sesudah asam benzoat dimasukkan dan hitung massa asam benzoat yang ditambahkan dari selisih massa awal dikurangi akhir. 4) Dipastikan semua asam benzoat larut. 5) Ditentukan kurva pendinginan dari larutan dengan cara yang sama dengan percobaan menggunakan naphthalene. 6) Ditambahkan asam benzoat dengan massa yang sama dengan sebelumnya. 7) Diulangi penentuan kurva pendinginan larutan seperti dengan percobaan sebelumnya menggunakan 2x massa asam benzoat pertama.

IV. HASIL Naphthalene Waktu (dt) 0 10 20 30 40 50 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600

Larutan Asam Benzoat T1(˚K) 522 500 483 465 447 422 419 381 345 315 284 277 263 263 285 293 298 301 302 303 304 304 304 304 304

Suhu lebur Naphthalene (Biasa) = 80℃ Suhu beku Naphthalene (Biasa) = 81℃ Suhu beku naphthalene (Beckmann)=345K Massa Naphthalene = 25 gram

Waktu (dt) T1(˚K) T2(˚K) 0 522 522 10 508 505 20 495 498 30 483 473 40 470 457 50 458 442 60 446 427 90 411 385 120 377 350 150 344 320 180 316 295 210 292 273 240 271 254 270 251 240 300 240 235 330 240 233 360 254 237 390 260 242 420 266 245 450 269 247 480 272 249 510 274 250 540 276 251 570 275 251 600 275 251 630 275 251 660 275 251 690 275 Massa Asam Benzoat (T1) = 0,3 gram Massa Asam Benzoat (T2) = 0,6 gram Suhu Waterbath (T1),(T2) = 74℃, 73℃

Naphthalene 600 500 400 300

Naphthalene

200

100 0 0

20

40

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600

Larutan Asam Benzoat (0,3 gram) 600 500 400 300

Larutan Asam Benzoat (0,3 gram)

200 100 0 0

20 40 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660

Larutan Asam Benzoat (0,6 gram) 600 500 400 300

Larutan Asam Benzoat (0,6 gram)

200 100 0 0

20 40 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660

V. JAWAB PERTANYAAN 1) a. Jika dilihat dari grafik antara kurva a dengan kurva c memiliki perbedaan besar. Saat didinginkan ternyata kurva c memiliki situasi dimana suhu naik. Hal ini berarti telah terjadi penurunan titik beku pada kurva c sedangkan kurva a tidak. b. Karena dalam kurva d telah terjadi penurunan titik beku sehingga untuk membekukan harus di bawah titik beku semula. c. Yang benar adalah cekungan yang dapat dilihat pada grafik. Setelah mengalami penurunan titik beku, ternyata zat tersebut membeku pada saat suhu mencapai titik awalnya. Namun kurva setelah cekungan kurang tepat karena setelah mencapai titik beku maka suhu akan konstan. 2) a. ∆𝑇𝑏 = 𝐾𝑏. 𝑚 0,7 = 6,94. 𝑚 𝑚 = 0,1𝑚 𝑔𝑟 1000 𝑚= × 𝑀𝑟 𝑃 𝑔𝑟 1000 𝑚= × 122 25 𝑔𝑟 = 0,3 𝑔𝑟𝑎𝑚 b. - Naphthalene : neraca digital - Asam benzoat : neraca mettler c. Neraca mettler memiliki ketelitian sampai 4 angka di belakang koma, sedangkan neraca digital hanya mampu 2 angka di belakang koma. Jadi, dalam hal ketelitian neraca mettler diperlukan untuk penentuan massa 3) a. Karena dua senyawa tersebut disusun oleh unsur unsur yang hampir identik. Walaupun naftalena tidak memiliki unsur O, namun terdapat kemungkinan dua senyawa tersebut memiliki gaya intermolekuler yaitu ikatan hidrogen yang menghailkan dimer.

b. Karena kedua senyawa memiliki struktur yang tergolong hampir sama sehingga peluang terjadinya senyawa dimmer jauh lebuh besar dibandingkan dengan terionisasinya asam benzoat dalam naphthalene. 4) [HBnz]I =

∆TI Kb

−𝑚

[HBnz]2 = 𝑚 −

∆TI Kb

5) a. Perlu, karena dalam percobaan ini berada dalam suhu yang tergolong tinggi sehingga perlu dilakukan. b. Tidak, karena sifat dari naphthalena sendiri yang mengkristal pada suhu ruang sehingga perlu adanya tempat atau wadah khusus bila ingin dibuang.

