I
PENENTUAN KALOR REAKSI
DENGAN KALORIMETER KALORIMETER
TUJUAN Menentukan Kalor reaksi atau pelarutan dengan Kalorimeter. TEORI Kalor reaksi atau kalor pelarutan pada temperatur T didefinisikan sebagai kalor yang diserap atau dilepaskan oleh sistem selama proses berlangsung. Kalor reaksi maupun kalor kalor pelarutan biasanya ditentukan dengan kalorimeter adiabatik. Dalam kalorimeter terjadi perubahan temperatur karena pembebasan atau penyerapan kalor oleh sistem, sehingga reaksi dalam kalorimeter dapat ditulis sebagai berikut. A (T0) ! (T 0) " (T#) D (T#) #
Dengan Dengan A dan ! adalah reaktan dan " dan D adalah produk, T 0 adalah temperatur a$al dan T# adalah temperatur akhir Mungkin orang berpendapat bah$a kalor reaksi dapat diketahui sebagai berikut, kalau reaksi eksoterm , kalor reaksi akan memanaskan %ampuran reaksi dan kalorimeter, sehingga kalor kalor reaksi reaksi sama dengan dengan kalor kalor yang yang disera diserap p oleh oleh %ampura %ampuran n dan kalori kalorimet meter er.. &alapun lapun pemikiran tadi pada dasarnya benar , tetapi akan dijumpai kesukaran dalam merumuskan kapa kapasit sitas as kalo kalorr %amp %ampur uran an reak reaksi, si, kare karena na iden identit titas as %ampu %ampura ran n beru beruba bah h selam selamaa reak reaksi si berlangsung. Kalor reaksi pada temperatur a$al T0, dapat diturunkan se%ara eksak sebagai berikut. 'ersamaan # dapat dituliskan kembali menjadi A (T0) ! ( T0) (T0)
" (T#) D (T ( T#) (T#) ∆*0
+
Dengan adalah bagian kalorimeter yang mengadakan interaksi termal dengan %amputan reaksi ∆*0, karena sistem adiabatik dan isobar. isobar. Apabila Apabila pada persamaan (+) ditambahka ditambahkan n persamaan berikut " (T#) D (T #) (T#)
" (T0) D (T0) (T0)
∆*T0
" (T0) D (T0) (T0)
∆*T0
-
asilnya adalah A (T0) ! (T 0) (T0)
'ersamaan reaksi - memperlihatkan bah$a ∆ reaksi bersangkutan adalah kalor reaksi pada temperatur T0. ∆To menurut persamaan menyatakan kalor yang diperlukan untuk menaikan temperatur ( "D) dari T# menjadi T0. adi, 0 T 0
∆T0*
∫ C
p
1 T 1
("D) dT * "p ("D) (T # T0)
1
/
Dengan "' ("D) * kapasitas panas "D yang dianggap tidak tergantung pada temperatur. ntuk memperoleh kalor reaksi pada temperatur akhir T # pada persamaan + ditambahkan persamaan berikut A (T0) ! ( T0) (T0)
A (T#) ! (T#) (T#)
∆*T#
1,
Maka hasilnya adalah A (T#) ! (T #) (T#)
" (T#) D (T#) (T#)
∆*T#
2
'ersamaan 2 menyatakan baha$a ∆ adalah kalor pada temperatur T #. Menurut persamaan 1 merupakan kalor yang dipergunakan mengubah temperatur A ! dari T # menjadi T0 berdasarkan persamaan 1 maka ∆T# adalah T 0
∆T0*
∫ C
p
T 1
("D) dT * "p ("D) (T # 3 T0)
4
