pengukuran laju pengendapan “larutan...

1

LAPORAN HASIL PENELITIAN

PENGUKURAN LAJU PENGENDAPAN “LARUTAN”

SEBAGAI FUNGSI TEMPERATUR

Penanggung Jawab Kegiatan Penelitian :

SUMARNA

AGUS PURWANTO

PROGRAM STUDI FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

Tahun 2012

2

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur yang sedalam-dalamnya dipanjatkan ke hadlirat Alloh S.w.t.,

Tuhan seru sekalian alam, atas segala karunia-Nya sehingga dapat tersusun laporan

penelitian mengenai Pengukuran Laju Pengendapan “Larutan” Sebagai Fungsi Temperatur.

Penelitian ini dapat terlaksana juga karena bantuan dari berbagai pihak. Oleh

karena itu, terima kasih yang sebesar-besarnya dan penghargaan yang setinggi-tingginya

disampaikan kepada :

1. Pimpinan Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan kesempatan,

2. Pimpinan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas

Negeri Yogyakarta yang telah memberikan kesempatan dan dorongan,

3. Teman-teman dosen di Jurusan Pendidikan Fisika FMIPA UNY atas diskusi dan

masukan-masukannya,

4. Berbagai pihak yang tidak sempat disebutkan satu per satu yang telah membantu

terselenggaranya penelitian ini.

Semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat. Koreksi dan saran dari para

pengguna dan pemerhati diterima dengan hati terbuka dan penuh penghargaan.

Yogyakarta, 15 Desember 2012

a/n. Tim Peneliti,

Sumarna

Agus Purwanto

3

DAFTAR ISI

HALAMAN

PENGESAHAN

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

HALAMAN JUDUL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

KATA PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii

DAFTAR ISI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv

ABSTRAK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

BAB I PENDAHULUAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

A. Latar Belakang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

B. Rumusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

C. Tujuan Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

D. Manfaat Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

BAB II KAJIAN TEORITIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

A. Zat Cair (Liquids) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

B. Viskositas (Kekentalan) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

C. Larutan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

D. Efek Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

E. Absorpsi Cahaya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

F. Koloid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

A. Obyek Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

B. Instrumen Untuk Mendapatkan Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

C. Teknik Pengumpulan Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

D. Teknik Analisis Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

A. Hasil Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

B. Pembahasan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

A. Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

B. Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

LAMPIRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4

PENGUKURAN LAJU PENGENDAPAN “LARUTAN”

SEBAGAI FUNGSI TEMPERATUR

( Oleh : Sumarna*)

dan Agus Purwanto*)

)

ABSTRAK

Telah dibuat instrumen untuk penyelidikan pola pengendapan larutan yang berbasis

PC dengan bagian-bagian (a) rangkaian pemancar cahaya yang dapat dikendalikan

intensitasnya, (b) rangkaian penerima cahaya yang dapat dikendalikan kepekaannya, (c)

oven (alat pemanas) yang dapat diatur temperaturnya, (d) dudukan cuplikan yang kedap

cahaya, dan (e) software akuisisi data berbahasa MATLAB untuk pengambilan dan

pengolahan data secara otomatis. Telah pula diselidiki pengaruh temperatur dan

konsentrasi zat terlarut terhadap laju pengendapannya pada larutan gula dan larutan garam

(dengan pelarut aquades). Temperatur berpengaruh terhadap laju pengendapan zat terlarut.

Semakin tinggi temperatur suatu larutan (yang berpotensi mengendap) semakin lambat laju

pengendapannya. Kurva relasi antara proses pengendapan terhadap waktu untuk berbagai

harga temperatur cenderung berbentuk eksponensial menurun. Rentang temperatur

pengamatan dari 35oC hingga 85

oC. Konsentrasi zat terlarut juga berpengaruh terhadap laju

pengendapannya. Semakin tinggi konsentrasi zat terlarut semakin cepat laju

pengendapannya. Pada larutan garam dan pada temperatur kamar (35oC), fenomena laju

pengendapan terjadi pada konsentrasi di atas 20 gram/100 ml. Di bawah konsentrasi

tersebut fenomena pengendapan tidak teramati.

Kata kunci : Akuisisi data, Berbasis PC, Larutan, Laju Pengendapan, Temperatur,

Konsentrasi.

*)

: Dosen pada Jurusan Pendidikan Fisika, FMIPA UNY.

5

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pada umumnya, larutan dipandang sebagai campuran yang serba sama (homogen).

Zat terlarutnya tersebar merata di dalam pelarut. Pada kenyataannya, dijumpai keadaan

larutan yang sebaran zat terlarutnya tidak merata. Misalnya pada larutan gula ataupun

larutan garam, setelah beberapa lama, bagian bawah larutan tersebut menjadi lebih pekat

dari pada bagian atasnya. Pada larutan gula, bagian bawah terasa lebih manis dari pada

bagian atas.

Dalam kehidupan sehari-hari banyak dijumpai zat-zat yang berada dalam fase

larutan atau sejenisnya seperti koloid dan emulsi. Dengan demikian mempelajari sifat-sifat

larutan (termasuk koloid dan emulsi) merupakan hal yang sangat esensial. Pemahaman

terhadap sifat-sifat berbagai jenis larutan akan sangat berguna baik bagi ilmu pengetahuan

maupun aplikasi sehari-hari.

Parameter-parameter makro dasar yang berpengaruh terhadap sifat-sifat larutan

adalah temperatur, volume, tekanan dan molaritas (jumlah mol atau konsentrasi). Oleh

sebab itu, mempelajari sifat-sifat larutan tidak akan terlepas dari upaya pengendalian

parameter-parameter tersebut. Di samping itu, dengan mengetahui sifat-sifat suatu larutan

dengan baik dapat memberikan informasi atau dapat menguraikan misteri di balik sifat-

sifat tersebut. Misalnya dalam bidang kesehatan, dengan mengetahui sifat-sifat cuplikan

darah seseorang dapat dipelajari keadaan kesehatan orang yang bersangkutan. Dalam

bidang lingkungan hidup, dengan diketahui sifat-sifat cuplikan air sungai, maka dapat

diketahui tingkat pencemaran sungai tersebut. Kandungan zat dalam suatu larutan juga

dapat dipelajari dari sifat-sifat larutan tersebut dalam merespon suatu perlakuan yang

dikenakan kepadanya.

Berbagai model dan cara untuk menyelidiki sifat-sifat larutan, dari yang paling

sederhana hingga yang paling rumit, akan selalu digunakan tergantung dari kebutuhan dan

kemampuan. Meskipun cara dan alatnya relatif sederhana, tetapi jika didukung dengan

sistem pengolahan data yang memadai dapat dihasilkan informasi yang bermakna terkait

dengan larutan tersebut.

6

Kenyataan lain yang relevan dengan kehidupan moderen adalah meningkatnya

tuntutan terhadap jaminan kualitas, kelengkapan informasi (spesifikasi), dan standarisasi

terhadap suatu produk. Tuntutan ini menciptakan tantangan baru terhadap pemahaman

ilmiah mengenai produk larutan atau sejenisnya. Tantangannya terletak pada pemahaman

yang lebih baik mengenai sifat-sifat larutan yang diselidiki menggunakan alat-alat analitik,

numerik dan eksperimenal, atau kombinasinya. Ketika sifat-sifat yang bermakna dari suatu

larutan diketahui lebih mendalam, maka pengetahuan itu menjadi penting dalam

memberikan pertimbangan yang tepat bagi berbagai keperluan. Lebih dari itu juga

membantu terbangunnya prosedur pengujian (evaluasi) ilmiah yang efektif terhadap suatu

jenis larutan.

Laju pengendapan menjadi parameter utama dalam penyelidikan untuk menentukan

sifat-sifat larutan yang sedang menjadi perhatian. Melalui penelitian ini dirancang

instrumen untuk mempelajari sifat-sifat suatu larutan, khususnya yang terkait dengan laju

pengendapan pada berbagai temperatur. Penelitian ini didukung oleh kemampuan (dan

juga keterbatasan) laboratorium Elektronika dan Instrumentasi Jurusan Pendidikan Fisika

FMIPA UNY yang mampu mewujudkan alat penelitian sendiri dan sistem pengolahan data

yang memadai. Penelitian ini juga sebagai upaya dan sarana bagi mahasiswa dalam

penyediaan topik skripsi.

B. Rumusan Masalah

1. Seperti apakah alat yang dapat diwujudkan untuk menyelidiki pola pengendapan

larutan yang berbasis PC ?