6) Kalibrasi Termometer Dimasukkan 25 gram naphthalene ke dalam tabung peralatan beckmann. Dipanaskan tabung berisi naphthalene dalam waterbath sampai semua naphthalene melebur, ditutup tabung dengan sumbat kapas agar tidak menguap. Dicatat suhu saat naphthalene mulai melebur dengan termometer biasa. Dimasukkan termometer beckmann ke dalam tabung berisi naphthalene cair. Dilanjutkan pemanasan sampai semua naphthalene yang membeku pada kaca termometer mencair. Dimatikan api untuk menurunkan suhu waterbath. Ditunggu sampai naphthalene mulai membeku. Dicatat suhu beku naphthalene dengan termometer biasa dan termometer beckmann. Penentuan Kurva Pendinginan Naphthalene Dipanaskan tabung berisi naphthalene sampai semua naphthalene melebut dengan termometer beckmann tetap berada di dalam tabung tersebut. Dipasang batang pengaduk. Dilanjutkan pemanasan sampai semua naphthalene yang membeku pada batang pengaduk mencair. Dipastikan peralatan beckmann bahwa :  Tabung bagian dalam tidak menyentuh tabung bagian luar sehingga pendinginan terjadi secara perlahan-lahan.

 Reservoir air raksa termometer becmann seluruhnya tercelup di dalam naphthalene dan tidak menyentuh dinding tabung reaksi.  Naphthalene dapat diaduk dengan mudah Dipindahkan tabung reaksi berisi naphthalene yang sudah mencair seluruhnya, kedalam waterbath bersuhu ±75 ℃. Diukur suhu sebagai fungsi waktu. Diberi cairan dengan kristal naphthalene jika suhu turun lebih dari0,5℃ di bawah titik beku yang diharapkan dan kristal-kristal belum terbentuk. Diteruskan pengukuran selama 5 menit bila titik beku yang stabil tercapai sehingga nilai titik beku dapat diekstrapolasikan secara teliti dari kurva pendinginan. Penentuan Kurva Pendinginan Larutan Asam Benzoat Ditimbang asam benzoat sejumlah : ∆𝑇𝑏 = 𝐾𝑏. 𝑚 0,7 = 6,94. 𝑚 𝑚 = 0,1𝑚 𝑔𝑟 1000 𝑚= × 𝑀𝑟 𝑃 𝑔𝑟 1000 𝑚= × 122 25 𝑔𝑟 = 0,3 𝑔𝑟𝑎𝑚

Dimasukkan secara kuantitatif ke dalam tabung berisi naphthalene yang sudah terlebur lagi. Ditimbang botol timbang sesudah asam benzoat dimasukkan dan hitung massa asam benzoat yang ditambahkan dari selisih massa awal dikurangi akhir. Dipastikan semua asam benzoat larut. Ditentukan kurva pendinginan dari larutan dengan cara yang sama dengan percobaan menggunakan naphthalene. Ditambahkan asam benzoat dengan massa yang sama dengan sebelumnya.

Diulangi penentuan kurva pendinginan larutan seperti dengan percobaan sebelumnya menggunakan 2x massa asam benzoat pertama. 7) Dari kurva pendinginan yang diukur : a. Menentukan penurunan titik beku T untuk semua larutan yang diteliti:

T1(K) Napthalena

304 304 304 304 304

T1(K)

T2(K)