Dari / dan 4 dapat disimpulkan penggunaan kapasitas kalor reaksi pada temperatur akhir T # dan penggunaan kapasitas kalor pada temperatur a$al T 0. 5ilai akhir kalorimeter (Kapasitas akhr kalorimeter, tetapan kalorimeter) "p () pada per%obaan ini dapat dihitung dengan + %ara. 'ada air yang sudah adah dalam kalorimeter ditambahkan dengan air yang memiliki temperatur berbeda. Dari kapasitas kalor dan temperatur air yang dituangkan , dan temperatur setelah pen%ampuran, maka nilai akhir kalorimeter dapat ditentukan dengan hukum !la%k (untuk kemudian temperatur air dalam kalorimeter hendaknya lebih tinggi). 'erlu diperhatikan bah$a nilai akhir kalorimeter sangat tergantung pada 6olume yang dipakai. Karena itu 6olume akhir %airan dalam penentuan kalor reaksi dan penentuan nilai akhir reaksi harus sama. 5ilai akhir kalorimeter juga dapat ditentukan dengan melakukan reaksi dengan kalor reaksi yang sudah diketahui. Misal penetralan 5a7 dengan "l yang kalor reaksinya 3#,1- kkal8mol. Kalor reaksi juga kalor pelarutan harus dinyatakan dalam jumlah baku, misalnya kalor pembentukan dinyatakan per mol senya$a yang terbentuk. 9tu berarti kalor reaksi hasil pengukuran harus dibagi dengan jumlah mol :at pereaksi yang se%ara stoikhometri paling sedikit. uatu kalorimeter mungkin tidak sepenuhnya adiabatik. Karena itu terjadi pertukaran antara kalorimeter dengan lingkungannya. Misalnya pengadukan %ampuran reaksi, $alaupun perlu tetapi menimbuklan kalor gesekan. uga ada kemungkinan termometer terlalu lamban dalam mengikuti perubahan temperatur. Kesemuanya itu menyebabkan pemba%aan temperatur akhir tidak benar3benar temperatur akhir T#. Dengan demikian pemba%aan temperatur akhir memerlukan koreksi yang kharus diterapkan baik dalam penentuan kalor reaksi maupun dalam penentuan nilai akhir. al ini akan dijelaskan dalam %ara kerja di ba$ah. !aik reaksi maupun pelarutan dilakukan dengan men%ampurkan paling sedikit dua :at pereaksi . pada umumnya temeratur kedua :at itu berbeda. Dengan demikian timbul masalah 2
apa yang dimaksud dengan temperatur a$al. Temperatur a$al dalam hal ini (disini akan dinamakan temperatur a$al efektif) ialah rata3rata kapasitas kalor keuda pereaksi itu di%ampurkan tetapi tidak bereaksi (tidak menimbulkan kalor reaksi) Dalam perhitungan temperatur a$al efektif kapasitas kalor kalorimeter harus disertakan. Temperatur a$al efektif dipergunakan untuk menghitung kenaikan temperatur T*T #3T0. ALAT
Kalorimeter
# set
;abu erlenmeyer
+ buah
Termometer
# buah
# buah
BAHAN
5a7 0,/ M
""77 0,/ M
5a+"7
5a+"7.#0+7
"u7-./+7
+7+ 0,=
Al+7- 0,04 M
"u(5 )-+−
g7- 0,+/ M
5-7./+7
5a7 0,/ 5
Mn7 +
KMn7- 0,# 5
"u7- 0,0/ M
CARA KERJA
#.
%elupkan termometer ke dalam %airan (larutan) yang dituangkan kedalam kalorimeter dan ba%a pada menit pertama . Kemudian %elupkan termometer ke dalam %airan (larutan ) lainnya dan ba%a pada menit kedua . +. elanjutnya %elupkan dan ba%a temperatur %airan ( larutan silih berganti. Dengan demikian diperoleh pemba%aan temperatur kalorimeter pada menit ke#, ke3, ke3/, ke3 2dan ke3>, sedang pada %airan lainnya diperoleh temperatur pada menit ke3+, ke3-, ke31, ke34 dan ke 3#0 . 'ada menit ke3## pen%ampuran dilakukan ( jangan lupa dilakukan pengadukan) dan pemba%aan temperatur dilakukan sampai sekurang, kurangya #/ menit .
