PENGUKURAN SUHU DAN KENAIKAN TITIK DIDIH LARUTAN

(A)

I. TUJUAN PERCOBAAN

Percobaan ini bertujuan untuk:

1. Mengetahui prinsip kerja termometer berisi zat alir dan thermocouple digital.

2. Mengetahui cara menera alat ukur suhu.

3. Menerapkan hasil peneraan untuk pengukuran kenaikan titik didih larutan.

4. Menentukan pengaruh konsentrasi zat terlarut elektrolit dan non elektrolit terhadap

kenaikan titik didih air.

II. DASAR TEORI

Suhu (temperatur) merupakan peubah proses yang sangat penting dalam proses-

proses baik dalam skala laboratorium maupun skala industri, karena suhu dapat mempengaruhi

kinerja unit proses yang melibatkan reaksi kimia, maupun unit operasi pada sistem pemisahan,

seperti distilasi, pengeringan, penguapan, penyerapan, kristalisasi, dan lain-lain. Pada dasarnya

suhu berkaitan dengan energi kinetik molekul suatu senyawa. Suhu dapat didefinisikan sebagai

kondisi suatu benda (potensial) yang menentukan perpindahan kalor (heat) menuju atau dari

benda lain, atau secara lebih praktis sebagai tingkat (derajat) kepanasan (hotness) atau

kedinginan (coldness).

Ada beberapa skala (satuan) suhu, seperti Kelvin, Celcius, Fahrenheit, Reamur,

Rankine, dan International Practical Temperature Scale (IPTS). Prinsip kerja alat pengukur

suhu di antaranya adalah :

1. Kenaikan volume benda oleh kenaikan suhu, seperti pada termometer berisi zat alir (fluida:

cair dan gas) dan bimetal (padat).

2. Kenaikan tegangan listrik (emf) akibat naiknya beda suhu pada pasangan logam (Seebeck

Effect), seperti thermocouple digital.

3. Perubahan tahanan suatu bahan (logam maupun semi-logam) akibat perubahan suhu media

yang terukur, seperti bimetal.

4. Kenaikan intensitas radiasi kalor dengan naiknya suhu bahan, seperti pada pyrometer.

Secara umum, hubungan antara perubahan suhu dengan perubahan sifat fisis dapat

digambarkan sebagai berikut:

Gambar 1. Profil Perubahan Suhu dan Sifat Fisis Bahan

Hubungan tersebut dapat digunakan sebagai kurva baku, sehingga perubahan suhu

media dapat diketahui melalui perubahan sifat fisisnya. Alat ukur suhu yang merupakan salah

satu sistem pengukuran mungkin tersusun atas beberapa elemen, seperti ditunjukkan pada

bagan berikut:

Gambar 2. Elemen Sistem Pengukuran Suhu

Termometer dengan prinsip kerja perubahan volume merupakan termometer yang

elemen penyusunnya paling sedikit, yaitu elemen perasa dan elemen penampil. Termometer

berisi cairan mempunyai elemen perasa berupa cairan pengisi, dan elemen penampil yang

berupa gelas kapiler berskala. Demikian juga termometer berisi gas, elemen perasanya berupa

uap/ gas, dan elemen penampilnya berupa simpangan. Elemen perasa termometer bimetal

berupa dua lapis logam yang mempunyai muai volum yang berbeda, dan perubahan elemen

perasanya ditunjukkan dengan simpangan.

Suhu, 0 C

Sifat fisis

Media terukur

Elemen perasa Primer

Tran-duser

Pengkondisi isyarat/ pengubah

Transmisi data/ telemetri

Pemroses data

Tampilan data

Pencetak data

Perekam data

Thermocouple merupakan elemen perasa sekaligus tranduser, karena hasil

pengukurannya berupa tegangan listrik. Pada umumnya, tegangan yang dihasilkan sangat kecil,

sehingga isyarat ini biasanya diolah lebih lanjut dengan penguat dan pengubah isyarat dari

tegangan menjadi suhu, untuk kemudian ditampilkan atau dicetak. Prinsip kerja bimetal

berdasarkan pemuaian dua buah logam yang disusun sedemikian rupa, sehingga pada saat

memuai, panjang kedua logam tidak sama yang diakibatkan oleh koefisien muai logam yang

berbeda.

Sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang tidak bergantung pada jenis zat terlarut

tetapi tergantung pada banyaknya partikel zat terlarut dalam larutan. Titik didih adalah suhu di

mana terjadi perubahan wujud zat dari cair ke gas pada tekanan tertentu. Pada tekanan 1 atm,

air mendidih pada suhu 100 C karena pada suhu itu tekanan uap air sama dengan tekanan

udara di sekitarnya. Selisih antara titik didih larutan dengan titik didih pelarut disebut kenaikan

titik didih ( Tb). Kenaikan titik didih tidak bergantung pada jenis zat terlarut, tetapi hanya

tergantung pada konsentrasi partikel (molalitas) dalam larutan. Oleh karena itu, kenaikan titik

didih tergolong sifat koligatif. Molalitas adalah konsentrasi larutan yang dinyatakan dengan

jumlah mol zat terlarut dalam 1000 gram pelarut.

Mendidihnya suatu zat cair diamati dari timbulnya gelembung-gelembung udara yang

terbentuk secara terus-menerus pada berbagai bagian zat cair. Dengan adanya zat terlarut dalam

suatu zat cair (pelarut) menimbulkan interaksi antara partikel terlarut dengan partikel pelarut

sehingga tekanan uap larutan akan turun dan menyebabkan titik didih larutan tersebut akan

naik karena energi yang diperlukan oleh pelarut untuk membentuk uap agar tekanan uap sama

dengan tekanan udara di sekitarnya meningkat. Kenaikan titik didih terjadi pada larutan di

mana zat terlarut termasuk zat non-volatil.

Menurut Raoult hubungan antara kenaikan titik didih larutan dengan konsentrasi zat

terlarut adalah sebagai berikut :

bbmxKT

(1)

dengan, bT = kenaikan titik didih (oC)

b

K = tetapan kenaikan titik didih (oC/molal)

m = molalitas larutan (molal)

Zat terlarut dalam larutan elektrolit bertambah jumlahnya karena terurai menjadi ion-

ion, sedangkan zat terlarut pada larutan non elektrolit jumlahnya tetap karena tidak terurai

menjadi ion-ion, sesuai dengan hal-hal tersebut maka sifat koligatif larutan non elektrolit

lebih rendah daripada sifat koligatif larutan elektrolit. Oleh karena itu untuk larutan elektrolit

berlaku persamaan

)1(1 nmxKTbb (2)

dengan, n = jumlah ion yang dihasilkan

misal untuk NaCl Na+ + Cl- maka n=2

= derajat ionisasi zat elektrolit

untuk elektrolit kuat dapat dianggap terionisasi sempurna, 1

Diagram di bawah ini menunjukkan perubahan kenaikan titik didih dan hubungannya

dengan tekanan uap larutan. Semakin rendah tekanan uap larutan, semakin tinggi juga titik

didihnya. Dapat dilihat bahwa penambahan zat terlarut ke dalam solven dapat menurunkan

tekanan uap dan menaikkan titik didih.

Gambar 3. Phase Diagram for a Solvent and its Solution with a Nonvolatile Solute

III. PELAKSANAAN PERCOBAAN

A. Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:

1. Garam dapur (NaCl) yang diperoleh dari Laboratorium Analisis Bahan Jurusan

Teknik Kimia Universitas Gadjah Mada.

2. Glukosa monohidrat (C6H12O6.H2O) yang diperoleh dari Laboratorium Analisis

Bahan Jurusan Teknik Kimia Universitas Gadjah Mada..

3. Aquadest yang diperoleh dari Laboratorium Analisis Bahan Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gadjah Mada.

B. Alat

Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah:

Gambar 4. Rangkaian Alat Utama Percobaan Peneraan Alat Ukur Suhu

Keterangan:

1. Panel instrument 2. Blower 3. Water heater 4. Vacuum flask 5. Bimetal udara 6. Termometer alkohol 1100C 7. Termometer raksa 1100C 8. Tombol on/off temperature

measurement bench

9. Tombol on/off blower 10. Tombol on/off water heater 11. Steker temperature measurement

bench

12. Sensor thermistor 13. Sensor platinum resistance 14. Sensor thermocouple 15. Display platinum resistance 16. Display thermistor 17. Display thermocouple 18. Display tegangan listrik

Gambar 5. Rangkaian Alat Pengukuran Kenaikan Titik Didih Larutan

C. Cara Kerja

Percobaan yang dilakukan meliputi peneraan alat ukur suhu dan pengukuran kenaikan

titik didih larutan.