2. Apakah temperatur mempengaruhi laju pengendapan zat terlarut pada „larutan‟ ?

3. Apakah konsentrasi zat terlarut mempengaruhi laju pengendapannya pada „larutan‟?

C. Tujuan Penelitian

1. Rancang-bangun alat untuk menyelidiki pola pengendapan larutan yang berbasis PC.

2. Menyelidiki pengaruh temperatur terhadap laju pengendapan zat terlarut pada

„larutan‟.

3. Menyelidiki pengaruh konsentrasi zat terlarut terhadap laju pengendapannya pada

„larutan‟.

7

D. Manfaat Penelitian

Model penyelidikan laju pengendapan larutan ini dapat diterapkan pada kasus-

kasus sejenis misalnya laju penggumpalan, laju pengkristalan, ataupun laju pelarutan pada

berbagai campuran khususnya yang berupa zat cair. Laju pengendapan terkait dengan sifat-

sifat molekul-molekul zat terlarut dan pelarutnya. Dengan mengetahui nilai laju

pengendapannya lebih jauh dapat dipelajari sifat-sifat sistem yang tersusun dari moleku-

molekul zat terlarut dan pelarut tersebut. Dengan demikian motode laju pengendapan ini

dapat digunakan untuk mempelajari sifat-sifat suatu sistem yang berupa fluida.

Penelitian ini diharapkan bisa menjadi penelitian payung bagi sub-sub penelitian

yang lebih spesifik. Dengan demikian melalui penelitian ini dapat membantu mahasiswa

mempercepat masa penyelesaian studinya. Karena melalui penelitian ini dapat membantu

mahasiswa dalam penentuan topik dan penyediaan fasilitas (khususnya peralatan)

penelitian.

8

BAB II

KAJIAN TEORITIK

A. Zat Cair ( Liquids )

Keadaan molekul-molekul di dalam gas selalu bergerak secara acak. Jarak antar

molekulnya besar dan gaya tarik antar-molekulnya diabaikan. Tetapi di dalam zat cair

molekul-molekulnya saling bersinggungan satu dengan yang lain. Gaya tarik antar

molekulnya cukup besar untuk mempertahankan mereka bersama. Molekul-molekul zat

cair dapat bergerak relatif satu terhadap yang lain di dalam ruang antar molekul yang

tersedia. Molekul-molekul zat cair bergerak secara acak. Pada saat-saat tertentu, molekul-

molekul itu dapat membentuk kelompok (cluster), meninggalkan ruang kosong atau lubang

di sana-sini. Kumpulan molekul bertahan dekat satu dengan yang lain dan menjalani gerak

acak melalui ruang sela. Sebagian besar sifat fisis dari zat cair sebenarnya dikendalikan

oleh kekuatan gaya tarik antar molekulernya.

Gaya antar molekul zat cair secara kolektif disebut gaya van der Waals. Esensi gaya-gaya

ini adalah sifat kelistrikan yang menghasilkan gaya tarik antar muatan yang berbeda tanda.

Jenis utama gaya tarik antar molekul itu adalah

a. Tarikan dipole,

b. Gaya London,

c. Ikatan hydrogen.

Tarikan dipole terjadi pada molekul polar. HCl adalah contoh molekul polar. Molekul

tersebut memiliki bagian muatan positif pada satu ujung dan bagian muatan negatif pada

Lubang

Gambar : Model molekuler zat cair dengan lubang

9

ujung yang lain. Keduanya disebut dipole. Ujung positif pada satu dipole menarik ujung

negatif pada ujung dipole lain. Energi termal dari molekul-molekul tersebut cenderung

mengganggu tarikan ini tetapi masih tetap berada di dalam tarikan bersih antar molekul

polar. Gaya ini diacu sebagi tarikan dipole. Pada umumnya tarikan itu berkisar 1%

dibadingkan dengan kekuatan ikatan kovalen. Perlu diperhatikan bahwa tarikan antar kutub

yang berlawanan lebih besar dari pada tolakan antar kutub senama. Sehingga molekul-

molekul tersebut memiliki tarikan bersih satu dengan yang lain.

Gaya London merupakan gaya lemah antar molekul-molekul atau atom-atom non polar.

Do dalam satu molekul (atau satu atom) electron bergerak terus-menerus. Sebagian besar

waktu electron di dalam molekul dapat digambarkan terdistribusi secara simetrik. Tetapi

sesuai dengan prinsip probabilitas, pada suatu saat elektron-elektron dapat terkonsentrasi

pada satu sisi molekul dari pada di sisi yang lain. Hal ini menyebabkan molekul itu

menjadi polar sesaat dan disebut dipole sesaat. Sisi negatif dipole sesaat menolak elektron

pada molekul yang berdekatan. Akibatnya molekul ke dua tersebut juga menjadi dipole

polaritas induksi. Ini disebut dipole induksi. Dipole sesaat dan dipole induksi sekarang

saling menarik. Karena elektron-elektron selalu bergerak, dipole sesaat dapat berakhir

beberapa saat kemudian dan dipole sessat yang baru dapat diproduksi. Proses kontinyu ini

menghasilkan keseluruhan tarikan lemah antar molekul-molekul zat cair. Tarikan

sementara antar molekul zat cair karena tarikan dipole sesaat dan dipole induksi disebut

gaya London. Meskipun keberadaan gaya London pada molekul non polar, tetapi gaya ini

juga muncul pada molekul polar berdampingan dengan gaya van der Waals. Kekuatan

+

_

+

_

+ _

+ _

+ _

tarikan lemah

H Cl

Gambar : Tarikan lemah antar molekul polar HCl.

10

gaya London tergantung seberapa mudah awan elektron dalam molekul tertentu dapat

terbentuk. Hal ini ditentukan oleh jumlah elektron dan juga ukuran molekul. Sehingga

argon jumlah elektron yang lebih banyak dan bobot molekulernya lebih besar memiliki

titik didih lebih tinggi dari pada helium.

Tarikan elektrostatik yang terjadi antar molekul ketika satu molekul memuat satu hidrogen

yang terikat secara kovalen pada atom elektronegatif tinggi disebut ikatan hidrogen. Atom-

atom elektronegatif yang termasuk dalam ikatan hidrogen adalah O, N, dan F yang mana

berisi pasangan elektron tanpa ikatan. Air (H2O) adalah molekul yang paling baik

menunjukkan ikatan hidrogen. Beda ke-elektronegatif-an antara H dan O sangat besar

bahwa pasangan elektron dalam ikatan kovalen, H-O, tergeser ke arah O. Hal itu

meninggalkan bagian muatan positif pada aton H. Hal ini juga menyebabkan tarikan

elektrostatik antara atom bermuatan pisitif H dan pasangan elektron yang tidak digunakan

bersama pada atom O pada molekul yang berbeda. Atom O pada molekul air memberikan

dua pasang elektron yang tidak digunakan bersama. Ikatan hidrogen adalah yang terkuat

dari semua gaya antar molekuler termasuk gaya tarikan dipole dan gaya London. Ikatan

hidrigen berkekuatan sekitar 0,1 dari ikatan kovalen.

- - - - - - - -

-

-

-

-

A -

B -

-

-

-

-

dipole sesaat molekul

non polar

- - - - - - - -

-

-

-

-

A - - - - - - - -

-

-

-

-

B

dipole sesaat dipole induksi

gaya London

Gambar : Penjelasan gaya London

O

H

. . . .

. . O

H H

H . .

ikatan hidrogen

Gambar : Ikatan hidrogen pada molekul H2O

11

B. Viskositas (Kekentalan)

Cairan (termasuk larutan cair) dapat dipandang terdiri dari lapisan-lapisan

molekuler yang tersusun berlapis-lapis. Ketika gaya geser dikenakan pada cairan tersebut,

ia mengalir. Tetapi gaya gesek antar lapisan menghambat aliran tersebut. Viskositas suatu

cairan merupakan ukuran hambatan akibat gesekan tersebut. Suatu lapisan molekuler yang

bersinggungan dengan pemukaan yang diam memiliki kecepatan nol. Lapisan berikutnya

yang ada di atasnya bergerak dengan kecepatan yang semakin besar dalam arah aliran.

Selanjutnya ditinjau dua lapisan yang bergerak dan yang berdekatan. Misalkan kedua

lapisan itu terpisah sejauh dx dan kecepatannya berbeda dv. Gaya gesek (F) yang

menghambat gerak relatif kedua lapisan berbanding langsung dengan luas permukaan A

dan beda kecepatan dv, sedangkan berbanding terbalik dengan jarak antara kedua lapisan,

sehingga :

F ∞ A dx

dv

atau

F = ηA dx

dv

atau

η = A

F

dv

dx

profil

kecepatan

lapisan-lapisan

molekuler

v = 0

v

bidang diam

bidang bergerak

Gambar : Aliran zat cair pada permukaan bidang

12

di mana η merupakan konstanta kesebandingan yang dikenal sebagai koefisien viskositas

atau viskositas suatu zat cair. Parameter η merupakan nilai spesifik untuk zat cair tertentu

pada suatu temperature. Dengan demikian viskositas dapat didefinisikan sebagai gaya

penghambat tiap satuan luasan yang akan mempertahankan beda kecepatan antara dua

lapisan zat cair pada satu satuan jarak di antaranya.

