Indeks Biasan Vs Kepekatan : Satu Kajian Ringkas Oleh: En. Muhammad Abbas Ahmad Zaini

Indeks Biasan

Pembiasan cahaya ialah fenomena pembengkokan cahaya apabila merambat dari satu

medium lutsinar ke medium lutsinar yang berbeza ketumpatannya.

Indeks biasan, n ialah indeks biasan medium kedua relatif kepada medium pertama.

Indeks biasan merupakan nisbah antara sinus sudut tuju dari medium pertama, 1

dengan sinus sudut biasan pada medium kedua, 2 atau nisbah kelajuan cahaya dalam

vakum kepada kelajuan cahaya dalam medium kedua seperti yang ditunjukkan dalam

rajah di bawah.

Rajah 1 : Gambarajah Pembiasan Cahaya

Persamaan indeks biasan atau Hukum Snell diberikan seperti berikut :

n1 sin 1 = n2 sin 2

vediumhayaDalamMKelajuanCa

cakumhayaDalamVKelajuanCa

n

nPemalar

,

,

sin

sin

2

1

1

2

Cahaya merambat dengan perlahan dalam mana-mana medium berbanding vakum

(indeks biasan mutlak vakum ialah 1). Oleh yang demikian, indeks biasan untuk

medium selain vakum adalah sentiasa melebihi 1 dan cahaya akan terbias apabila ia

merentasi vakum ke medium yang lain.

Nilai indeks biasan dipengaruhi oleh panjang gelombang cahaya yang digunakan.

Perbezaan dalam indeks biasan bagi cahaya dengan panjang gelombang yang berbeza

boleh dipisahkan dengan menggunakan prisma. Indeks biasan juga akan berubah jika

medium dilarutkan dengan bahan yang lain atau kepekatan medium ditambah atau

dikurang.

Indeks Biasan Vs Kepekatan

Indeks biasan bergantung kepada ketumpatan sesuatu medium, suhu, halaju cahaya

dan arah perambatan cahaya. Secara prinsipnya, indeks biasan tidak boleh dijadikan

kayu ukur untuk menentukan kepekatan sesuatu bahan. Ini kerana tidak semua

bahan akan bertambah ketumpatannya seiring dengan pertambahan kepekatan

ataupun sebaliknya. Di samping itu, indeks biasan bagi sesetengah bahan cecair

kimia akan berubah pada suhu yang berbeza. Jadual di bawah menunjukkan indeks

biasan bagi beberapa cecair dan bahan kimia pada suhu 250C.

Jadual 1: Indeks Biasan Bagi Beberapa Cecair dan Bahan kimia

Kajian Kes : Metanol

Metanol adalah cecair kimia yang mempunyai tekanan wap yang tinggi jika

dibandingkan dengan air dan bersifat mudah meruap. Takat didih metanol ialah 65oC

dan berketumpatan 0.792 g/mL. Di dalam kajian ini, indeks biasan bagi beberapa

sampel larutan metanol yang berbeza kepekatannya telah diambil. Langkah berhati-

hati yang perlu diambil ialah memastikan campuran telah dikacau dengan sekata dan

meletakkan sampel serta merta ke refraktometer untuk mencerap indeks biasan.

Ini kerana kemeruapan relatif metanol yang tinggi menyebabkan ia mudah meruap

dan memungkinkan pemerhatian yang diperolehi tidak tepat seperti yang

dikehendaki. Jadual di bawah menunjukkan keputusan yang diperolehi.

Jadual 2 : Data lndeks Biasan Bagi Kepekatan larutan Metanol Yang Berbeza

Isipadu Metanol,

mL 0 2 5 10 15 18 20

Isipadu Air, mL 20 18 15 10 5 2 0

Peratus Mol

Metanol 0.00 4.71 12.92 30.80 57.18 80.03 100.00

Indeks Biasan 1.3330 1.3345 1.3380 1.3410 1.3400 1.3350 1.3290

Indeks Biasan Bagi Beberapa Cecair dan

Bahan Kimia Pada Suhu 250C

Metanol 1.3290

Etanol 1.3610

Aseton 1.3590

Benzena 1.5011

Air 1.3330

Pepejal Garam 1.5000

Didapati bahawa dengan bertambahnya ketulenan metanol, indeks biasan pada

mulanya akan bertambah dan selepas satu tahap, ia akan berkurangan. Graf di

bawah menunjukkan dengan jelas perubahan yang berlaku apabila kepekatan metanol

telah mencecah 40% dan berlakunya penurunan dalam bacaan indeks biasan.