275 275 275 275 275

251 251 251 251 251

Asam benzoat

∆𝑇1 = 𝑇𝑛𝑎𝑝ℎ𝑡ℎ𝑎𝑙𝑒𝑛𝑒 − 𝑇1𝑎𝑠𝑎𝑚 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑎𝑡 ∆𝑇1 = 3,04°𝐾 − 2,75°𝐾 ∆𝑇1 = 0,29°𝐾 ∆𝑇2 = 𝑇𝑛𝑎𝑝ℎ𝑡ℎ𝑎𝑙𝑒𝑛𝑒 − 𝑇2𝑎𝑠𝑎𝑚 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑎𝑡 ∆𝑇2 = 3,04°𝐾 − 2,51°𝐾 ∆𝑇2 = 0,53°𝐾 b. ∆TI = (3,04± 0,001)oK – (2,75± 0,001)oK = (0,290± 0,002)oK → Ralat Mutlak = 0,290(1 ± 0,340 %) oK → Ralat Nisbi ∆TII = (3,04± 0,001)oK – (2,51± 0,001)oK = (0,530± 0,002)oK → Ralat Mutlak = 0,530 (1 ± 0,350%)oK → Ralat Nisbi

8) Berdasarkan massa HBnz yang ditimbang: a. 0,3 gram 𝑔𝑟 1000 × 𝑀𝑟 𝑃 0,3 1000 𝑚= × 122 25 𝑚 = 0,1𝑚 𝑚=

0,6 gram 𝑔𝑟 1000 × 𝑀𝑟 𝑃 0,6 1000 𝑚= × 122 25 𝑚 = 0,2𝑚 b. Ralat m1 = (0,3 ± 0,0001) gr x 𝑚=

122 gr/mol = 0,3 (1 ± 0,03 %) x 122 gr/mol

1000 gr (25 ± 0,01) gr 1000 gr 25 (1 ± 0,04 %)

= 0,1 (1 ± 0,07 %)m → Ralat Nisbi = (0,1 ± 7.10-5) m → Ralat Mutlak Ralat mI2 = (0,6 ± 0,0001) gr

x

122 gr/mol

1000 gr (25 ± 0,01) gr

= (0,6 ± 0,02 %)

x

122 gr/mol

1000 gr 25 (1 ± 0,04 %)

= 0,2 (1 ± 0,06 %) m → Ralat Nisbi = (0,2 ± 1,2.10-4) m → Ralat Mutlak 9) Dihitung : a. mei = ∆TI = Kb

0,29oK

= 0,0417 m

= 4,170.10-2 m

6,94 K/molalitas

Ralat mei = 0,29 (1 ± 0,340 %) oK = 4,170.10-2 (1 ± 0.340 %) m → Ralat Nisbi 6,94 K/molalitas = (4,170.10-2± 1,163.10-5) m = (4,170± 0,016) 10-3 m → Ralat Mutlak meII = ∆TII = Kb

0,53oK

= 0,0764 M = 7,64.10-2 m

6,94 K.molalitas

Ralat meii = 0,53 (1 ± 0,350)oK = 7,634.10-2 (1 ± 0,350) m → Ralat Nisbi 6,94 K/molalitas = (7,634.10-2± 2,137.10-5) m = (76,340 ± 0,213) 10-3 m Penambahan I HBnz]I = 2 mei - mI = 2 (4,17.10-2) – 0,1 = 0,044 m [(HBnz)2] = mI – meI = 0,1 – (7,64.10-2) = 0,028 m

Penambahan II [HBnz]ii = 2 meII - mII = 2(7,64-2) – 0,2 = 0,5948 m [(HBnz)2] = mII - meII = 0,2 – 4,17.10-2) =0,3974 m b. Ralat mei =0,290 (1 ± 0,340 %) oK = 4,17 (1 ± 0,340 %) m → Ralat Nisbi 6,94 K/molalitas = ( 720 ± 0,0288 ) 10-4 m → Ralat Mutlak Ralat meii = 0,53 (1 ± 0,35%) = 0,1974 (1 ± 0,35 % ) m → Ralat Nisbi 6,94 K/molalitas = (-197,4 ± 0,0026) 10-3 m → Ralat Mutlak c. Hasil dari perhitungan asam benzoat yang larut dalam napthalene disimpulkan bahwa asam benzoat termasuk dalam bentuk dimmer. d. Nilai tetapan kesetimbangan Km 1. Tb = Kb . me Kb =