Satuan dari viskositas adalah poise (yang sama dengan g cm-1

s-1

). Dalam praktek juga

dikenal centipoise ataupun millipoise. Kebalikan dari viskositas adalah fluiditas dengan

sibol ϕ.

ϕ =

1

Pada umumnya viskositas berkurang dengan kenaikan temperatur. Perubahan viskositas

terhadap temperatur (T) dapat dinyatakan dengan relasi berikut :

η = A RTEe / atau ln η = R

E

T

1 + A

dengan A dan E merupakan suatu konstanta. Grafik hubungan antara ln η terhadap 1/T

berupa garis lurus, dan dapat dibuktikan bervariasi untuk setiap zat cair.

v + dv

luasan = A

dx v

Gambar : Gerak relatif dua lapisan sejajar di dalam zat cair

1/T

kemiringan = E/R

ln η

Gambar : Kurva hubungan antara ln η terhadap 1/T

13

C. Larutan

Larutan merupakan campuran homogen dari dua atau lebih zat pada tingkat

molekul. Penyusun atau bagian larutan yang jumlahnya lebih banyak disebut pelarut dan

bagian yang jumlahnya lebih kecil disebut zat terlarut. Misalnya gula yang terlarut di

dalam air. Gula sebagai zat terlarut dan air sebagai pelarut. Molekul-molekul gula tersebar

merata di antara molekul-molekul air. Hal yang mirip terjadi pada larutan garam di dalam

air. Ion-ion garam (Na+, Cl

-) tersebar merata di dalam air.

Larutan yang berisi zat terlarut relatif sedikit disebut larutan encer (berkonsentrasi

rendah) dan larutan yang berkonsentrasi tinggi disebut larutan pekat. Konsentrasi larutan

didefinisikan sebagai jumlah zat terlarut yang ada di dalam sejumlah tertentu dari larutan.

Konsentrasi pada umumnya dinyatakan sebagai kuantitas zat terlarut di dalam satu satuan

volume larutan.

Ada banyak cara untuk menyatakan konsentrasi larutan, yaitu meliputi persen bobot, fraksi

mol, molaritas, molalitas, dan normalitas. Persen bobot merupakan persentase bobot zat

terlarut terhadap bobot total larutan. Misalnya suatu larutan HCl dengan konsentrasi 36 %

yang dinyatakan dalam persen bobot, maka larutan tersebut berisi 36 gram HCl di dalam

100 gram larutan.

Konsentrasi = Kuantitas zat terlarut

Volume larutan

Zat terlarut

Perlarut

Gambar : Model molekuler larutan

% bobot zat terlarut = bobot zat terlarut

bobot larutan x 100 %

14

Larutan sederhana tersusun dari dua zat, satu sebagai zat terlarut dan yang lain sebagai

pelarut. Fraksi mol X dari zat terlarut didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah

mol zat terlarut dengan total jumlah mol zat terlarut dan pelarut.

Jika n menyatakan jumlah mol zat terlarut dan N adalah jumlah mol pelarut, maka

Xzat terlarut = Nn

n

Fraksi mol pelarut dapat dinyatakan sebagai

Xpelarut = Nn

N

Fraksi mol tidak bersatuan, dan Xzat terlarut + Xpelarut = 1.

Dalam praktek, konsentrasi lebih sering dinyatakan dalam molaritas. Molaritas M

didefinisikan sebagai jumlah mol dari zat terlarut tiap liter larutan. Satuan molaritas adalah

mol/liter. Jika V menyatakan volume larutan dalam liter, maka

M = V

n

Jumlah mol (n) suatu zat yang dinyatakan bobotnya (x) dalam gram dan diketahui bobot

molekulnya (BM) adalah :

n (mol) = BM

x.

Molalitas (m) suatu larutan didefinisikan sebagai jumlah mol zat terlarut (n) per kilogram

massa pelarut.

Xzat terlarut = mol zat terlarut

mol zat terlarut + mol pelarut

Molalitas (m) = mol zat terlarut

massa pelarut (kilogram)

15

Suatu larutan yang diperoleh dengan melarutan 1 mol zat terlarut ke dalam 1000 gram

pelarut disebut larutan 1 molal atau 1 m. Perbedaan antara molalitas dan molaritas adalah

bahwa molalitas dinyatakan massa pelarut sedangkan molaritas dinyatakan dalam volume

larutan.

Normalitas (N) suatu larutan didefinisikan sebagai bilangan (bobot) ekivalen zat terlarut

per liter larutan tersebut.

Dengan demikian, jika 40 gram NaOH (bobot ekivalen = 40) dilarutkan dalam 1 liter

larutan, maka normalitas larutan tersebut adalah 1 dan larutan tersebut dikatakan 1 N.

Larutan yang berisi 4 gram NaOH adalah 0,1 N atau decinormal.

Zat pada umumnya dapat berada pada fase gas, cair atau padat. Masing-masing fase

dapat berperan sebagai zat terlarut atau pelarut. Sehingga ada tujuh jenis larutan

berdasarkan fase zat penyusun larutan.

No. Keadaan

zat terlarut

Keadaan

pelarut

Contoh

1 Gas Gas Udara

2 Gas Cair Oksigen dalam air, CO2 dalam air (minuman)

3 Gas Padat Adsorpsi H2 oleh palladium

4 Cair Cair Alkohol dalam air

5 Cair Padat Merkuri dalam perak

6 Padat Cair Gula, garam

7 Padat Padat Alloy logam, karbon dalam besi (baja)

Jenis larutan yang lazim dan paling banyak dijumpai adalah larutan padat di dalam cair.

Proses pelarutan zat padat dalam larutan dijelaskan dengan bekerjanya gaya listrik antara

molekul-molekul atau ion-ion zat terlarut dengan molekul-molekul pelarut. Penyelidikan

yang lazim menunjukkan bahwa zat terlarut polar mudah melarut dalam pelarut polar dan

tidak mudah larut di dalam pelarut non-polar. Contohnya sodium klorida (NaCl) sangat

mudah larut di dalam air yang merupakan pelarut polar, sedangkan NaCl tidak dapat larut

dalam pelarut non-polar seperti kloroform. Sebaliknya zat terlarut non polar tidak dapat

Normalitas (m) = ekivalen zat terlarut

volume larutan (liter)

16

terurai/melarut di dalam pelarut polar, misalnya benzene yang non polar tidak dapat larut

di dalam air yang polar. Gaya Tarik elektrik antara ujung-ujung yang berbeda jenis

muatannya pada molekul-molekul zat terlarut dan pelarut mengakibatkan terbentuknya

larutan.

Air yang memiliki sifat polar tinggi merupakan pelarut terbaik untuk larutan yang

terionisasi. Bahan ionik, ketika dimasukkan ke dalam air akan membentuk kation (+) dan

anion (-). Ion-ion ini dikelilingi oleh molekul-molekul pelarut dengan ujung-ujung muatan

yang berlawanan terarah menuju ion. Ion tersebut terbungkus dengan satu lapisan molekul

pelarut dan disebut solvated ion, atau hydrated ion pada kasus air sebagai pelarut. Sodium

klorida melarut di dalam air menghasilkan ion Na+ dan ion Cl

-. Ion Na

+ merupakan

hydrated ion untuk dikelilingi satu lapisan molekul air sedemikian hingga ujung negatif

terarah menuju ion tersenut. Sebaliknya, ion Cl- menarik ujung-ujung positif molekul air

yang membungkusnya. Hydrated ion pada sodium dan cloride biasanya direpresentasikan

sebagai Na+(aq) dan Cl

-(aq). Representasi demikian menunjukkan bahwa ion-ion tersebut

ada dalam aqeous phase.

Mekanisme larutan kristal sodium di dalam air dapat dijelaskan bahwa molekul-molekul

air yang polar berusaha untuk menarik keluar ion-ion Na+ dan Cl

- dari kristal dengan

Cl-

-

+ +

+

+ +

+

- -

-

-

-

Na+

+

+ +

+

+

+

-

- -

-

-

-

Na+ Cl

- Cl

- Na

+

Cl- Na

+ Na

+ Cl

-

Kristal

NaCl

Molekul dipole

H2O

Gambar : Sodium klorida melarut dalam air

17

penghidrasian. Hal ini mungkin karena gaya yang bekerja antara ion (Na+ atau Cl

-) dan

molekul air cukup kuat untuk mengatasi gaya ikat ion dalam kristal. Ion-ion tersebut

terlepas dari kristal dan dikelilingi oleh kumpulan molekul air. Lapisan molekul air yang

membungkus ion secara efektif menghalangi mereka dan mencegahnya bersinggungan satu

dengan yang lain. Hingga semuanya terlepas dari kristal (jika belum mencapai keadaan

jenuh) dan tetap berada di dalam larutan.