Kesan Peratus Mol Metanol Terhadap Indeks Biasan

1.328

1.33

1.332

1.334

1.336

1.338

1.34

1.342

1.344

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Peratus Mol Metanol

Ind

eks

Bia

san

Keadaan ini terjadi kerana adanya perbezaan ketumpatan antara metanol tulen

dengan larutan metanol yang dicairkan. Jumlah jisim larutan metanol didapati

berkurangan selepas 30% mol metanol sedangkan perbezaan isipadu tidak begitu

ketara, maka ketumpatan (jism per isipadu) akan turut berkurang. Jadual di bawah

menunjukkan analisis pengiraan untuk membuktikan kenyataan di atas.

Dalam kes tertentu yang kritikal, graf indeks biasan bagi larutan metanol masih

boleh digunakan untuk mencerap kepekatan walaupun nilainya tidak tepat dan boleh

dipertikaikan. Contohnya, dalam satu proses penyulingan, hasil penyulingan yang

mempunyai indeks biasan 1.3380 mempunyai dua nilai kepekatan jika merujuk kepada

Analisis Pengiraan Jisim Larutan Metanol

Isipadu Metanol 10 mL 18 mL

Isipadu Air 10 mL 2 mL

Peratus Mol Metanol 30.80% 80.03%

Jisim Larutan Metanol 17.92 g 16.26 g

Isipadu Larutan 20 mL 20 mL

Ketumpatan 0.896 g/mL 0.813 g/mL

Rajah 2: Kesan Peratus Mol Metanol Terhadap Indeks Biasan

Jadua 3 : Analisis Pengiraan Jisim Larutan Metanol

graf di atas. Nilai manakah yang harus dipilih? Jika proses tersebut adalah proses

penyulingan, hasil penyulingan akan mempunyai kepekatan yang lebih tinggi, atau

dengan kata lain, menghampiri ketulenan. Justeru, nilai yang dipilih ialah 67% mol

metanol.

Dalam situasi yang berbeza, indeks biasan amat sesuai dijadikan piawai atau penentu

(indicator) kepekatan jika ketumpatan medium bertambah dengan pertambahan

kepekatannya, seperti yang berlaku untuk larutan garam. Perhatikan graf indeks

biasan melawan kepekatan garam di bawah. Indeks biasan didapati bertambah

dengan semakin meningkatnya kepekatan.

Kesan Kepekatan Garam Terhadap Indeks Biasan

1.33

1.34

1.35

1.36

1.37

1.38

1.39

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Kepekatan Garam (g/mL)

Ind

eks

Bia

san

Rajah 3 : Kesan Kepekatan Garam Terhadap Indeks Biasan

Kesimpulan

Tidak dapat dinafikan bahawa terdapat banyak peralatan yang lebih sesuai digunakan

untuk menentukan kepekatan sesuatu bahan. Peralatan seperti GC, HPLC dan AAS

memberikan bacaan yang lebih tepat untuk tujuan tersebut. Namun begitu, tempoh

untuk mendapatkan sesuatu bacaan kepekatan mengambil masa yang agak lama.

Halangan ini sukar diatasi khususnya dengan masa makmal yang amat terhad.

Penggunaan indeks biasan adalah satu-satunya metod yang difikirkan sesuai untuk

masa yang terdekat ini. Para pelajar perlulah mengambil beberapa langkah proaktif

dan menitikberatkan pengurangan ralat untuk mendapatkan graf indeks biasan

melawan kepekatan yang terbaik khususnya yang melibatkan cecair yang mudah

meruap seperti metanol, etanol dan aseton.

Kata Kunci

Senarai Kata Kunci

Indeks Biasan Ketumpatan

Hukum Snell Kepekatan

Suhu Larutan Metanol

Larutan Garam Proses Penyulingan

Ketulenan Kemeruapan Relatif

Medium Refraktometer

Rujukan

Eric W. Weisstein. Snell’s Law [Online]. Wolfram Research. Available from :

http://scienceworld.wolfram.com/physics/SnellsLaw.html

[Accessed 5 June 2002]

Physical Properties of Material [Online]. Cyberspace Chemistry (CaCt) : University

of waterloo. Available from :

http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/applychem/propertyp.html

[Accessed 5 June 2002]

Ramli, Rozilawati(2001). Pembiasan Cahaya [Online]. Available from :

http://www.geocities.com/cyzagoku/nota.html

[Accessed 30 May 2002]

Rick Reed (1998). Refraction of Light [Online]. University of Missouri Printing

Services. Avaiable from :

http://www.ps.missouri.edu/rickspage/refract/refraction.html

[Accessed 5 June 2002]

Refractometers [Online]. Cole parmer. Avaiable from :

http://www.coleparmer.com/techinfo/techinfo.asp?htmlfile=Refractometers.htm

[Accessed 5 June 2002]

Disediakan Oleh: En. Muhammad Abbas Ahmad Zaini N01-225, Jabatan Kejuruteraan Kimia FKKKSA UTM Skudai Untuk: Makmal Operasi Unit 1 dan 2