1. Peneraan Alat Ukur Suhu (Menggunakan Termomemeter Raksa)

a. Pengukuran Suhu Udara

Catat suhu udara yang ditunjukkan termometer raksa, termometer alkohol dan

thermocouple pada udara terbuka setelah suhu yang ditunjukkan alat ukur

konstan.

b. Pengukuran Suhu Air Ledeng

1. Masukkan air ledeng secukupnya kedalam gelas beker 250 mL.

2. Celupkan termometer raksa dalam air ledeng tersebut.

3. Catat suhu termometer raksa setelah nilainya konstan.

4. Ulangi percobaan dengan memakai termometer alkohol dan thermocouple.

c. Pengukuran Suhu Air Mendidih

1. Didihkan air ledeng secukupnya dalam water heater (skala water heater = 4).

2. Celupkan termometer raksa, termometer alkohol dan probe thermocouple

dalam air pada water heater yang sedang mendidih.

3. Catat suhu tiap alat ukur setelah suhunya konstan.

d. Pengukuran Suhu Es Melebur

1. Masukkan es batu ke dalam vacuum flask sampai mencair.

2. Celupkan termometer raksa, termometer alkohol dan probe thermocouple

dalam leburan es melalui lubang pada tutup vacuum flask.

3. Catat suhu yang di tunjukkan tiap alat ukur setelah nilainya konstan.

Keterangan:

1. Labu Leher tiga

2. Pendingin bola

3. Thermocouple

4. Pemanas mantel

5. Layar Penunjuk Suhu

6. Statif dan klem

7. Steker

8. Pengatur skala

pemanas

e. Pengukuran Suhu Udara Panas

1. Pasang termometer raksa, termometer alkohol dan probe thermocouple pada

lubang yang tersedia pada pipa blower.

2. Hidupkan blower dengan menekan tombol on.

3. Catat suhu tiap alat ukur setelah nilainya konstan.

f. Pengukuran Suhu Es+Garam

1. Masukkan es batu ke vacuum flask dan menambah garam dapur secukupnya,

lalu membiarkan es batu mencair.

2. Celupkan termometer raksa, termometer alkohol dan probe thermocouple ke

dalam campuran garam dan leburan es melalui lubang pada vacuum flask.

3. Catat suhu tiap alat ukur setelah nilainya konstan.

2. Pengukuran Kenaikan Titik Didih

a. Pengukuran titik didih aquadest

1. Ambil 250 mL aquadest dengan gelas beker PYREX 250 mL.

2. Panaskan gelas beker PYREX 250 mL berisi aquadest tersebut di atas

kompor sampai mendidih.

3. Catat suhu didih aquadest yang ditunjukkan termometer alkohol dan

thermocouple.

b. Pengukuran titik didih larutan gula

1. Timbang gula pasir sebanyak 85,5 gram pada gelas beker 250 mL

menggunakan neraca analitis digital.

2. Masukkan aquadest ke dalam labu ukur 250 mL sampai tanda batas.

3. Larutkan 85,5 gram gula pasir dengan aquadest dari labu ukur 250 mL

tersebut dalam gelas beker 600 mL. Akan diperoleh larutan gula 1 molal.

4. Tuang sebagian larutan gula tersebut (sekitar 100 mL) ke dalam labu leher

tiga 500 mL dengan bantuan corong gelas.

5. Panaskan larutan gula dalam labu leher tiga yang dilengkapi pendingin bola

di atas pemanas mantel pada skala 8.

6. Sisa larutan gula yang di belum dimasukkan ke labu leher tiga, dipanaskan

di atas kompor listrik dengan wadah gelas beker PYREX 600 mL sampai

suhunya sekitar 80oC (suhu dicek secara berkala menggunakan

thermocouple).

7. Masukkan larutan gula dari langkah 6 ke dalam labu leher tiga.

8. Panaskan larutan gula di dalam labu leher tiga sampai mendidih ditandai

dengan suhu yang konstan.

9. Catat suhu didih larutan gula yang ditunjukkan termometer alkohol dan

thermocouple.

10. Tuang larutan gula ke dalam gelas beker 600 mL lalu tambahkan 171 gram

gula pasir dan aduk dengan gelas pengaduk hingga homogen.

11. Ulangi langkah 4 sampai 10 dua kali lagi hingga diperoleh 3 data percobaan.

c. Pengukuran titik didih larutan garam

1. Timbang garam dapur (NaCl) sebanyak 14,625 gram pada gelas beker 250

mL menggunakan neraca analitis digital.