Banyak zat non-ionik seperti gula juga melarut di dalam air. Larutan tersebut

berkaitan dengan ikatan hidrogen yang terjadi antara molekul air dan molekul gula. Ikatan

hidrogen terjadi melalui kelompok hidroksil pada molekul gula. Molekul air kemudian

dapat menarik keluar molekul-molekul tersebut dari kristal gula dan melarut. Faktanya,

setiap molekul gula dikelilingi sejumlah molekul air dan keseluruhannya adalah bebas

berpindah memenuhi larutan.

Ketika padatan dimasukkan ke dalam pelarut, molekul-molekul atau ion-ion

terlepas dari permukaannya dan masuk ke dalam pelarut. Partikel-partikel padatan itu

kemudian terlepas bebas berhamburan di seluruh pelarut dan terjadilah larutan yang

homogen. Molekul-molekul zat terlarut dan pelarut bergerak terus-menerus di dalam fase

larutan oleh karena energi kinetik yang dimilikinya. Beberapa partikel dibelokkan kembali

menuju padatan dan mengalami tumbukan dengan molekul-molekul lain. Hal ini kemudian

menghantam permukaan padatan dan dapat terjerat di dalam kisi kristal dan kemudian

terkumpul dengannya. Proses di mana partikel-partikel zat terlarut dalam larutan terkumpul

kembali atau terkristal kembali disebut sebagai pengendapan atau pengkristalisasian

kembali. Oleh karenanya, di dalam larutan yang terkait dengan zat terlarut padat bekerja

dua proses berlawanan yang terjadi secara simultan. Pertama adalah proses pelarutan di

mana partikel-partikel zat terlarut meninggalkan padatan dan masuk ke dalam larutan. Ke

dua adalah pengkristalisasian kembali di mana partikel-partikel zat terlarut kembali dari

larutan dan terkumpul atau mengendap pada padatan.

O . . C

H

+ H O

H

H O C O

H H

potongan gula ikatan hidrogen

dengan molekul air

18

Diawali dengan suatu kecepatan di mana partikel-partikel meninggalkan padatan

lebih cepat dari pada mereka kembali ke padatan. Ketika jumlah partikel zat terlarut di

dalam larutan meningkat, kecepatan mereka kembali ke padatan juga meningkat.

Akhirnya, jika ada kelebihan padatan yang hadir maka kecepatan melarut dan kecepatan

mengkristal menjadi sama. Pada tingkat ini dicapai keadaan kesetimbangan antara

molekul-molekul zat terlarut di dalam larutan dengan zat terlarur padat.

Zat-terlarut padat ↔ Zat-terlarut yang melarut

Untuk selanjutnya, tidak ada jumlah zat terlarut di dalam larutan atau fase padatan yang

berkaitan akan berubah dengan hilangnya waktu. Keadaan setimbang ini akan tetap,

pemberian energi kinetik molekul dengan perubahan temperatur tidak akan mengubahnya.

Kompetisi antara kedua proses dan akhirnya kecepatannya sama menunjuk pada fenomena

yang penting yang disebut sebagai keseimbangan dinamik. Istilah dinamik mengacu pada

kenyataan bahwa kedua proses berlangsung terus-menerus tetapi menuju ke kesamaan dua

kecepatan (kesetimbangan). Tidak terjadi perubahan bersih dalam jumlah zat terlarut di

dalam fase larutan selama perjalanan waktu.

Pada umumnya ketika zat terlarut padat berada dalam keseimbangan dinamik dengan

larutannya, laju kelarutan (Rd) terbukti tergantung pada jumlah molekul yang

meningggalkan permukaan kristal. Makin besar luas permukaan kristal dan zat cair akan

semakin besar pula laju kelarutannya.

+

-

-

-

+

+

- + - +

- + + -

+ + -

+

- +

Gambar : Pelarutan dan pengendapan/pengkristalan

19

Rd ∞ A atau Rd = kd A

dengan kd disebut sebagai konstanta kelarutan. Nilainya merupakan karakteristik sistem

tertentu dan nilainya tergantung pada temperatur. Laju pengkristalisasian (Rr) merupakan

laju pada mana molekul-molekul zat terlarut kembali ke permukaan kristal dari larutan dan

terkumpul pada permukaan tersebut. Hal ini ditentukan oleh dua faktor (a) permukaan (A)

kristal, makin luas permukaannya makin banyak jumlah molekul yang mengendap

padanya, (b) konsentrasi (C) molekul terlarut di dalam larutan, makin besar jumlah

molekul terlarut dalam larutan makin banyak jumlah yang mengendap.

Rr ∞ A.C atau Rr = kr A.C

dengan kr disebut konstanta kristalisasi atau konstanta pengendapan. Nilainya juga

mencirikan suatu sistem dan tergantung pada temperatur. Pada keadaan setimbang, laju

kelarutan dan laju pengendapan sama.

Rd = Rr

kd A = kr A.C

atau

C = r

d

k

k = K = konstan.

Dengan demikian konsentrasi zat terlarut pada keadaan setimbang dalam larutan adalah

konstan untuk pelarut tertentu pada temperatur tetap. Larutan yang diperoleh tersebut

dikenal sebagai larutan jenuh untuk padatan itu dan konsentrasi larutan ini diberi nama

solubilitas (tingkat keterlarutan). Jadi larutan jenuh berada dalam kesetimbangan dengan

tambahan padatan pada suhu tertentu.

Solubilitas merupakan konsentrasi zat terlarut dalam larutan pada keadaan

setimbang dengan zat padatnya pada suhu tertentu. Setiap bahan memiliki solubilitas khas

pada pelarut tertentu. Solubilitas bahan sering dinyatakan dalam jumlah gram dapat

melarut seluruhnya pada 100 gram larutan. Kenaikkan temperatur pada umumnya

menyebabkan kenaikan solubilitas. Ketika larutan jenuh dibuat pada temperatur tinggi

kemudian didinginkan, akan dihasilkan larutan yang berisi kelebihan zat terlarut dari pada

larutan jenuh pada temperatur itu. Larutan yang demikian disebut larutan super jenuh.

Larutan super jenuh tidak stabil dan berubah menjadi larutan jenuh ketika kelebihan zat

20

terlarut mengendap. Grafik antara temperatur dan solubilitas membentuk kurva solubilitas.

Kurva itu menunjukkan efek temperatur pada solubilitas suatu bahan. Pada umumnya

kurva solubilitas dapat berbentuk kontinyu atau diskontinyu.

D. Efek Temperatur

Ketika menganalisis fenomena-fenomena fisis biasanya perhatian dipusatkan pada

suatu bagian yang dipisahkan dari lingkungan luarnya. Bagian ini dinamai sistem. Semua

yang di luar sistem dan memiliki pengaruh langsung pada perilaku sistem tersebut

dinamakan lingkungan. Selanjutnya dicoba menentukan sifat sistem dengan menyelidiki

interaksinya dengan lingkungan. Dalam suatu kasus harus dipilih kuantitas-kuantitas yang

sesuai yang dapat diamati untuk menjelaskan sifat sistem tersebut. Kuantitas yang

merupakan sifat kasar sistem yang diukur melalui kerja laboratorium termasuk dalam

tinjauan makroskopis. Kuantitas-kuantitas makroskopis (tekanan, volume, temperatur,

energi internal) langsung diasosiasikan dengan tanggapan indera atau persepsi indera.

Perasaan melalui sentuhan adalah cara yang paling sederhana untuk membedakan

benda panas dari benda dingin. Melalui sentuhan dapat dibedakan benda-benda menurut

tingkat kepanasannya. Inilah pengertian temperatur. Temperatur terkait dengan suatu

bentuk energi, yaitu kalor (energi panas). Karena intervensi energi inilah maka sifat sistem

dapat berubah. Banyak sifat fisis suatu sistem yang dapat diukur mengalami perubahan

sewaktu temperaturnya berubah. Contoh sifat-sifat yang berubah karena perubahan

temperatur adalah volume fluida, panjang logam, hambatan listrik kawat, tekanan gas pada

Solubilitas

Temperatur

Kurva solubilitas diskontinyu

Solubilitas

Temperatur

Kurva solubilitas kontinyu

21

volume tetap, warna kawat pijar, massa jenis, viskositas, laju kelarutan, konstanta

pengendapan, dan masih banyak yang lainnya. Dengan demikian temperatur lingkungan

memiliki efek yang signifikan (tidak bisa diabaikan) terhadap sifat-sifat suatu sistem.