Temper atur akhir dan kedua temperatur a$al diperoleh dengan ekstrapolasi linear saat pen%ampuran menit ke ##, dalam %ontoh ini , lihat gambar. ika salah satu pereaksi padatan, hendaknya
3
dilakukan diluar kalorimeter sebelum pen%ampuran dan pengamatan temperaturnya %ukup sekali. TAMBAHAN
#. 'enetuan Kalor netralisasi Masukkan +00 m; larutan asam 0,0/ 5 ke dalam kalorimeter, %ampurkan kedalamnya +00 m; larutan basa 0,0/ 5. Tentukan kalor netralisasi per mol asam. +. 'enentuan kalor pelarutan Timbang #/ gram kristal yang telah digerus agak halus dengan teliti. Tuangkan +/0 m; air yang telah dipanaskan hingga -0?" ke dalam kalorimeter ( sebaiknya baian dalam kalorimeter dipanaskan terlebih dahulu dengan air hangat yang ditambahakan sedit demi sedikit. Kemudian kristal tadi dimasukkan ke dalam kalorimeter sambil diaduk dan ditentukan temperatur akhirnya. ika pada akhir per%obaan terdapat :at padat yang tidak larut, ambil :at tersebut, larutkan dalam air dan tentukan kadarnya dengan titrasi. Tentukan kalor pelarutan per mol . 'enentuan Kalor 'embentukan Kalor pembentukan kompleks Masukkan +00 m; larutan 5 -7 0,0/ M ke dalam kalorimeter dan %ampurkan ke dalamnya +00 m; suatu garam yang dapat membentuk kompleks dengan 5 -7 yang konsentrasinya sama dengan basa terbut.Tentukan kalor pembentukan kompleks berdasarkan reaksi yang terjadi Kalor pembentukan endapan Masukkan +00 m; larutan 5a7 0,0/ 5 kedalam kalorimeter dan %ampurkan kedalamnya +00 m; larutan suatu garam yang hidroksidanya tidak larut. Konsentrasi ini tergantung dari larutan basa yang digunakan. Dari kalor yang dilepaskan tentukan kalor pembentukan molar dari endapan tadi. 3 'entuan kalor peruarian Masukkan +/0 m; larutan ke dalam kalorimeter. Masukkan ke dalamnya + gram bubuk katalisator. Dengan mengabaikan kalor jenis katalisator hitung kalor peruraian per mol. TU!A" #. Tentukan nilai akhir kalorimeter menurut %ara yang ditetapkan asisten +. ;akukan penentuan kalor dari reaksi yang ditetapkan asisten . ;akukan perhitungan selengkap3lengkapnya. itung Kalor reaksi pada temperatur a$al efektif. itung kalor reaksi pada temperatur akhir. Kalor jenis (kapasitas kalor) larutan pada berbagai konsentrasi dapat diperoleh di literatur atau se%ara transpolasi dari data literatur. #ERTAN$AAN
#. Apakah dasar perhitungan3perhitungan termokimia@ +. Apakah yang dimaksud dengan entalpi sistem . 'erlihatkan bah$a dalam proses isobar kalor yang diserap sistem sama dengan perubahan entalpi sistem -. 'erlihatkan dalam proses isobar dan adiabatik penambahan entalpi adalah nol 4
/. Apakah yang dimaksud kalor pelarutan integral, kalor pelarutan diferensial, kalor pembentukan dan kalor pembakaran@ 1. Mengapa koreksi temperatur akhir dengan ekstrapolasi ke saat pen%ampuran hanya dapat dilakukan pada reaksi yang %ukup %epat@ 2. Mengapa nilai akhir kalorimeter tergantung pada 6olume yang dipakai@ 4. !agaimana efek konsentrasi asam terhadap harga kalor penentralan asam lemah@ >. 'erlihatkan bah$a temperatur a$al efektif ialah rata3rata kapasitas kalor kesemua temperatur a$al #U"TAKA
#. Daniels, #>20, Experimental Physical Chemistry, ed. 2 +. /1, Elements of Physical Chemistry, %etakan ke #. Atkins, '.&., #>>/, Physical Chemistry, /th edition
5
