Neraca Analitik

Neraca Analitik


I. Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari, massa sering diartikan sebagai berat, tetapi dalam tinjauan fisika kedua besaran tersebut berbeda. Massa tidak dipengaruhi gravitasi, sedangkan berat dipengaruhi oleh gravitasi. Fungsi dari neraca elektrik maupun bukan elektrik secara umum adalah sebagai alat pengukur massa. Kegunaan neraca ini tergantung dari skala dari neraca tersebut misal neraca/timbangan elektrik yang ada di pasar swalayan dengan yang di laboratorium tentu sensitivitas dan skala neracanya jauh berbeda.

II. Pendahuluan

Menimbang benda adalah menimbang sesuatu yang tidak memerlukan tempat dan biasanya tidak dipergunakan pad reaksi kimia, seperti menimbang cawan, gelas kimia dan lain-lain.

Menimbang zat adalah menimbang zat kimia yang dipergunakan untuk membuat larutan atau akan direaksikan. Untuk menimbang zat ini diperlukan tempat penimbangan yang dapat digunakan seperti gelas kimia, kaca arloji dan kertas timbang

Menimbang zat dengan penimbangan selisih dilakukan jika zat yang ditimbang dikhawatirkan akan menempel pada tempat menimbang dan sukar untuk dibilas. Pada penimbangan selisih aan diperoleh berat zat yang masuk ke dalam tempat yang diinginkan bukan pada tempat menimbang.



Neraca Analitik

Neraca dengan tingkat ketelitian tinggi, mampu menimbang zat atau benda sampai batas 0,0001 g. Beberapa hal yang perlu diperhatikan bekerja dengan neraca ini adalah:

- neraca analitik adalah neraca yang sangat peka, karena itu bekerja dengan neraca ini harus secara halus dan hati-hati.

- sebelum mulai menimbang persiapkan semua alat bantu yang dibutuhkan dalam penimbangan

Langkah kerja penimbangan meliputi:

- persiapan pendahuluan alat-alat penimbangan, siapkan alat dan zat yang akanditimbang, sendok, kaca arloji dan kertas isap

- pemeriksaan pendahuluan terhadap neraca meliputi: periksa kebersihan neraca (terutama piring-piring neraca), kedataran dan kesetimbangan neraca.

- penimbangan, dapat dilakukan setelah diperoleh keadaan setimbang pada neraca dan timbangan pada posisi nol, demikian pula setelah penimbangan selesai posisi timbangan dikembalikan seperti semula

III. Isi

Neraca Analitis Dua Lengan

Neraca ini berguna untuk mengukur massa benda, misalnya emas, batu, kristal benda, dan lain-lain. Batas ketelitian neraca analitis dua lengan yaitu 0,1 gram.

KU.06 Neraca

Kapasitas: 311 g, pan tunggal bahan stainless steel, ketelitian 10 mg. Bahan : Die-casting. Tipe: tiga lengan. cast aluminium body and beam, stainless steal pan and bow.

Kegunaan

Untuk menimbang zat.

KU.06



- Neraca massa

Neraca massa merupakan perhitungan semua bahan yang ada dalam proses. Ada kalanya bahan yang dikenakan proses berubah bentuk menjadi senyawa lain atau menjadi konsumsi dalam sistem itu, tetapi jumlah massanya tidak berubah. Kehilangan massa dimungkinkan dalam reaksi inti (nuklir) sesuai dengan teori yang dikemukakan oleh Einsten (teori relativitas), bahwa massa yang hilang berubah menjadi energi. Hal yang sebenarnya, bahwa kekekalan massa haruslah terpadu dengan energi, sehingga berbunyi kekekalan massa dan energi. Sebab keduanya tidak bisa dipisahkan. Massa adalah suatu bentuk energi. Namun, pada bahasan berikut ini dipisahkan antara neraca massa dan neraca energi dan sebagai awal pelajaran sebagai mata kuliah ATK I membahas neraca massa terlebih dahulu.

Secara keseluruhan, bentuk persamaan neraca massa adalah:



Gambar IV-3. Sistem dan neraca massa

Massa yang tumbuh dan massa yang terambil diartikan bila terjadi reaksi kimia, maka bahan yang satu bisa terambil dan membentuk senyawa lain.