E. Absorpsi Cahaya

Intensitas radiasi dapat didefinisikan sebagai jumlah foton yang lewat menyeberang

tiap satuan luas tiap satuan waktu. Ketika berkas cahaya melewati suatu medium, sebagian

dari berkas tersebut mengalami absorpsi (penyerapan). Ditinjau seberkas cahaya

monokromatis melewati medium yang ketebalannya dx. Intensitas berkas radiasi tersebut

berkurang dari I menjadi I – dI. Misalkan jumlah foton cahaya yang datang N dan jumlah

yang terserap pada ketebalan dx adalah dN. Fraksi foton yang terserap adalah dN/N yang

sebanding dengan ketebalan dx.

N

dN = b dx = -

I

dI

di mana b merupakan konstanta kesebandingan yang disebut dengan koefisien absorpsi.

Misalkan I = I0 pada x = 0. Setelah diintegralkan diperoleh :

I = I0 bxe atau ln

0I

I = - bx

Persamaan itu pertama kali diturunkan oleh Lambert, dan kemudian Beer mengembangkan

relasi tersebut pada larutan dan campuran dalam pelarut transparan menjadi :

ln

0I

I = - ϵ C x

dengan C konsentrasi molar dan ϵ konstanta karakteristik dari larutan yang disebut

koefisien absorpsi molar. Relasi terakhir itu dikenal sebagai hukum Lambert-Beer. Hukum

ini menjadi dasar metode spektrofotometri di dalam analisis fisika maupun kimia. Hal

I

dx

I – dI

22

yang sangat esensial adalah menentukan intensitas cahaya terabsorpsi untuk mempelajari

laju pengendapan suatu campuran yang berfase cair. Seberkas cahaya dari satu sumber

(filamen tungsten atau lampu uap merkuri) dibuat menjadi berkas sejajar dengan lensa.

Berkas tersebut dilewatkan pada filter atau monokromator untuk menghasilkan berkas

cahaya dengan satu panjang gelombang. Cahaya monokromatis tersebut dilewatkan suatu

cuplikan di dalam gelas kuarsa. Sebagian cahaya yang tidak terabsorpsi akan tertangkap

detektor.

Pertama kali mengukur intensitas cahaya dengan tabung kosong, kemudian tabung diisi

dengan cuplikan dan diukur intensitas cahaya yang menembus cuplikan tersebut.

Pembacaan pertama memberikan intensitas cahaya datang I0, dan yang kedua memberikan

intensitas yang tertransmisi I. Selisih I0 – I = Ia merupakan intensitas yang terserap.

Detektor yang biasa digunakan untuk mengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan

adalah (a) thermopile, (b) sel fotoelektrik, (c) actinometer kimia, (d) LDR, (e) fotodioda,

dan (f) fototransistor.

F. Koloid

Pada larutan yang sesungguhnya seperti gula atau garam di dalam air, partikel-

partikel zat terlarur tersebar di dalam pelarut sebagai molekul atau ion tunggal. Sehingga

diameter partikel yang tersebar itu terletak antara 1Ao hingga 10A

o. Sebaliknya di dalam

suspensi seperti pasir yang teraduk di dalam air, partikel yang tersebar merupakan

kumpulan jutaan molekul. Diameter partikel ini berorde 2000Ao atau lebih. Larutan yang

berupa koloid atau dispersi koloid merupakan peralihan antara larutan yang sesungguhnya

monokromator tabung gelas

detektor lensa

sumber

cahaya

Gambar : Skema spektrofotometri sederhana

cuplikan

23

dan suspensi. Dengan kata lain, diameter partikel yang ter sebar dalam dispersi koloid

lebih dari partikel terlarut pada larutan yang sesungguhnya dan lebih kecil dari pada

suspensi. Ketika diameter partikel zat terdispersi dalam pelarut berkisar antara 10Ao dan

2000Ao, maka sistem itu disebut larutan koloid atau dispersi koloid atau koloid.

Bahan dengan ukuran partikel dalam jangkauan koloid dikatakan ada dalam keadaan

koloidal. Partikel koloid tidak perlu berbentuk korpuskel. Tetapi dapat berbentuk

menyerupai batang, menyerupai cakram, lapisan tipis, atau filamen panjang. Untuk bahan

dengan bentuk korpuskel, maka diameternya menunjukkan ukurannya. Pada kasus yang

berbeda, ukuran satu dimensi (panjang, lebar, tebal) yang termasuk jangkauan koloid,

maka bahan tersebut dapat digolongkan ke dalam koloid. Secara umum, sistem dengan

sekurang-kurangnya satu dimensi (panjang, lebar, atau tebal) dari partikel terdispersi

berada dalam jangkauan 10Ao hingga 2000A

o digolongkan ke dalam dispersi koloid.

Nama tipe Fase

terdispersi

Medium

dispersi

Contoh

Buih / Busa Gas Cair Susu kental, sabun cukur, buih soda air

Buih padat Gas Padat Busa karet, gabus, batu apung

Aerosol Cair Gas Awan, kabut, halimun (kabut tebal)

Emulsi Cair Cair Susu, krim rambut

Emulsi padat (gel) Cair Padat Mentega, keju

Asap Padat Gas Debu, jelaga di udara

Sol Padat Cair Cat, tinta, koloid emas

Sol padat Padat Padat Alloy, emas terdispersi dalam kaca

Sistem koloid tersusun dari dua fase. Zat yang tersebar sebagai partikel koloid

disebut fase terdispersi. Fase kontinyu ke dua tempat partikel koloid tersebar disebut

medium dispersi. Karena fase terdispersi maupun medium dispersi dapat berupa gas, cair,

1Ao

Larutan

sesungguhnya

Larutan koloid Suspensi

10Ao 2000A

o

24

atau padat, maka ada enam jenis sistem koloid yang mungkin. Dispersi koloid gas di dalam

gas tidak mungkin karena kedua gas akan menghasilkan campuran molekuler yang

homogen. Sistem koloid yang paling utama terdiri dari zat padat yang terdispersi di dalam

cairan. Jenis ini sering diacu sebagai sol atau larutan koloidal.

Koloid memegang peranan penting dalam kehidupan sehari-hari dan industri.

Pengetahuan tentang sifat koloid hal yang esensial untuk memahami berbagai fenomena

alam di sekitar kehidupan manusia. Asap yang berasal dari tungku/dapur industri termasuk

dispersi koloidal partikel padat di udara. Asap tersebut mengganggu dan mengotori

atmosfer. Sehingga sebelum asap tersebut dilepaskan ke udara harus diendapkan tersebih

dahulu. Salah satu alat untuk pengendapan asap ini adalah Cottrell Precipitator.

Asap dibiarkan melewati deretan muatan-muatan titik tajam yang bertegangan tinggi (20

kV hingga 70 kV). Titik-titik itu menetralkan elektron-elektron berkecepatan tinggi yang

mengionisasi molekul-molekul di udara. Partikel asap meng-adsorb ion-ion positif dan

menjadi termuati. Partikel bermuatan tersebut tertarik ke elektroda yang bermuatan

berlawanan dan mengalami pengendapan. Gas yang meninggalkan Cottrell Precipitator

tersebut bebas dari asap dan debu.

+

-

Gas bebas debu

Asap

Endapan padat

25

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Obyek Penelitian

Karena hal dipelajari adalah laju pengendapan larutan dengan instrumen berbasis

PC yang dirancang sendiri, maka obyek dari penelitian ini adalah larutan garam dapur dan

larutan gula di dalam aquades. Meskipun larutan sering dipikirkan sebagai suatu campuran

yang homogen (mestinya tidak mengendap), tetapi fakta menunjukkan bahwa bagian

bawah pada larutan gula terasa lebih manis dari pada bagian atasnya. Hal ini membuktikan

bahwa distribusi molekul gula di dalam larutan tidak homogen. Keadaan seperti ini juga

terjadi pada larutan garam. Makna operasional dari mengendap (pada penelitian ini)

adalah distribusi zat terlarut dalam pelarut tidak homogen (cenderung lebih rapat pada

bagian bawahnya). Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium Elektronika dan

Instrumentasi pada Jurusan Pendidikan Fisika FMIPA UNY.