2. Masukkan aquadest ke dalam labu ukur 250 mL sampai tanda batas.

3. Larutkan 14,625 gram NaCl dengan dari labu ukur 250 mL tersebut dalam

gelas beker 600 mL. Akan diperoleh larutan garam 1 molal.

4. Tuang sebagian larutan garam tersebut (sekitar 100 mL) ke dalam labu leher

tiga 500 mL dengan bantuan corong gelas.

5. Panaskan larutan garam dalam labu leher tiga yang dilengkapi pendingin bola

di atas pemanas mantel pada skala 8.

6. Sisa larutan garam yang di belum dimasukkan ke pemanas mantel

dipanaskan di atas kompor listrik dengan wadah gelas beker PYREX 600 mL

sampai suhunya sekitar 80oC (suhu dicek secara berkala menggunakan

thermocouple).

7. Masukkan larutan garam dari langkah 6 ke dalam labu leher tiga.

8. Panaskan larutan garam di dalam labu leher tiga sampai mendidih ditandai

dengan suhu yang konstan.

9. Catat suhu didih larutan garam yang ditunjukkan termometer alkohol dan

thermocouple.

10. Tuang larutan garam ke dalam gelas beker 600 mL lalu tambahkan 29,25

gram garam dan aduk dengan gelas pengaduk hingga homogen.

11. Ulangi langkah 4 sampai 10 dua kali lagi hingga diperoleh 3 data percobaan.

4. Analisis Data

1. Peneraan Alat Ukur Suhu

Hubungan antara suhu yang ditunjukkan termometer raksa (T1, K) dengan suhu yang

ditunjukkan alat ukur yang ditera (T2, K) dinyatakan dengan persamaan berikut:

T2 = A T1 + B (1)

Dengan regresi linier (least-square method) diperoleh:

= 12 1 2

12 ( 1)2

(2)

= 2 1

(3)

Data untuk perhitungan regresi linier disajikan dalam tabel :

No T1 T2 T12 T1 x T2

Dari nilai A dan B, diperoleh persamaan linier hubungan suhu termometer raksa

dengan suhu termometer yang ditera.

Kesalahan relatif persamaan terhadap data percobaan dihitung sebagai berikut:

= |2 2

2 | 100 % (4)

Data disajikan dalam bentuk tabel:

No T1 T2 percobaan T2 persamaan Kesalahan

relatif

=

(5)

dengan, n = jumlah data

Grafik hubungan suhu termometer raksa dengan suhu termometer yang ditera dapat

dibuat dengan mengeplot nilai T2 hasil persamaan dan nilai T2 hasil percobaan

terhadap nilai T1.

Peneraan dilakukan terhadap termometer alkohol dan thermocouple digital. Grafik

masing-masing dibuat terpisah dan dilampirkan di pembahasan.

2. Pengukuran Kenaikan Titik Didih Larutan

Suhu yang didapat dari percobaan kenaikan titik larutan, dimasukkan ke persamaan

yang Anda dapatkan dari perhitungan peneraan alat ukur suhu. Persamaan yang

digunakan untuk menera hasil suhu terukur ditulis kembali dan disajikan dalam bentuk

T1=f(T2):

1 =2

(6) dan (7)

Persamaan (6) untuk termometer alkohol dan (7) untuk thermocouple.

Hasil perhitungan peneraan alat ukur suhu disajikan dalam tabel berikut:

No. Bahan

Suhu terukur dari percobaan (T2) Suhu hasil peneraan terhadap termometer raksa (T1)

Termometer

alkohol, K

thermocouple,

K

Termometer

alkohol, K thermocouple, K

1. Aquadest

2.

Garam

3.

4.

5.

Gula

6.

7.

Suhu yang telah ditera inilah yang kemudian digunakan untuk menghitung kenaikan

titik didih atau Tb pada bagian kenaikan titik didih larutan.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil percobaan harus diawali dengan deskripsi singkat mengenai tujuan dan manfaat

percobaan. Pembahasan dibahas per tahap prosedur kerja. Uraikan sedikit saja prosedur

kerja Anda, diikuti dengan pembahasan terkait tahap tersebut, diikuti dengan asumsi yang

Anda ambil dalam melakukan percobaan dan perhitungan pada tahap tersebut dan

mengapa asumsi tersebut Anda ambil, ditutup dengan kesulitan-kesulitan yang Anda

alami pada tahap tersebut.