- Neraca massa “steady” dan “unsteady”

Suatu gambaran proses kontinu adalah pengisian sebuah tempat dengan air yang dialirkan melalui pengaturan katub/kran. Dibayangkan, mula-mula tempat itu yang bisa berupa sebauh ember atau tangki penampung yang kosong dan padanya terdapat lubang kecil/bocor. Kemudian air dikeluarkan dengan membuka katub. Dengan demikian, ember itu akan terisi air secara terus menerus dan keluar akibat kebocoran juga secara terus menerus. Kalau kebocoran (yang keluar) itu lebih kecil daripada pemasukannya, maka lama kelamaan air dalam ember semakin banyak. Hal itu menunjukkan adanya akumulasi air dalam ember. Neraca massanya diambil dari persamaan (IV-1), dan tidak terjadi reaksi kimia, maka tidak ada pembentukan dan pengambilan massa, sehingga:

Akumulasi = Massa masuk - Massa keluar ………………………(IV-2).

Setelah beberapa lama kemudian, air dalam ember penuh dan meluap keluar. Dalam hal ini, yang keluar dari ember itu adalah karena kebocoran dan luapan. Neraca massanya menjadi:

Bahan masuk = bahan keluar ……………………………………….(IV-3).

Neraca massa pada persamaan (IV-2) disebut dengan keadaan “unsteady”, artinya suatu keadaan yang tergantung pada waktu. Dengan bertambahnya waktu akumulasi makin banyak atau keadaan selalu berubah dengan waktu. Dalam hal peristiwa di atas, dengan bertambahnya waktu, volum air dalam ember bertambah. Pada suatu saat tertentu, keadaan itu selalu tetap atau air yang ada dalam ember tidak berubah volumnya. Kondisi semacam ini disebut keadaan “steady” atau “ajeg” atau “tunak” dan persamaan neraca massanya ditunjukkan seperti persamaan (IV-3).



- Neraca massa tanpa reaksi kimia

Pembahasan neraca masa berikut ini ditandaskan dalam keadaan ajeg. Neraca massa dihitung untuk semua bahan yang ada dalam proses. Perhitungan akan menjadi kompleks kalau prosesnya rumit dan dalam unit yang besar. Beberapa hal perlu diperhatikan dalam melakukan perhitungan neraca massa secara mudah, mengacu pada hal yang telah disebut di bagian depan tentang langkah-langkah logis penyelesaian masalah.

1. Visualisasi : gambar diagram alir proses secara sederhana yang dapat menunjukkan perubahan – perubahan fisis yang terjadi.

2. Objektif : data yang relevan cantumkan pada diagram, misal kecepatan alir bahan, komposisi, suhu, tekanan, dan data fisik lainnya.

3. Rencana : pelajari data proses dan kembangkan hubungan kuantitas yang diketahui dan yang tidak diketahui dalam neraca massa. Hubungan ini biasanya dalam bentuk persamaan matematik. Pastikan jumlah bilangan yang tidak diketahui dengan jumlah persamaan yang ada. Samakan satuan antar kuantitas yang satu dengan lainnya. Pada neraca massa dalam sistem: disetiap titik yang mengalami perubahan pasti ada persamaan yang menyertainya!!!

4. Menghitung : Pilih basis yang sesuai bila diperlukan. Selesaikan hubungan-hubungan persamaan di atas. Neraca massa berdasarkan pada hukum kekekalan massa dan energi: bahwa massa tidak dapat diciptakan dan tidak ada kehilangan massa kecuali menjadi energi (menurut Einstein).

Persamaan neraca massa dalam keadaan ajeg tertulis seperti persamaan (IV-3). Neraca massa tanpa reaksi kimia dijumpai pada banyak peristiwa operasi teknik kimia. Neraca massa ini menjadi titik tolak perhitungan yang lainnya sampai pada perencanaan alat proses. Oleh karena itu, dalam perhitungan awal ini tidak boleh salah. Umumnya, operasi teknik kimia merupakan proses pemisahan bahan untuk dimurnikan. Proses-proses yang akan dipelajari untuk perhitungan neraca massanya yang dituangkan dalam contoh-contoh soal, diantaranya:

1. Pencampuran

2. Pengeringan

3. Kristalisasi

4. Keseimbangan fase

5. Distilasi

6. Evaporasi

Secara garis besar, neraca massa dalam sebuah sistem adalah seperti berikut ini.

Bila persamaan (IV-2) dikenakan pada proses yang tertera dalam gambar IV-4, maka:

MA = M1 + M2 + M3 - M4 - M5 …………………..(IV-4).

Dengan, M = massa atau aliran massa dengan satuan massa atau massa/waktu. Pada keadaan ajeg, maka akumulasi, MA = 0, sehingga neraca massanya:

M1 + M2 + M3 = M4 + M5 ………………………….(IV-5).



Gambar IV-4. Neraca massa dalam sistem alir

Persamaan (IV-5) merupakan persamaan neraca massa sistem secara keseluruhan atau total. Di dalam bahan yang berupa campuran terdapat komponen-komponen yang terkandung di dalamnya. Jika masing-masing komponen dintayakan dalam fraksi massa, x (tak bersatuan), maka neraca massa komponen berbentuk:

M1xi1+ M2xi2 + M3xi3 = M4xi4 + M5xi5 ..………………………….(IV-6).