B. Instrumen Untuk Mendapatkan Data

Instrumen yang digunakan untuk memperoleh data pada penelitian ini meliputi (a)

rangkaian pemancar cahaya yang dapat dikendalikan intensitasnya, (b) rangkaian penerima

cahaya yang dapat dikendalikan kepekaannya, (c) alat ukur tegangan dengan kepekaan

yang memadai (PC), (d) oven (alat pemanas) yang dapat diatur temperaturnya

(temperaturnya juga dapat terbaca), (e) alat ukur waktu (PC), (f) dudukan cuplikan yang

kedap cahaya, (g) neraca (timbangan), (h) gelas ukur (volummeter), dan laptop (PC)

berserta software-nya. Secara teknis, rangkaian-rangkaian yang digunakan dalam

penelitian ini tercantum pada gambar berikut.

LF-356

_ +

3

2 6 10 k

10 k

10 k

1 M 1 M

Amperermeter

Fotodioda

Voltmeter atau PC

+ 5 V

- 5 V

Gambar : Rangkaian penerima cahaya yang dapat dikendalikan kepekaannya

26

C. Teknik Pengumpulan Data

Data penelitian ini dikumpulkan melalui observasi atau eksperimen sederhana

(tanpa kelompok kontrol). Dari sisi samping, berkas cahaya dikenakan pada cuplik larutan

yang ditempatkan pada tabung gelas. Pada sisi seberang cuplikan itu ditempatkan

rangkaian deteksi cahaya untuk menangkap sebagian berkas cahaya yang diteruskan

cuplikan. Tegangan rangkaian deteksi tersebut (arus fotodioda) sebanding dengan

intensitas cahaya yang mengenainya. Komponen pemancar cahaya (LED), sensor penerima

cahaya (fotodioda), cuplikan (larutan yang diselidiki) ditempatkan dalam dudukan kedap

cahaya, dan ketiga-tiganya ditempatkan di dalam oven (alat pemanas yang temperaturnya

dapat diatur).

Cara pengamatannya didasarkan bahwa arus fotodioda (sebanding dengan tegangan

keluaran penguat) diberikan oleh I = I0 kxCe + IB, di mana x adalah panjang lintasan, C

Penerima

cahaya

Pemancar

cahaya

Tabung gelas

Dudukan

kedap cahaya

Tutup

Oven

LED Fotodioda

_

330

2

3 6

LED

+ 12 V Voltmeter

+

-

LF-356

10 k

Gambar : Rangkaian pemancar cahaya yang dapat dikendalikan intensitasnya

27

menyatakan konsentrasi, dan k adalah koefisien pemadaman. Digunakan tabung uji yang

berisi aquades (C = 0) untuk mengukur I0 + IB, dan mematikan LED untuk mengukur IB

(terkait dengan offset penguat). Dengan menggunakan hukum Lambert-Beer, untuk setiap

temperatur percobaan kemudian di-plot grafik tegangan keluaran dari rangkaian penerima

cahaya yang sebanding dengan (I – IB)/I0 versus t (waktu). Baik data tegangan maupun

waktu dicatat secara otomatis dengan PC (tetapi dapat pula diukur secara manual dengan

voltmeter).

D. Teknik Analisis data

Data dianalisis secara grafis. Berdasarkan bentuk kurva yang diperoleh dapat

diketahui relasi antara dua variabel penelitian, yakni waktu (t) dan intensitas relatif cahaya

yang ditransmisikan. Pengamatan relasi ini di-set pada konsentrasi dan temperatur tertentu.

Karena pengamatan dilakukan untuk setiap nilai konsentrasi (temperatur di-set pada nilai

tertentu) dan setiap nilai temperatur (konsentrasi di-set pada nilai tertentu), maka

kecenderungan pengaruh temperatur terhadap laju pengendapan dapat diketahui.

Cahaya tertransmisi

Cahaya datang = kxCe

28

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian

Berikut ini adalah data hasil pengamatan untuk jenis larutan garam (kristal NaCl

yang dilarutkan di dalam aquades) pada temperatur 35oC dan berturut-turut untuk

konsentrasi yang berbeda.

Konsentrasi : 15 gram / 100 ml

Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 5,21 1,00

5 5,11 0,98

10 5,2 1,00

15 5,09 0,98

20 5,15 0,99

25 5,15 0,99

30 5,21 1,00

35 5,12 0,98

40 5,21 1,00

45 5,14 0,99

50 5,14 0,99

55 5,2 1,00

60 5,21 1,00

65 5,11 0,98

70 5,11 0,98

75 5,17 0,99

80 5,17 0,99

85 5,21 1,00

90 5,21 1,00

95 5,19 1,00

100 5,2 1,00

105 5,13 0,98

110 5,11 0,98

115 5,11 0,98

120 5,14 0,99

Grafik yang menyatakan relasi antara tegangan (yang berkaitan dengan intensitas cahaya

yang diteruskan larutan) terhadap waktu adalah :

29

garam-15gr/100ml-35 C

5,08

5,1

5,12

5,14

5,16

5,18

5,2

5,22

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (Menit)

Te

ga

ng

an

(V

olt

)


Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 3,72 1,00

5 3,72 1,00

10 3,69 0,99

15 3,68 0,99

20 3,66 0,98

25 3,58 0,96

30 3,69 0,99

35 3,72 1,00

40 3,72 1,00

45 3,55 0,95

50 3,61 0,97

55 3,67 0,99

60 3,67 0,99

65 3,67 0,99

70 3,61 0,97

75 3,61 0,97

80 3,67 0,99

85 3,71 1,00

90 3,59 0,97

95 3,59 0,97

100 3,64 0,98

105 3,69 0,99

110 3,58 0,96

115 3,58 0,96

120 3,68 0,99

30

Grafik yang menyatakan relasi antara tegangan terhadap waktu adalah :

garam-20gr/100ml-35 C

3,5

3,55

3,6

3,65

3,7

3,75

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (Menit)

Te

ga

ng

an

(V

olt

)


Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 2,33 1,00

5 1,98 0,85

10 1,73 0,74

15 1,44 0,62

20 1,28 0,55

25 1,11 0,48

30 0,89 0,38

35 0,81 0,35

40 0,67 0,29

45 0,56 0,24

50 0,56 0,24

55 0,62 0,27

60 0,61 0,26

65 0,61 0,26

70 0,56 0,24

75 0,56 0,24

80 0,56 0,24

85 0,56 0,24

90 0,54 0,23

95 0,55 0,24

100 0,61 0,26

105 0,53 0,23

110 0,56 0,24

115 0,56 0,24

120 0,58 0,25

31


Garam-25gr/100ml-35 C

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (Menit)

Te

ga

ng

an

(V

olt

)


Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 4,49 1,00

5 3,65 0,81

10 3,13 0,70

15 2,51 0,56

20 2,11 0,47

25 1,62 0,36

30 1,28 0,29

35 1,14 0,25

40 0,87 0,19

45 0,75 0,17

50 0,63 0,14

55 0,51 0,11

60 0,38 0,08

65 0,31 0,07

70 0,27 0,06

75 0,27 0,06

80 0,24 0,05

85 0,24 0,05

90 0,25 0,06

95 0,25 0,06

32

100 0,25 0,06

105 0,24 0,05

110 0,24 0,05

115 0,25 0,06

120 0,24 0,05



0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (Menit)

Te

ga

ng

an

(V

olt

)


Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 2,61 1,00

5 2,01 0,77

10 1,62 0,62

15 1,27 0,49

20 0,92 0,35

25 0,75 0,29

30 0,56 0,21

35 0,44 0,17

40 0,36 0,14

45 0,27 0,10

50 0,23 0,09

55 0,14 0,05

60 0,14 0,05

65 0,11 0,04

33

70 0,12 0,05

75 0,09 0,03

80 0,14 0,05

85 0,14 0,05

90 0,17 0,07

95 0,14 0,05

100 0,11 0,04

105 0,11 0,04

110 0,11 0,04

115 0,12 0,05

120 0,14 0,05



0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (Menit)

Te

ga

ng

an

(V

olt

)

Data ternormalisasi untuk larutan garam pada temperatur 35oC :

Waktu

(Menit) 15/100 20/100 25/100 30/100 35/100

0 1 1 1,00 1,00 1,00

5 0,98 1 0,85 0,81 0,77

10 1 0,99 0,74 0,70 0,62

15 0,98 0,99 0,62 0,56 0,49

20 0,99 0,98 0,55 0,47 0,35

25 0,99 0,96 0,48 0,36 0,29

34

30 1 0,99 0,38 0,29 0,21

35 0,98 1 0,35 0,25 0,17

40 1 1 0,29 0,19 0,14

45 0,99 0,95 0,24 0,17 0,10

50 0,99 0,97 0,24 0,14 0,09

55 1 0,99 0,27 0,11 0,05

60 1 0,99 0,26 0,08 0,05

65 0,98 0,99 0,26 0,07 0,04

70 0,98 0,97 0,24 0,06 0,05

75 0,99 0,97 0,24 0,06 0,03

80 0,99 0,99 0,24 0,05 0,05

85 1 1 0,24 0,05 0,05

90 1 0,97 0,23 0,06 0,07

95 1 0,97 0,24 0,06 0,05

100 1 0,98 0,26 0,06 0,04

105 0,98 0,99 0,23 0,05 0,04

110 0,98 0,96 0,24 0,05 0,04

115 0,98 0,96 0,24 0,06 0,05

120 0,99 0,99 0,25 0,05 0,05


yang ditransmisikan larutan) terhadap waktu untuk seluruh data setelah dinormalisasi

adalah :

