Laporan Full Praktikum Termodinamika - Kesetimbangan Uap Cair-1 [PDF]

Citation preview

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TERMODINAMIKA KESETIMBANGAN UAP-CAIR



Kelompok : 3 Dhika Artasya P.



(1731410061)



Fariha Afidati



(1731410004)



Fitatul Wahyu Q.



(1731410056)



JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI MALANG 2018



Kesetimbangan Uap-Cair Tanggal Percobaan : 10 Mei 2018



1.



Tujuan a. Mahasiswa dapat menunjukkan hubungan antara konsentrasi larutan, komposisi uap dengan suhu pada kondisi kesetimbangan uap-cair sistem biner. b. Mahasiswa dapat mempraktekkan percobaan distilasi sederhana. c. Mahasiswa dapat menghitung komposisi larutan berdasarkan indeks bias.



2.



3.



Variabel 1.



Variable bebas



: Volume



2.



Variable control : Larutan etanol-air



3.



Variable terikat



: Suhu dan Indeks bias larutan



PROSEDUR KERJA a. Daftar Alat 1. Tabung reaksi 10 buah 2. Pipet ukur 25 mL 3. Boulp Pipet 4. Corong kaca 5. Gelas Ukur 100 mL 1 buah 6. Pipet tetes 1 buah 7. Refraktometer. 8. Alat destilasi 1 set b. Daftar Bahan 1. Etanol Teknis 200 mL 2. Aquadest



c. Skema Kerja Mengalirkan air dingin pada kondensor dan memastikan semua valve tertutup.



Mengisi tabung boiler dengan etanol (200 mL).



Menghubungkan power source ke daya AC dan mengatur pada 75 V.



Menutup tabung boiler dengan plug termokopel.



Mencatat suhu konstan saat tabung sampel mulai terisi.



Mengambil sampel pada masing-masing valve (Destilat dan Residu) dan menganalisa indeks bias dengan refraktometer.



Menambahkan 50 mL akuadest ke dalam boiler.



Menambahkan 50 mL akuadest ke dalam boiler.



Mengambil sampel baru dan menganalisis sampel menggunakan refraktometer.



Mengulangi langkah sebelumnya (penambahan air dan analisa sampel) hingga volume air total 20 mL



4.



HASIL DAN PEMBAHASAN a. Data Pengamatan Tabel 4.1 : Indeks bias destilat dan residu Indeks bias No.



Suhu ( ºC) Destilat



residu



1



65,5



1,329



1,329



2



72,6



1,338



1,332



3



70



1,334



1,34



4



80,1



1,336



1,339



5



83,7



1,336



1,337



b. Data Perhitungan Tabel 4.2 : Hasil perhitungan konsentrasi dan fraksi mol destilat dan residu Konsentrasi Etanol (%v/v) No.



Fraksi mol



Suhu ( ºC) Destilat



Residu



Destilat



Residu



1



65,5



3,17%



3,17%



0,010027



0,010027



2



72,6



12,07%



1,63%



0,040697



0,005088



3



70



4,97%



15,85%



0,015913



0,055049



4



80,1



8,44%



13,94%



0,027712



0,047684



5



83,7



8,44%



10%



0,027712



0,034054



90



Destilat/Vapor y = -20286x2 + 1314,7x + 61,175 R² = 0,612



80 70



Residu/Liquid y = -51049x2 + 2892,4x + 39,972 R² = 0,9055



60 50



Destilat Residu



40



Poly. (Destilat)



30



Poly. (Residu)



20 10 0 0



0.01



0.02



0.03



0.04



0.05



0.06



Kurva 4.1 : Kesetimbangan uap cair larutan air-etanol



PEMBAHASAN (Dhika Artasya Pratama) Pada percobaan ini dilakukan pengukuran kesetimbangan uap-cair. Kesetimbangan uapcair adalah kondisi dimana liquid dan gasnya berada pada kesetimbangan satu sama lain, kondisi dimana kecepatan evaporasi sama dengan kecepatan kondensasipada level molekuler. Kesetimbangan dari proses tersebut digambarkan dalam bentuk grafik kurva yang menunjukkan perubahan fraksi mol dari cairan dan uap terhadap temperatur. Kurva ini didasarkan pada teori fasa gibbs dimana derajat kebebasan berupa variabel ubahan dapat diubah bergantung pada komposisi serta fasa pada proses.



Grafik menunjukkan temperatur saat kesetimbangan sesuai dengan fraksi mol yang terkandung pada campuran, baik dalam cairan maupun uap. Dalam kesetimbangan fraksi mol yang menguap dan yang teruapkan akan berbeda hingga mencapai suatu titik yang disebut azeotrop. Titik ini merupakan campuran 2 atau lebih cairan dimana komponennya tidak dapat dipisahkan dan ditandai dengan fraksi mol baik dalam kondisi cair maupun kondsi uap bernilai sama. Percobaan dilakukan dalam satu rangkaian ebulliometer yaitu suatu rangkaian yang berfungsi mencatat titik didih dari suatu cairan yang berada dalam kesetimbangan uap-cair. Rangkaian ini terdiri atas boiler yang disertai elemen pemanas dan terhubung power supply DC serta rangkaian destilasi dengan kondensor refluks yang berfungsi mengubah uap kembali menjadi bentuk cair. Larutan awal etanol dimasukkan ke boiler lalu ditentukan titik didih (saat terlah setimbang) dan dilakukan penambahan air untuk mendapatkan beragam konsentrasi. Dari rangkaian ini dapat diambil sampel dari cairan dan uap yang kemudian dianalisis. Sampel yang diperoleh dari hasil destilasi adalah berupa sampel campuran saat berfasa cair dan saat berfasa uap (yang telah dikondensasi menjadi cair). Sampel ini kemudian dianalisis menggunakan refraktometer. Refraktometer adalah sebuah alat yang berfungsi mengukur indeks bias suatu larutan. Data indeks bias memiliki relasi dengan kadar zat terlarut dalam suatu larutan



dan dari hubungan tersebut dapat diperoleh suatu fungsi yang menunukkan hubungan antara konsentrasi dengan indeks bias suatu larutan. Pada percobaan larutan yang digunakan adalah campuran dari etanol dan air. Sebelum menganalisa sampel, harus dtentukan dulu suatu fungsi yang menunjukkan hubungan indeks bias dengan konsentrasi menggunakan larutan etanol standar. Pada percobaan sudah terdapat kurva larutan standar etanol sehingga tidak perlu dilakukan pembuatan kurva lagi. Dari kurva tersebut sampel dapat dianalisa dan dicari nilai konsentrasi serta fraksi mol larutan. Hasil yang didapat adalah berupa kurva yang menunjukkan perubahan fraksi mol terhadap suhu dalam bentuk kurva kesetimbangan uap-cair berikut : 90



80 70



Residu/Liquid y = -51049x2 + 2892,4x + 39,972 R² = 0,9055



60 50



Destilat/Vapor y = -20286x2 + 1314,7x + 61,175 R² = 0,612 Destilat Residu



40



Poly. (Destilat)



30



Poly. (Residu)



20



10 0 0



0.01



0.02



0.03



0.04



0.05



0.06



Dari kurva tersebut terlihat bahwa lengkungan menunjukkan deviasi postif terhadap hukum roult karena terdapat suatu titik azeotrop di tengah kedua kurva. Titik azeotrop terdapat sekitar suhu 80ºC dengan fraksi mol di sekitar 0,023. Deviasi positif yang terjadi pada larutan ini disebabkan oleh gaya tarik antarmolekul heterogen lebih kuat daripada molekul homogen sehingga tidak dapat dipisahkan melalui pemanasan. Kurva ini memiliki bentuk deviasi tidak sesuai dengan terori dalam literatur yang mengatakan bahwa campuran etanol dengan air memiliki deviasi positif. Hal ini bisa disebabkan oleh berberapa faktor kesalahan seperti kesalahan pengukuran suhu, larutan yang tidak persis tercampur, ataupun kesalahan dalam pengukuran indeks bias. Selain itu data yang diperoleh tidak didapatkan hasil yang maksimal yaitu berupa kurva lengkap dikarenakan hanya dilakukan pada berberapa tingkat konsentrasi saja. Diharapkan pada praktikum selanjutnya lebih memperhatikan ketelitian dalam pengamatan maupun perhitungan.



5.



DAFTAR PUSTAKA Balzhiser, dkk. 1972. Chemical Engineering Thermodynamics D.S., Syahidin. Kesetimbangan Uap-Cair Smith, J., Van Ness, H. C. 2005. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics Suhartim Profiyanti H., dkk. 2017. Praktikum Thermodinamika Teknik Kimia Yunus, A. Cengel, dkk. Thermodynamics: An Engineering Approach



6.



LAMPIRAN a. Contoh Perhitungan I.



Perhitungan konsentrasi larutan etanol Fungsi grafik kurva standar indeks bias terhadap konsentrasi : 𝑦 = −0,033𝑥 2 + 0,062𝑥 + 1,331 Data 1 : Indeks bias = y = 1,332 1,332 = −0,033𝑥 2 + 0,062𝑥 + 1,331 0 = −0,033𝑥 2 + 0,062𝑥 − 0,001 𝒙 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟐𝟕 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑥 = 1,86252 Konsentrasi larutan : 1,627%



II.



Perhitungan fraksi mol etanol dalam larutan Misal volume larutan : 100 mL



Volume air dalam larutan :



Volume etanol dalam larutan :



Vair = Vtotal - Vetanol



Vetanol = Vtotal x Konsentrasi



Vair = 100 mL - 1,627 mL



Vetanol = 100 mL x 1, 627%



Vair = 98,373 mL



Vetanol = 1,627 mL



Massa etanol dalam larutan :



Massa air dalam larutan :



metanol = Vetanol x ρetanol



mair = Vair x ρair



metanol = 1,627 mL x 0,789 g/mL



mair = 98,373 mL x 0,997 g/mL



metanol = 1,283703 g



mair = 98,077881 g



Mol etanol dalam larutan :



Mol air dalam larutan :



netanol = metanol/BM etanol



nair = mair/BM air



netanol = 1,283703/46,07



nair = 98,077881/18



netanol = 0,027864185 mol



nair =5,448771167 mol



Fraksi mol etanol dalam larutan : Xetanol = netanol/ netanol + nair Xetanol = 0,027864185 mol / 0,027864185 mol + 5,448771167 mol Xetanol = 0,027864185 mol / 5,476635352 mol Xetanol = 0,005087829



b. Gambar



Gambar 6.1 : Kurva standar etanol-air



Gambar 6.2 : Ebulliometer



Gambar 6.3 : Refraktometer



Gambar 6.4 : Pengamatan indeks bias