PENENTUAN BERAT MOLEKUL SENYAWA BERDASARKAN PENGUKURAN MASSA JENIS GAS

1. Tujuan

1. Menentukan berat molekul senyawa yang mudah menguap (volatil) berdasarkan pengukuran massa jenis gas.
2. Melatih menggunakan persamaan gas ideal.

2. Landasan Teori

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)
Faktor koreksi:

………………………………………………………………..(7)
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)

Jadi dengan menggunakan persamaan di atas, tekanan uap CHCl₃ pada berbagai suhu dapat dihitung. Dengan menggunakan nilai tekanan uap pada suhu kamar, bersama-sama dengan data mengenai volum labu erlenmeyer dan berat molekul udara (28.8 gr/mol), dapat dihitung faktor koreksi yang harus ditambahkan pada massa cairan X. Dengan memasukkan faktor koreksi akan diperoleh nilai BM yang lebih tepat.