Untuk pengukuran suhu, dibuat grafik hasil peneraan termometer alkohol dan

thermocouple terhadap termometer raksa. Dilihat juga kesalahan relatif persamaan yang

Anda hasilkan dari regresi linier terhadap hasil percobaan, persamaan yang manakah

yang lebih akurat dalam mewakili data yang Anda dapat dari percobaan. Jika ada hasil

percobaan/perhitungan yang menyimpang dari dasar teori, dibahas.

Untuk kenaikan titik didih larutan, dibuat grafik molalitas terhadap Tb untuk larutan

gula dan larutan garam dengan thermocouple dan termometer raksa, akan dihasilkan

empat grafik. Data percobaan ditampilkan dalam bentuk titik-titik, dan antar titik

jangan disambung dengan garis. Hasil perhitungan Tb menggunakan persamaan

ditampilkan dalam garis lurus, jangan ada titik-titiknya. Bahas grafiknya satu per satu,

jika terjadi penyimpangan antara data percobaan dengan garis persamaan, berikan alasan

mengapa. Jangan lupa membahas perbedaan kenaikan titik didih antara larutan garam dan

gula, mana yang lebih besar, dan sesuaikan dengan dasar teori. Jika ada data dan/atau

perhitungan yang tidak sesuai dengan dasar teori, dibahas mengapa. Tidak perlu

menuliskan penyebab kesalahan relatif.

V. KESIMPULAN

Buatlah kesimpulan yang sesuai dengan tujuan percobaan dan hal-hal yang anda temukan

dalam pelaksanaan praktikum. Jangan menulis ulang tujuan, cara kerja, dan dasar

teori di bagian kesimpulan.

VI. DAFTAR PUSTAKA

Brown, G.G., Fourst, A.S., and Scherdewind, R., 1950, Unit Operation, pp. 541-

547,John Wiley and Sons, Inc., New York.

Considine, D.M., 1957, Process Instruments and Controls Handbook, McGraw-Hill

Book Company, Inc., New York.

Eckman, D.P., 1966, Industrial Instrumentation, Wiley Eastern Ltd., John Wiley and

Sons, Inc., New York.

Jones, B.E., 1980, Instrumentation, Measurements, and Feedback, Tata McGraw-Hill

Publishing Company, Ltd., New Delhi.

Perry, R.H., and Green, D.W., 1984, Perrys Chemical Engineers Handbook, 6th ed.,

pp. 3-45, 3-127, 3-248, 12-3, 12-8, McGraw-Hill Company, Inc., New York.

Smith, J.M. and Van Ness, 1975, Introduction to Chemical Engineering

Thermodynamics, 3rd ed., pp. 573, McGraw-Hill Kogakusha, LTD., Tokyo.

Treybal, R.E., 1981, Mass Transfer Operation, 3rd ed., pp. 227-231, 237, McGraw-Hill

Kogakusha, LTD., Japan.

VII. LAMPIRAN

A. Identifikasi Hazard Proses dan Bahan Kimia

a. Proses

b. Alat

c. Bahan

Penanganan Hazard

B. Penggunaan Alat Perlindungan Diri

a. Jas laboratorium lengan panjang

b. Masker

c. Sarung tangan

d. Sepatu tertutup

C. Manajemen Limbah

D. Data Percobaan

E. Perhitungan

LAPORAN SEMENTARA PENGUKURAN SUHU DAN KENAIKAN TITIK DIDIH

LARUTAN

(A)

Nama : 1. NIM :

: 2. NIM :

3. NIM :

Asisten : Ihsan P. Sutjipto/Baskoro Ajie

A. Data Percobaan 1. Peneraan Alat Ukur Suhu

Media Terukur Termometer Raksa (C) Termometer Alkohol (C) Thermocouple (C)

Air mendidih

Udara blower

Udara

Air

Es Melebur

Air es + garam

2. Pengukuran Kenaikan Titik Didih Larutan

Tekanan : 1 atm

Titik didih aquadest (pelarut) : Thermocouple :

: Termometer alkohol :

Massa pelarut : 250 gram

No. Larutan Massa (gram) Titik didih (oC)

Termometer alkohol Thermocouple

1.

Garam

+

+ +

2.

Gula

+

+ +

Asisten jaga, Praktikan,

1.

2.

3.