Dalam hal ini, xi1 berarti komponen i yang ada pada aliran 1, dan seterusnya.

Kalibrasi

1. Pengontrolan Timbangan/Neraca

Timbangan/Neraca dikontrol dengan menggunakan anak timbangan yang sudah terpasang atau dengan dua anak timbangan eksternal, misal 10 gr dan 100 gr. Timbangan/Neraca elektronik, harus menunggu 30 menit untuk mengatur temperatur. Jika menggunakan timbangan yang sangat sensitif, hanya dapat bekerja pada batas temperatur yang ditetapkan. Timbangan harus terhindar dari gerakan (angin) sebelum menimbang angka “nol” harus dicek dan jika perlu lakukan koreksi. Penyimpangan berat dicatat pada lembar/kartu kontrol, dimana pada lembar tersebut tercantum pula berapa kali timbangan harus dicek. Jika timbangan tidak dapat digunakan sama sekali maka timbangan harus diperbaiki oleh suatu agen (supplier).

2. Kebersihan timbangan

Kebersihan timbangan harus dicek setiap kali selesai digunakan, bagian dan menimbang harus dibersihkan dengan menggunakan sikat, kain halus atau kertas (tissue) dan membersihkan timbangan secara keseluruhan timbangan harus dimatikan, kemudian piringan (pan) timbangan dapat diangkat dan seluruh timbangan dapat dibersihkan dengan menggunakan pembersih seperti deterjen yang lunak, campurkan air dan etanol/alkohol. Sesudah dibersihkan timbangan dihidupkan dan setelah dipanaskan, cek kembali dengan menggunakan anak timbangan.



Prosedur pengoperasian neraca analitik terdiri dari:

1. Keadaan neraca harus siap pakai

2. Neraca harus bersih (terutama piring-piring neraca)

3. Anak timbangan dalam keadaan lengkap

4. Persiapan pendahuluan terhadap alat bantu penimbangan

5. Pemeriksaan kedataran neraca dan kesetimbangan neraca

6. Pekerjaan penimbangan dan perhitungan hasil penimbangan

7. Melaporkan hasil penimbangan



Proses Pengukuran

Secara umum proses meninbang dengan neraca elektronik/digital adalah:

1. Pastikan bahwa timbangan sudah menyala.

2. Pastikan timbangan menunjukkan angka ”nol”( jika tidak perlu di koreksi).

3. Letakakan benda yang massanya akan diukur pada piringan tempat benda.

4. Baca skala yang tertera pada display digital sesuai skala satuan timbangan tersebut.

5. Untuk pengukuran yang sensitivitasnya tinggi perlu menunggu 30 menit, karena hanya dapat bekerja pada batas temperatur yang ditetapkan.





Langkah kerja penimbangan dengan neraca analitik meliputi:

1. Persiapan alat bantu penimbangan

Untuk menimbang zat padat diperlukan:

- Kaca arloji yang kering dan bersih, digunakan untuk menampung kelebihan zat yang

ditimbang, karena kelebihan zat tidak boleh dikembalikan ke botol zat.

- Sendok (biasanya sendok plastik)

- Kertas isap untuk memegang tempat menimbang pada saat memasukan/mengeluarkan

alat timbang (dan zat) ke atau dari dalam neraca

- Botol timbang sebagai tempat penimbangan

- Zat yang akan ditimbang dan setelah penimbangan selesai, botol zat harus dikembalikan

ke tempatnya

2. Pemeriksaan pendahuluan terhadap neraca adalah:

- Pemeriksaan kebersihan neraca terutama piring-piring neraca dapat dibersihkan

menggunakan sapu-sapu yang tersedia dalam neraca

- Pemeriksaan kedataran neraca dilakukan dengan cara melihat water pass, dengan

mengatur sekrup pada kaki neraca sehingga gelembung air di water pass tepat berada di

tengah

- Pemeriksaan kesetimbangan neraca

Dilakukan dengan membiarkan dahulu pointer bergoyang ke kiri dan ke kanan beberapa

kali. Jika goyangan maksimum ke kiri dan ke kanan kira-kira sama jauh maka neraca

dalam keadaan setimbang

3. Pelaksanaan penimbangan benda atau zat terdiri dari langkah-langkah:

- Penentuan titik kesetimbangan awalα o dan Go



Cara menggunakan neraca analitis

o Nolkan terlebih dulu neraca tersebut

o Letakkan zat yang akan ditimbang pada bagian timbangan

o Baca nilai yang tertera pada layar monitor neraca

o Setelah digunakan, nolkan kembali neraca tersebut