Garam-35 C / Ternormalisasi

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (Menit)

Te

ga

ng

an

(V

olt

)

35

Data hasil pengamatan untuk jenis larutan gula pada temperatur 35oC dan berturut-turut

untuk konsentrasi yang berbeda adalah sebagai berikut :

Data laju pengendapan larutan gula pada konsentrasi 25gr/100ml dan suhu 35oC :


Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 2,30 1,00

5 1,98 0,86

10 1,70 0,74

15 1,47 0,64

20 1,26 0,55

25 1,09 0,47

30 0,94 0,41

35 0,80 0,35

40 0,69 0,30

45 0,60 0,26

50 0,51 0,22

55 0,44 0,19

60 0,38 0,17

65 0,33 0,14

70 0,28 0,12

75 0,24 0,11

80 0,21 0,09

85 0,18 0,08

90 0,15 0,07

95 0,13 0,06

100 0,11 0,05

105 0,10 0,04

110 0,08 0,04

115 0,07 0,03

120 0,06 0,03



36

Gula : 25gr/100ml 35 C

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (menit)

Teg

an

gan

(vo

lt)



Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 4,50 1,00

5 3,68 0,82

10 3,02 0,67

15 2,47 0,55

20 2,02 0,45

25 1,66 0,37

30 1,36 0,30

35 1,11 0,25

40 0,91 0,20

45 0,74 0,17

50 0,61 0,14

55 0,50 0,11

60 0,41 0,09

65 0,33 0,07

70 0,27 0,06

75 0,22 0,05

80 0,18 0,04

85 0,15 0,03

90 0,12 0,03

95 0,10 0,02

100 0,08 0,02

105 0,07 0,01

37

110 0,06 0,01

115 0,05 0,01

120 0,04 0,01




0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (menit)

Teg

an

gan

(vo

lt)



Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 2,60 1,00

5 2,02 0,78

10 1,58 0,61

15 1,23 0,47

20 0,96 0,37

25 0,74 0,29

30 0,58 0,22

35 0,45 0,17

40 0,35 0,14

45 0,27 0,11

50 0,21 0,08

55 0,17 0,06

38

60 0,13 0,05

65 0,10 0,04

70 0,08 0,03

75 0,06 0,02

80 0,05 0,02

85 0,04 0,01

90 0,03 0,01

95 0,02 0,01

100 0,02 0,01

105 0,01 0,01

110 0,01 0,00

115 0,01 0,00

120 0,01 0,00




0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (menit)

Teg

an

gan

(vo

lt)

Data ternormalisasi untuk larutan gula pada temperatur 35oC :

Waktu

(Menit) 25gr/100ml 30gr/100ml 35gr/100ml

0 1,00 1,00 1,00

5 0,86 0,82 0,78

10 0,74 0,67 0,61

15 0,64 0,55 0,47

39

20 0,55 0,45 0,37

25 0,47 0,37 0,29

30 0,41 0,30 0,22

35 0,35 0,25 0,17

40 0,30 0,20 0,14

45 0,26 0,17 0,11

50 0,22 0,14 0,08

55 0,19 0,11 0,06

60 0,17 0,09 0,05

65 0,14 0,07 0,04

70 0,12 0,06 0,03

75 0,11 0,05 0,02

80 0,09 0,04 0,02

85 0,08 0,03 0,01

90 0,07 0,03 0,01

95 0,06 0,02 0,01

100 0,05 0,02 0,01

105 0,04 0,01 0,01

110 0,04 0,01 0,00

115 0,03 0,01 0,00

120 0,03 0,01 0,00


yang ditransmisikan larutan) terhadap waktu untuk seluruh data setelah dinormalisasi

adalah :

Gula 35 C / Ternormalisasi

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (menit)

Teg

an

gan

(vo

lt)

40

Selanjutnya adalah data hasil pengamatan untuk jenis larutan garam (kristal NaCl

yang dilarutkan di dalam aquades) pada konsentrasi 30gr/100ml dan berturut-turut untuk

temperatur yang berbeda.

Temperatur : 35oC

Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 4,49 1,00

5 3,65 0,81

10 3,13 0,70

15 2,51 0,56

20 2,11 0,47

25 1,62 0,36

30 1,28 0,29

35 1,14 0,25

40 0,87 0,19

45 0,75 0,17

50 0,63 0,14

55 0,51 0,11

60 0,38 0,08

65 0,31 0,07

70 0,27 0,06

75 0,27 0,06

80 0,24 0,05

85 0,24 0,05

90 0,25 0,06

95 0,25 0,06

100 0,25 0,06

105 0,24 0,05

110 0,24 0,05

115 0,25 0,06

120 0,24 0,05



41

35 C (30gr/100ml)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (menit)

Teg

an

gan

(vo

lt)

Temperatur : 38oC

Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 4,80 1,00

5 3,98 0,83

10 3,31 0,69

15 2,74 0,57

20 2,45 0,51

25 2,02 0,42

30 1,44 0,30

35 1,30 0,27

40 1,10 0,23

45 0,91 0,19

50 0,77 0,16

55 0,62 0,13

60 0,53 0,11

65 0,43 0,09

70 0,38 0,08

75 0,29 0,06

80 0,34 0,07

85 0,34 0,07

90 0,38 0,08

95 0,34 0,07

100 0,38 0,08

105 0,38 0,08

110 0,29 0,06

115 0,38 0,08

120 0,34 0,07

42


38 C (30gr/100ml)

0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (menit)

Teg

an

gan

(vo

lt)

Temperatur : 42oC

Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 3,70 1,00

5 3,15 0,85

10 2,70 0,73

15 2,41 0,65

20 2,00 0,54

25 1,70 0,46

30 1,44 0,39

35 1,30 0,35

40 1,07 0,29

45 0,81 0,22

50 0,78 0,21

55 0,67 0,18

60 0,56 0,15

65 0,48 0,13

70 0,41 0,11

75 0,37 0,10

80 0,30 0,08

85 0,26 0,07

90 0,33 0,09

43

95 0,30 0,08

100 0,33 0,09

105 0,33 0,09

110 0,33 0,09

115 0,11 0,03

120 0,07 0,02


42 C (30gr/100ml)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (menit)

Teg

an

gan

(vo

lt)

Temperatur : 54oC

Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 5,10 1,00

5 4,49 0,88

10 3,77 0,74

15 3,52 0,69

20 2,86 0,56

25 2,65 0,52

30 2,35 0,46

35 2,04 0,40

40 1,79 0,35

45 1,58 0,31

50 1,38 0,27

55 1,22 0,24

60 1,02 0,20

65 0,92 0,18

70 0,82 0,16

75 0,71 0,14

44

80 0,61 0,12

85 0,41 0,08

90 0,51 0,10

95 0,46 0,09

100 0,51 0,10

105 0,46 0,09

110 0,51 0,10

115 0,26 0,05

120 0,20 0,04


54 C (30gr/100ml)

0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (menit)

Teg

an

gan

(vo

lt)

Temperatur : 67oC

Waktu

(menit)

Tegangan

(Volt)

Tegangan

Ternormalisasi

0 4,30 1,00

5 3,87 0,90

10 3,48 0,81

15 3,18 0,74

20 2,75 0,64

25 2,62 0,61

30 2,37 0,55

35 2,15 0,50

40 2,02 0,47

45 1,85 0,43

50 1,59 0,37

55 1,42 0,33

45

60 1,29 0,30

65 1,16 0,27

70 0,99 0,23

75 0,95 0,22

80 0,86 0,20

85 0,77 0,18

90 0,73 0,17

95 0,65 0,15

100 0,60 0,14

105 0,60 0,14

110 0,60 0,14

115 0,43 0,10

120 0,39 0,09


67 C (30gr/100ml)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (menit)

Teg

an

gan

(vo

lt)

Data ternormalisasi untuk larutan garam pada konsentrasi 30gr/100ml dan suhu

bervariasi :

Waktu

(Menit) 35 oC 38

oC 42

oC 54

oC 67

oC

0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

5 0,81 0,83 0,85 0,88 0,90

10 0,70 0,69 0,73 0,74 0,81

15 0,56 0,57 0,65 0,69 0,74

20 0,47 0,51 0,54 0,56 0,64

25 0,36 0,42 0,46 0,52 0,61

46

30 0,29 0,30 0,39 0,46 0,55

35 0,25 0,27 0,35 0,40 0,50

40 0,19 0,23 0,29 0,35 0,47

45 0,17 0,19 0,22 0,31 0,43

50 0,14 0,16 0,21 0,27 0,37

55 0,11 0,13 0,18 0,24 0,33

60 0,08 0,11 0,15 0,20 0,30

65 0,07 0,09 0,13 0,18 0,27

70 0,06 0,08 0,11 0,16 0,23

75 0,06 0,06 0,10 0,14 0,22

80 0,05 0,07 0,08 0,12 0,20

85 0,05 0,07 0,07 0,08 0,18

90 0,06 0,08 0,09 0,10 0,17

95 0,06 0,07 0,08 0,09 0,15

100 0,06 0,08 0,09 0,10 0,14

105 0,05 0,08 0,09 0,09 0,14

110 0,05 0,06 0,09 0,10 0,14

115 0,06 0,08 0,03 0,05 0,10

120 0,05 0,07 0,02 0,04 0,09

Garam 30gr/100ml

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 20 40 60 80 100 120 140

Waktu (detik)

Teg

an

gan

47

B. Pembahasan

Pengambilan data (yang sedang dianalisis) untuk menentukan hubungan antara

konsentrasi dan laju pengendapan diambil pada termperatur 35oC, karena nilai tersebut

merupakan temperatur pengamatan yang paling dekat dengan temperatur ruangan dalam

keadaan biasa (suhu kamar). Dengan demikian aliran kalor yang keluar dari sistem ke

lingkungan atau yang masuk dari lingkungan ke sistem relatif setimbang.

Berdasarkan pengamatan kualitatif dengan memperhatikan kecenderungan bentuk

kurva pada setiap grafik, ternyata untuk larutan garam pada temperatur 35oC, pada

konsentrasi 15 gram / 100 ml dan 20 gram / 100 ml tidak menunjukkan fenomena

pengendapan yang berarti. Setelah diamati hingga 2 jam fenomena tersebut tidak muncul.

Tegangan keluaran piranti pengamatan relatif tetap. Nilai tegangan keluaran tersebut

berkorelasi dengan intensitas cahaya yang diteruskan oleh cuplikan larutan yang diamati.

Piranti pengamatannya telah dirancang (telah diselidiki) sedemikian hingga hubungan

antara intensitas cahaya dan tegangan keluaran adalah berbanding lurus (linier).

Gejala pengendapan terjadi pada konsentrasi di atas 20 gram / 100 ml. Pada

penelitian ini diamati untuk konsentrasi-konsentrasi 25 gram / 100 ml, 30 gram / 100 ml,

dan 35 gram / 100 ml. Berdasarkan bentuk kurva pada grafik untuk ketiga konsentrasi

larutan tersebut menunjukkan kecederungan relasinya (antara tagangan/intensitas dan

waktu) berbentuk eksponensial menurun. Hal ini bisa dipastikan karena berdasarkan

penyelidikan awal, alat yang digunakan dalam penelitian ini telah menunjukkan relasi

antara masukan (intensitas cahaya) dan keluarannya (tegangan) adalah linier. Dengan

demikian kurva yang cenderung eksponensial menurun tadi akibat pengaruh dari variasi

konsentrasi larutan. Fenomena lain menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi zat

terlarut semakin cepat laju pengendapannya. Hal ini ditunjukkan dengan lama waktu

pengendapannya semakin cepat.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa konsentrasi zat terlarut berpengaruh

terhadap laju pengendapannya. Semakin tinggi konsentrasi zat terlarut semakin cepat laju

pengendapannya. Pada larutan garam, fenomena laju pengendapan terjadi pada konsentrasi

di atas 20 gram / 100 ml. Di bawah konsentrasi tersebut fenomena pengendapan tidak

teramati. Durasi pengamatan hanya dibatasi selama 2 (dua) jam.

48

Data untuk menentukan hubungan antara temperatur dan laju pengendapan diambil

pada konsentrasi 30gr/100ml. Berdasarkan pengamatan kualitatif pada kurva hubungan

antara tegangan (intensitas cahaya) dan waktu menunjukkan kecenderungan berbentuk

eksponensial menurun. Artinya, larutan yang berpotensi mengendap menunjukkan gejala

pengendapan setelah durasi waktu tertentu. Gejala tersebut menunjukkan bahwa semakin

tinggi temperetur larutan semakin lama proses pengendapannya. Hal ini sesuai dengan

teori kinetik partikel (molekul) bahwa semakin tinggi temperatur suatu sistem, maka energi

kinetik setiap partikel pada sistem itu juga semakin tinggi. Dengan demikian gerakan

molekul yang bertemperetur tinggi semakin dinamis dan cenderung sulit untuk

mengendap.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa temperatur berpengaruh terhadap laju

pengendapan zat terlarut. Semakin tinggi temperatur suatu larutan (yang berpotensi

mengendap) semakin lambat laju pengendapannya. Kurva relasi antara proses

pengendapan terhadap waktu untuk berbagai harga temperatur cenderung berbentuk

eksponensial menurun. Rentang temperatur pengamatan dari 35oC hingga 67

oC.

49

BAB V

KESIMPULAN

A. Kesimpulan

1. Telah dibuat instrumen untuk penyelidikan pola pengendapan larutan yang berbasis

PC dengan bagian-bagian (a) rangkaian pemancar cahaya yang dapat dikendalikan

intensitasnya, (b) rangkaian penerima cahaya yang dapat dikendalikan kepekaannya,

(c) oven (alat pemanas) yang dapat diatur temperaturnya, (d) dudukan cuplikan yang

kedap cahaya, dan (e) software akuisisi data berbahasa MATLAB untuk pengambilan

dan pengolahan data secara otomatis.

2. Temperatur berpengaruh terhadap laju pengendapan zat terlarut. Semakin tinggi

temperatur suatu larutan (yang berpotensi mengendap) semakin lambat laju

pengendapannya. Kurva relasi antara proses pengendapan terhadap waktu untuk

berbagai harga temperatur cenderung berbentuk eksponensial menurun. Rentang

temperatur pengamatan dari 35oC hingga 67

oC.

3. Konsentrasi zat terlarut berpengaruh terhadap laju pengendapannya. Semakin tinggi

konsentrasi zat terlarut semakin cepat laju pengendapannya. Pada larutan garam dan

pada temperatur kamar (35oC), fenomena laju pengendapan terjadi pada konsentrasi di

atas 20 gram / 100 ml. Di bawah konsentrasi tersebut fenomena pengendapan tidak

teramati.

B. Saran

1. Perilaku pengendapan zat terlarut hanya dibatasi pada rentang 30oC hingga 80

oC.

Disarankan untuk menyelidiki perilaku yang sama di sekitar titik beku larutan hingga

hampir mendidih.

2. Jenis larutan baru terbatas pada padatan di dalam cairan. Dengan metode seperti yang

digunakan dalam penelitian ini dapat diterapkan pada jenis larutan padatan dalam gas.

3. Campuran yang diselidiki dapat berupa koloid ataupun emulsi.

4. Durasi pengamatan dapat diperpanjang, terutama untuk konsentrasi rendah.

50

DAFTAR PUSTAKA

Bahl, B. S., Tuli, G. D., Bahl, A., 1997, Essentials of Physical Chemystri, S. Chand &

Company Ltd., Ram Nagar, New Delhi.

Derenzo, S.E., 1990, Interfacing, Laboratory Approach Using the Microcomputer for

Instrumentation, data Analysis, and Control; Prentice-Hall International Inc. Englewood

Cliffs.

Fraden, Y., 2004, Handbook of Modern Sensors : Physics, Designs, and Applications,

Third Edition, Springer, California.

Halliday, D., Resnick, R., Silaban, P., Sucipto, E., 1992, Fisika, Jilid 1, Edisi ke 3,

Erlangga, Jakarta.

Hebra, A. J., 2010, The Physics of Metrology, Springer, New York.

Jones, M.H., 1988, A Practical Introduction to Electronic Circuits, Second Edition,

Cambridge University Press, Cambridge.

Malmstadt, H.V., Enke, C.G., Crouch, S.R., 1981, Electronics and Instrumentation for

Scientists, The Benjamin/Cumming Publishing Company Inc., California.

Wardle, B., 2009, Principles and Applications of Photochemistry, John Wiley & Sons,

Ltd., West Sussex, UK.

pengukuran laju pengendapan “larutan...

Documents