Tb 0,50 = = 6,9 m me 0,0720

2. Tb = Kb . me Kb =

- 1,37 Tb = me - 0,1974

= 1,4066 m

Ralat mei = 6,9 (1 ± 0,004 %) oK= 0,9942 (1 ± 0,004 %) m

→ Ralat Nisbi

6,94 K/molalitas = ( 9942 ± 0,397 ) 10-4 m → Ralat Mutlak Ralat meii = 6,9 (1 ± 0,002%)oK= 0,9942 (1 ± 0,002 % ) m → Ralat Nisbi 6,94 K/molalitas

=(0,9942± 1,988 ) 10-3 m → Ralat Mutlak

VI. PEMBAHASAN Pada proses penurunan titik beku dilakukan proses peleburan napthalena, dilakukan agar napthalena saat diukur suhunya tidak membeku terlebih dahulu, sehingga juga mempermudah praktikan dala menentukan penurunan suhu dari napthalena. Saat napthalena mulai melebur, kemudian matikan api dan diamkan sampai napthalena mulai membeku, hal ini digunakan untuk menentukan titik beku napthalena menggunakan termometer biasa. Panaskan kembali napthalena yang sudah membeku tadi sampai melebur kembali sehingga pengaduk serta termometer beckman dapat mudah dimasukan. Panaskan air kurang lebih 75 0C pada wadah yang sudah disiapkan yaitu wadah untuk tempat pengukuran termometer beckman. Suhu harus dijaga 75 0C agar saat napthalena dipindahkan kewadah tersebut napthalena tidak membeku terlebih dahulu sehingga saat pengukuran oleh termometer beckman dapat diperoleh data dari suhu sebelum napthalena membeku. Namun kenyataannya pada suhu 80 0C, naphthalena sudah mulai membeku. Hal ini terjadi karena tekanan lingkungan yang tidak tepat 760 mmHg. Pengamatan dilakukan sampai penurunan pada suhu yang konstan sebanyak 5 kali berturut-turut. Menunjukan bahwa jika suhu napthalena sudah mulai konstan tidak akan terjadi penurunan suhu lagi secara fruktuasi. Pada proses penurunan titik beku oleh penambahan asam benzoat tidak berbeda jauh, hanya penambahan 0,3 gram kemudian ditambah lagi 0,3 gram. Dilakukan untuk membandingkan penurunan suhu napthalena dan pada saat penambahan asam benzoat kedalam napthalena sampai dimana suhu mulai konstan sebanyak 5 kali berturut-turut. Seelah dibuat kurva pendinginan naphthalena dan larutan asam benzoat, terlihat bahwa penurunan titik beku sebanding dengan jumlah zat terlarut. Hal ini sesuai teori dimana penurunan titik beku hanya tergantung dari jumlah partikel zat terlarut saja.

VII.KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1) Titik beku naphthalena sebesar 345 K pada termometer beckmann 2) Titik beku larutan asam benzoat (0,3 gram, 0,6 gram) dalam naphthalena sebear 275 dan 251 K pada termometer beckmann

3) Penurunan titik beku larutan hanya ditentukan jumlah partikel zat terlarut 4) Asam benzoat membentuk dimmer dalam pelarut naphthalene

VIII.DAFTAR PUSTAKA Achmad, Hiskia. 1996. Kimia Larutan. Bandung : PT Citra Aditya Bhakti. Bird, Tony. 1993. Kimia Untuk Universitas. Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama. Soekardjo. 1989. Kimia Fisik. Jakarta : PT Rineka Cipta. Tim Penyusun. 2009. Penuntun Praktikum Kesetimbangan dan Dinamika Kimia. Jember : Laboratorium Kimia Fisika FMIPA UNEJ.

IX. LAMPIRAN -

Tugas Awal Laporan sementara

LAPORAN PRAKTIKUM TERMODINAMIKA DAN KESETIMBANGAN Penurunan Titik Beku

Disusun Oleh: Fransiskus Tri Wahyu Hananto (652016021)

PROGDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA