Laporan Praktikum Kimia Penentuan Berat Molekul Berdasarkan Kerapatan Gas

PERCOBAAN 1 PENENTUAN BERAT MOLEKUL BERDASARKAN KERAPATAN GAS

LAPORAN

Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Praktikum Kimia Fisika

Yang dibina oleh Ibu Adilah Aliyatulmuna, S.T., M.T dan

Ibu Dra. Nazriati, M.Pd

Oleh:

Lubabatul Faizah 160351606454

Moneyta Kurnia P 160351606467

Safira Nur Sa’adah 160351606418

Kelompok 1

Offering A

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
Februari 2018

A. TUJUAN PERCOBAAN

1. Mampu menentukan berat molekul suatu senyawa yang mudah menguap dengan cara mengukur kerapata uap dari senyawa tersebut.
2. Mampu mengaplikasikan persamaan ideal dalam suatu percobaan

B. DASAR TEORI

Gas terdiri dari banyak partikel. Partikel-partikel tersebut senantiasa bergerak dengan kecepatan dan arah yang beraneka ragam. Partikel-partikel gas tersebar secara merata di semua bagian ruangan yang ditempati. Gaya atau interaksi antar partikel- partikelnya sangat kecil.

Senyawa volatil merupakan senyawa yang mudah menguap menjadi gas bila terjadi peningkatan suhu (umumnya 100oC). Jika senyawa-senyawa volatil ini menguap, komponennya akan mengalami penurunan mutu. Berat molekul senyawa volatil dapat diukur berdasarkan pengukuran massa jenis gas yang menguap. Hal ini perlu dilakukan agar dalam tiap proses yang membutuhkan panas dapat diantisipasi jumlah senyawa volatil yang menguap, sehingga aroma dan cita rasa komponen dapat dipertahankan.

Namun pada kenyataannya diketahui bahwa suatu gas selalu dipengaruhi oleh perubahan tekanan dan suhu lingkungan. Berbagai hukum yang dikenal sebagai hukum-hukum gas menyatakan ketergantungan sejumlah tertentu gas terhadap tekanan, suhu, dan volume. Hukum-hukum gas ini diperoleh dari pengamatan-pengamatan eksperimental. Maka dari sini berat molekul senyawaa volatil dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan gas ideal yang berdasarkan pengukuran massa jenis gas.

Persamaan gas ideal dalam menentukan berat molekul senyawa volatil didapatkan dari turunan rumus persamaan gas ideal yaitu :

P.V = n.R.T

Diturunkan menjadi :

Mr = ρ . RT/P

(Tim Kimia Fisika, 2014 : 66)

Gas mempunyai sifat bahwa molekul-molekulnya sangat berjauhan satu sama lain sehingga hampir tidak ada gaya tarik menarik atau tolak menolak diantara molekul-molekulnya sehingga gas akan mengembang dan mengisi seluruh ruang yang ditempatinya, bagaimana pun besar dan bentuknya. Untuk memudahkan mempelajari sifat-sifat gas ini baiklah dibayangkan adanya suatu gas ideal yang mempunyai sifat-sifat :

1. Tidak ada gaya tarik menarik di antara molekul-molekulnya.
2. Volume dari molekul-molekul gas sendiri diabaikan.
3. Tidak ada perubahan energi dalam (internal energy = E) pada pengembangan.

Sifat-sifat ini dimiliki oleh gas inert (He, Ne, Ar dan lain-lain) dan uap Hg dalam keadaan yang sangat encer. Gas yang umumnya terdapat di alam (gas sejati) misalnya: N₂, O₂, CO₂, NH₃ dan lain-lain sifat-sifatnya agak menyimpang dari gas ideal.

Kerapatan gas dipergunakan untuk menghitung berat molekul suatu gas, ialah dengan cara membendungkan suatu volume gas yang akan dihitung berat molekulnya dengan berat gas yang telah diketahui berat molekulnya (sebagai standar) pada temperatur atau suhu dan tekanan yang sama. Kerapatan gas diidenfinisikan sebagai berat gas dalam gram per liter. Untuk menentukan berat molekul ini maka ditimbang sejumlah gas tertentu kemudian diukur pV dan T-nya. Menurut hukum gas ideal :

p V = n R T dimana n = m/BM……………………………….(1)

sehingga,

p V = (m/BM) RT…………………………………………… (2)

dengan mengubah persamaan

p(BM) = (m/V) RT = ρRT…………………………………….(3)

di mana:

BM : Berat molekul

p : Tekanan gas

V : Volume gas

T : Suhu absolut

R : Tetapan gas ideal

ρ : Massa jenis

Bila gas ideal sifat-sifatnya dapat dinyatakan dengan persamaan yang sederhana ialah pV = n R T, maka sifat-sifat gas sejati hanya dapat dinyatakan dengan persamaan, yang lebih kompleks lebih-lebih pada tekanan yang tinggi dan temperatur yang rendah. Bila diinginkan penentuan berat molekul suatu gas secara teliti maka hukum-hukum gas ideal dipergunakan pada tekanan yang rendah. Tetapi akan terjadi kesukaran ialah bila tekanan rendah maka suatu berat tertentu dari gas akan mempunyai volume yang sangat besar.. Untuk suatu berat tertentu bila tekanan berkurang volume bertambah dan berat per liter berkurang. Kerapatan yang didefinisikan dengan W/V berkurang tetapi perbandingan kerapatan dan tekanan d/p atau W/pV akan tetap, sebab berat total W tetap dan bila gas dianggap gas ideal pV juga tetap sesuai dengan persamaan berikut :

p V = R T………………………………………… (4)

M = R T = (d/p)_o R T………………………..…….(5)

Suatu aliran dari udara kering yang bersih dilewatkan cairan yang diukur tekanan uapnya. Ketelitian dari pengukuran ini tergantung pada kejenuhan udara tersebut. Untuk menjamin kejenuhan ini maka udara dilewatkan cairan tersebut secara seri. Bila V adalah volume dari w gram cairan tersebut dalam keadaan uap, M berat mol cairan dan tekanan uap dari cairan tersebut pada temperatur T maka tekanan uap dapat dihitung dengan hukum gas ideal :

p = ρR T…………………………………………(6)

(Respati, 1992)

Hukum gabungan gas untuk suatu sampel gas menyetakan bahwa perbandingan pV/T adalah konstan. Sebetulnya untuk gas-gas real (nyata) seperti metana (CH₃) dan oksigen dilakukan pengukuran secara cermat, ternyata hal ini tidak benar betul. Gas hipotesis yang dianggap akan mengikuti hukum gabungan gas pada berbagai suhu dan tekanan hukum gabungan gas pada berbagai suhu dan tekanan disebut gas ideal. Gas nyata akan menyimpang dari sifat gas ideal. Pada tekanan yang relatif rendah termasuk pada tekanan atmosfer serta suhuyang tinggi, semua gas akan menempati keadaan ideal sehingga hukum gas gabungan dapat dipakai untuk segala macam gas yang digunakan.

(Brady, 1999)

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.

(Haliday dan Resnick, 1978)

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, 1993)

Faktor Koreksi

Nilai BM hasil perhitungan akan mendekati nilai sebenarnya, tetapi masih mengandung kesalahan. Ketika labu erlenmeyer kosong ditimbang, labu ini penuh dengan udara. Setelah pemanasan dan pendinginan dalam desikator, tidak semua uap cairan kembali ke bentuk cairannya, sehingga akan mengurangi jumlah udara yang masuk kembali ke dalam labu erlenmeyer. Jadi massa labu erlenmeyer dalam keadaan ini lebih kecil dari pada massa labu erlenmeyer dalam keadaan semua uap cairan kembali kebentuk cairannya. Oleh karena itu massa cairan X sebenarnya harus ditambahkan dengan massa udara yang tidak dapat masuk kembali ke dalam labu erlenmeyer karena adanya uap cairan yang tidak mengembun. Massa udara tersebut dapat dihitung dengan menganggap bahwa tekanan parsial udara yang tidak dapat masuk sama dengan tekanan uap cairan pada suhu kamar. Nilai ini dapat diketahui dari literatur. Sebagai contoh untuk menghitung tekanan uap CHCl₃ pada suhu tertentu dapat digunakan persamaan:

Dimana P adalah tekanan uap dalam mmHg dan T adalah suhu dalam derajat celsius.

(Buku Petunjuk Praktikum Kimia Fisika, TGP FTUI)

C. ALAT DAN BAHAN

Alat Bahan

• Labu erlenmeyer – Cairan volatile X
• Beaker glass 600 mL
• Aluminium foil
• Karet gelang
• Jarum
• Neraca analitik
• Desikator
• Barometer

D. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Diambil sebuah labu erlenmeyer berleher kecil yang bersih dan kering, ditutup labu erlenmeyer dengan menggunakan aluminium foil dan karet gelang.
2. Ditimbang labu erlenmeyer beserta aluminium foil dan karet gelang dengan menggunkan nareca analitik.
3. Dimasukkan kurang lebih 5 mL cairan volatil ke dalam labu erlenmeyer. Ditutup kembali labu erlenmeyer dengan menggunakan karet gelang sehingga tutup ini bersifat kedap udara. Dibuat lubang kecil pada aluminium foil menggunakan jarum agar ua dapat keluar.
4. Direndam labu erlenmeyer dalam penangas air bertemperatur kurang lebih 100°C sedemikina sehingga air kurang lebih 1 cm di bawah aluminium foil. Dibiarkan labu erlenmeyer dalam penangas air sampai cairan volatil menguap. Di catat temperatur penangas air tersebut.
5. Diangkat labu erlenmeyer dari penangas air setelah semua cairan volatil dalam labu erlenmeyer menguap. Kemudian dikeringkan air yang terdapat pada bagian luar labu erlenmeyer dengan lap. Diletakkan labu erlenmeyer dalam desikator. Uap cairan volatil yang terdapat dalam labu erlenmeyer akan kembali menjadi cair.
6. Ditimbang labu erlenmeyer yang sudah dingin dengan neraca analitik (janga lepaskan tutup aluminium foil dan karet gelang sebelum labu erlenmeyer ditimbang).
7. Ditentukan volume labu erlenmeyer dengan cara mengisi labu erlenmeyer dengan air sampai penuh dengan menimbang massa iar yang terdapat pada erlenmeyer. Volume air dapat diketahui bila kerapatan air pada temperatur air dalam labu erlenmeyer diketahui dengan menggunkana rumus d= m/V.
8. Diukur tekanan atmosfer dengan menggunakan barometer.
9. Faktor koreksi. Dengan menggunakan nilai tekanan uap pada temperatur kamar, bersama-sama dengan data mengenai volume labu erlenmeyer dan berat molekul udara (28,8 gram/mol), dapat dihitung faktor koreksi yaitu massa udara yang tidak dapat masuk, yang harus ditambahkan pada cairan X setelah didinginkan dalam desikator. Dengan memasukkan faktor koreksi akan diperoleh nilai berat molekul yang lebih tepat.

E. DATA

F. ANALISIS DATA
Bobot erlenmeyer + aluminium foil + karet = 60,05 gram
Bobot erlenmeyer + aluminium foil + karet + uap kloroform = 60,40 gram

Bobot kloroform = 60,40 gram – 60,05 gram = 0,35 gram
Bobot erlenmeyer + air = 175,21 g gram
Bobot erlenmeyer kosong = 59,10 gram
Bobot air = 175,21 gram – 59,10 gram = 116,11 gram
Massa jenis air (ρ_air) = 0,99655 g/mL

Volume air = m/ρ_air

Volume air = 116,11 / 0,99655

Volume air = 116, 52 mL

Volume gas = volume air = 116,52 mL = 0,11652 L

Massa jenis kloroform (ρ) = Bobot kloroform (m) / Volume gas (L)

Massa jenis kloroform (ρ) = 0,35 gram / 0,11652 L

Massa jenis kloroform (ρ) = 3,00 g/L

Suhu air saat dipanaskan = 27⁰ C = 358 K

Tekanan udara (P) = 739 mmHg = 0,97237 atm

Mr = ρ R T / P = 3,00 g/L x 0,0821 L atm/molK x 358 K / 0,97237 atm

Mr = 90.68 g/mol

Berdasarkan hasil praktikum Mr atau berat molekul Kloroform adalah 90.68 g/mol sedangkan secara teoritis adalah 119,5 g/mol.

Faktor Koreksi

Log P = 6,90328 – 1163,03 / 227,4 + 27

Log P = -1156,12672 / 254,4

Log P = – 4,492

P = 0,00003 mmHg / 760 torr

P = 3,95 x 10^-8 atm

Massa CHCl3 menguap

mII = ρ Mr V / R T

mII = (3,95 x 10^-8 atm)( 28,8 gr.mol-1)(0,005 L) / (0,082 L atm mol-1K-1)(358 K)

mII = 5,68 x 10^-9  / 29, 766

mII = 1,909 x 10^-10 gr

Massa CHCl3
m total = m CHCl3 awal – m CHCl3 yang dihitung

= 0,35 gr – 1,909 x 10^-10 gr
= 0,35 gr

P V = n R T
P V = (m/Mr) R T

Mr = m R T / P V

Mr = (0,35g) (0,082 L atm mol^-1 K^-1) ¹) (358 K) / (0,97237 atm)( 0,11652 L)

Mr = 90,68 gr/mol

G. PEMBAHASAN

Percobaan ini merupakan percobaan tentang penentuan berat molekul berdasarkan kerapatan gas. Percobaan ini memiliki tujuan agar dapat menentukan berat molekul suatu senyawa yang mudah menguap dengan cara mengukur kerapatan uap dari senyawa tersebut, serta agar dapat mengaplikasikan persamaan gas ideal dalam suatu percobaan. Percobaan ini merupakan alternative lain dari metode penentuan berat molekul berdasarkan kerapatan gas dengan alat victor meyer. Persamaan gas ideal dan kerapatan gas dapat digunakan untuk menentukan berat molekul senyawa volatile. Senyawa volatil merupakan senyawa yang mudah menguap menjadi gas bila terjadi peningkatan suhu (umumnya 100^oC) (Tim KBK Kimia Fisika,2018). Pada percobaan ini, senyawa volatile yang digunakan adalah kloroform.

Percobaan ini diawali dengan mencari nilai bobot dari Erlenmeyer + alumunium foil + karet. Setelah ditimbang dengan neraca analitik, bobot dari Erlenmeyer + alumunium foil + karet adalah sebesar 60,05 gram. Selanjutnya adalah mencari bobot dari Bobot erlenmeyer + aluminium foil + karet + uap kloroform; yaitu sebesar 60,40 gram. Sehingga dapat diketahui nilai bobot dari kloroform yaitu sebesar 0,35 gram. Penimbangan selanjutnya adalah mencari bobot dari Erlenmeyer yang berisi air. Setelah ditimbang, bobot Erlenmeyer yang berisi air ini memiliki bobot sebesar 175,21 g gram. Langkah selanjutnya adalah mencari nilai bobot dari Erlenmeyer kosong, yang setelah ditimbang memiliki bobot sebesar 59,10 gram. Dari data ini, maka dapat diketahui bobot dari air, yaitu sebesar 116,11 gram. Dari data ini, dapat dihitung nilai dari volume air dengan cara membagi antara nilai bobot air dengan massa jenis air. Massa jenis air dapat diketahui dari teori yang mendukung. Berdasarkan teori, massa jenis air adalah sebesar 0,99655 g/mL, sehigga nilai volume air adalah sebesar 116, 52 mL. air ini memiliki sifat yang sama dengan udara, yaitu memiliki kecenderungan untuk memenuhi ruangan secara keseluruhan. Sehingga dapat dianggap bahwa nilai volume air bernilai sama dengan nilai volume udara dalam Erlenmeyer, sehingga nilai volume udara dalam Erlenmeyer adalah sebesar 116, 52 mL; atau bila dikonversikan ke satuan liter menjadi 0,11652 L.

Data dari volume gas ini, dapat digunakan untuk mencari nilai dari massa jenis kloroform, yaitu dengan cara membagi nilai bobot kloroform dengan volume udara. Dari perhitungan yang telah dilakukan, didapatkan nilai massa jenis kloroform sebesar 3,00 g/L. air yang digunakan untuk percobaan ini memiliki suhu sebesar 27⁰ C; atau saat dikonversikan ke satuan Kelvin bernilai sebesar 358 K. tekanan udara pada saat percobaan ini dilakukan sebesar 739 mmHg = 0,97237 atm. Dari semua data ini dapat dicari nilai massa relative molekul dari kloroform, yaitu dengan rumus Mr = ρ RT / p; rumus ini didapatkan dari persamaan gas ideal, dimana

P V = n R T         ………………….(1) (Persamaan Gas Ideal)

P V = (m/Mr) R T …………………(2) (n = m/Mr)

Dengan mengubah persamaan 2 akan diperoleh :

P (Mr) = (m/V) R T ,dengan = m/V, maka

Mr = ρ RT / p  ………………………(3)

Keterangan :    P = tekanan gas R = tetapan gas ideal

V= volume gas  ρ  = massa jenis gas

T = Suhu Mr = Massa Molekul Relative

sehingga dengan rumus tersebut didapatkan nilai massa molekul relative senyawa kloroform sebesar 90,68 gr/mol.

Dengan mengubah cairan kloroform menjadi gas, maka sesuai dengan sifatnya yang mudah berubah, (kerapatan) gas tersebut akan menempati seluruh ruang atau volume labu erlenmeyer dan akan berhenti ketika tekanannya sama antara tekanan di dalam erlenmeyer dan tekanan udara di luar Erlenmeyer, sehingga dapat dicari nilai dari massa molekul relative suatu zat tersebut. Menurut data hasil percobaan, nilai massa molekul relative senyawa kloroform ini sebesar 90,68 gr/mol. Data ini tidak sesuai dengan teori yang ada. Menurut teori yang ada, massa jenis kloroform adalah sebesar 119,5 g/mol. Dari data ini, dapat dicari nilai presentase ketelitiannya, yaitu sebesar 75,8 % .

Hal ini dapat disebabkan karena faktor tidak semua cairan kloroform yang menguap, kembali mengembun setelah didinginkan akibatnya akan mengurangi massa udara yang dapat masuk kembali, sehingga diperlukan penghitungan factor koreksi agar data yang didapat lebih akurat. Factor koreksi ini merupakan massa udara yang tidak dapat masuk, yang harus ditambahkan pada massa cairan X setelah didinginkan dalam desikator. Ketika labu Erlenmeyer kosong ini ditimbang, labu ini penuh dengan udara. Setelah pemanasan dan pendinginan dalam desikator tidak semua uap cairan kembali ke bentuk cairnya. Oleh karena itu massa sebenarnya X harus ditambah dengan massa udara yang tidak dapat masuk kembali ke dalam labu Erlenmeyer karena adanya uap cairan yang tidak mengembun. Massa udara tersebut dapat dihitung dengan mengasumsikan bahwa tekanan parsial udara yang tidak dapat masuk tadi sama dengan tekanan uap cairan X pada temperature kamar (KBK Kimia Fisika,2018) . Setelah massa kloroform sudah ditambahkan dengan nilai factor koreksi, dapat diperoleh nilai massa molekul relative dengan perhitungan gas ideal. Nilai massa molekul relative setelah adanya penambahan factor koreksi adalah sebesar 90,68 gr/mol. Nilai ini masih tidak sesuai dengan nilai massa molekul relative kloroform berdasarkan teori.

Ketidakakuratan data ini dapat disebabkan karena adanya ketidaktepatan pengamatan pada saat cairan telah menguap semua atau belum, sehingga dapat berpengaruh terhadap penghitungan. Apabila masih terdapat cairan yang belum menguap atau masih terisi di dalam erlenmeyer, maka akan dapat menyebabkan adanya kesalahan penghitungan massa jenis gas dan akhirnya berdampak pada kesalahan dalam penghitungan berat molekul.

H. KESIMPULAN

• Dalam percobaan ini, senyawa mudah menguap yang digunakan adalah kloroform. Berat molekul senyawa ini dapat dihitung dengan cara mengukur kerapatan uap dari senyawa tersebut. Dari data hasil percobaan, didapatkan nilai massa molekul relative kloroform sebesar 90,68 gr/mol.
• Persamaan gas ideal dapat digunakan dalam menentukan berat molekul suatu senyawa.

P V = n R T         ………………….(1) (Persamaan Gas Ideal)

P V = (m/Mr) R T …………………(2) (n = m/Mr)

Dengan mengubah persamaan 2 akan diperoleh :

P (Mr) = (m/V) R T ,dengan = m/V, maka

Mr = ………………………(3)

Keterangan :    P = tekanan gas R = tetapan gas ideal

V= volume gas        ρ  = massa jenis gas

T = Suhu Mr = Massa Molekul Relative

I. DAFTAR PUSTAKA

Atkins, PW. 1996. Kimia Fisik Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga.

Basuki, Atastina Sri. 2003. Buku Petunjuk Praktikum Kimia Fisika. Laboratorium Dasar Proses Kimia: TGP FTUI.

Brady, James E. 1999. Kimia Universitas, Jilid 1, edisi kelima. Jakarta : Binarupa Aksara

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

Respati. 1992. Dasar-Dasar Ilmu Kimia Untuk Universitas. Yogyakarta: Rineka Cipta

Tim Kimia Fisika. 2014. Modul Praktikum Kimia Fisika 1. Padang : UNP

J. JAWABAN PERTANYAAN

1. Apakah yang menjadi sumber kesalahan dalam percobaan ini?
Jawab:
Sumber kesalahan pada percobaan ini dapat ditinjau dari ketidaktepatan penga-matan pada saat cairan telah menguap semua atau belum, sehingga dapat ber-pengaruh terhadap penghitungan. Apabila masih terdapat cairan yang belum menguap atau masih terisi di dalam erlenmeyer, maka dapat menyebabkan adanya kesalahan penghitungan massa jenis gas dan akhirnya juga berdampak pada kesalahan dalam penghitungan berat molekul.

2. Dari hasil analisis penentuan berat molekul suatu cairan x yang volatil diperoleh nilai 120 gr/mol. Hasil analisis menunjukkan bahwa unsur tersebut mengandung karbon 10%, klor 89%, dan hidrogen 1%. Tentukanlah rumus molekul senyawa ini!

Misal : massa total senyawa organik = 100 gram

Massa karbon = 10 x 100 / 100 = 10 g

Massa klor = 89 x 100 / 100 = 89 g

Mol C : Mol H : Mol Cl

10 : 1 : 89

12 1 35,5

0,83 : 1 : 2.507

Rumus empiris senyawa : CHCl3
Rumus molekul : (CHCl3)n
(Ar C x n) + (Ar H x n) + (3 Ar Cl x n) = Mr CHCl3
12.n + 1.n + 106,5.n = 120 gr/mol

119,5.n = 120 gr/mol

n = 120 g/mol / 119,5

n = 1.008

Gambar