LAPORAN PRAKTIKUM KI1101 KIMIA DASAR IA MODUL III TERMOKIMIA
Nama: Indah Nurina Fitri Hapsari NIM: 16010275 Nama asisten: Nina Amelia (13008053)
Tanggal percobaan: 25 Oktober 2010 Tanggal pengumpulan: 1 November 2010
LABORATORIUM KIMIA DASAR PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2010
I Tujuan Percobaan 1. Menentukan tetapan kalorimeter (k) melalui perbedaan kalor yang diserap dan diterima
oleh air saat pencampuran air dengan temperatur berbeda. 2. Menentukan kalor reaksi Zn(s) + CuSO4 (aq)
3. Menentukan kalor pelarutan etanol dalam air 4. Menentukan kalor penetralan NH 4 dah HCl 5. Menentukan kalor penetralan NaOH dan CH 3COOH
II Teori Dasar Termokimia adalah bagian dari termodinamika yang mempelajari perpindahan dan perubahan energi pada suatu reaksi. Hukum termodinamika I menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan tetapi dapat berubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain. Begitu juga dalam sebuah reaksi kimia, sesuai dengan hukum termodinamika perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.
Reaksi kimia meliputi pelepasan dan penggabungan ikatan kimia. Pada hampir semua reaksi, ketika ikatan terbentuk, energi kimia sistem akan berkurang. Ibarat dua buah benda yang saling tarik menarik, kemudian didekatkan, maka potensial energinya akan berkurang. Dalam reaksi kimia, potensial energi disebut dengan energi kimia. Saat terjadi pembentukan ikatan, sebagian energi kimia berubah menjadi energi kinetik. Energi kinetik menyebabkan temperatur meningkat. Jika reaksi terjadi pada sistem yang tidak terisolasi, maka panas akan dilepas ke lingkungan. Reaksi yang melepaskan panas ke lingkungan disebut reaksi eksotermik .
Reactant
Product + heat
Sebaliknya, reaksi pelepasan ikatan membutuhkan energi untuk memisahkan ikatan yang saling tarik menarik. Reaksi yang membutuhkan energi disebut reaksi endotermik . Jika reaksi terjadi pada sistem yang tidak terisolasi, maka temperatur lingkungan akan menurun seiring dengan mengalirnya panas ke sistem. Reactant + energy
Product
Kuat lemahnya sebuah ikatan dapat ditentukan melalui banyaknya energi yang dibutuhkan untuk melepas ikatan tersebut.
Jumlah panas yang dilepas atau yang diserap dalam sebuah reaksi kimia disebut panas reaksi. Panas reaksi dapat diukur melalui perubahan temperatur, yang dapat diukur
menggunakan alat yang disebut kalorimeter. Kalorimeter biasa digunakan apabila pada saat reaksi volume atau tekanan dalam keadaan konstan. Reaksi pada volume konstan dapat dilakukan dalam container tertutup yang rigid. Sedangkan reaksi dengan tekanan konstan dapat diperoleh pada reaksi dalam container terbuka. Pada umumnya, pada sebuah reaksi terjadi pertukaran panas antara kalorimeter dan isinya., sehingga kita perlu menentukan kalor yang diserap oleh kalorimeter. Jumlah kalor yang diserap oleh kalorimeter untuk menaikkan temperaturnya sebesar 1 derajat disebut sebagai tetapan kalorimeter. Salah satu cara untuk menentukan tetapan kalorimeter adalah mencampurkan sejumlah air dingin (massa m 1, suhu T1) dengan sejumlah air hangat (massa m2, suhu T 2) di dalam kalorimeter yang akan ditentukan tetapannya. Perbedaan temperatur air yang dicampurkan harus diatur agar tidak lebih dari 10 derajat. Jika kalorimeter tidak menyerap kalor dari campuran ini, kalor yang diberikan air panas harus sama dengan kalor yang diserap air dingin. Tetapi, apabila terdapat perbedaan antara kalor yang diserap air dingin dan dilepaskan oleh air panas, maka perbedaan kalor itulah yang diserap oleh kalorimeter. Harga tetapan kalorimeter diperoleh dengan membagi jumlah kalor yang diserap kalorimeter dengan perubahan temperatur pada kalorimeter.
III Cara Kerja Percobaan I Penentuan tetapan kalorimeter
Sebanyak 25 cm3 air dimasukkan ke dalam kalorimeter. Kemudian temperatur dicatat. 25 cm3 air yang lain dipanaskan di gelas kimia menggunakan bunsen burner hingga ±10° di atas temperatur kamar. Setelah itu, air yang telah dipanaskan dimasukkan ke dalam kalorimeter dan diaduk. Kalorimeter ditutup rapat. Temperatur dicatat selama 10 menit selang satu menit. Hasil dinyatakan dalam grafik selang waktu Vs temperatur.
Percobaan II Penentuan kalor reaksi Zn (s) + CuSO4 (aq)
Sebanyak 50 cm3 larutan 1M CuSO4 dimasukkan ke dalam kalorimeter. Kemudian, temperatur dicatat selama 2 menit selang waktu ½ menit. Bubuk Zn ditimbang hingga 3-3,10 gram dan dimasukkan ke dalam kalorimeter. Temperatur dicatat selama 10 menit selang 1 menit setelah pencampuran. Hasil dinyatakan dalam grafik selang waktu Vs temperatur.
Percobaan III Penentuan kalor pelarutan etanol dalam air
Sebanyak 18 cm3 air dimasukkan ke dalam kalorimeter menggunakan buret. Temperatur air dalam kalorimeter dicatat selama 2 menit selang ½ menit. 29 cm3 etanol dimasukkan ke dalam buret lain dan dicatat temperaturnya. Etanol dimasukkan ke dalam kalorimeter dan dikocok. Temperatur dicatat selama 4 menit dengan selang waktu ½ menit. Hasil dinyatakan dalam grafik selang waktu Vs temperatur. Percobaan dilakukan dengan berbagai perbandingan volum. Volume (cm3) No
Mol air/mol
Air
Etanol
1.
18,0
29,0
2
2.
27,0
19,3
5
3.
36,0
14,5
8
4.
36,0
11,6
10
5.
36,0
5,8
20
6.
45,0
4,8
30
etanol
Percobaan IV Penentuan kalor penetralan HCl dan NaOH
Sebanyak 25cm3 HCl 2 M dimasukkan ke dalam kalorimeter. Kedudukan temperatur dicatat. 25 cm3 NaOH 2,05 M diatur agar bertemperatur sama dengan HCl. Kemudian NaOH dituang ke dalam kalorimeter. Campuran dikocok dan temperatur campuran dicatat selama 5 menit selang 2 menit. Hasil dibuat dalam bentuk grafik temperatur Vs selang waktu.
Percobaan V Penentuan kalor penetralan HCl dan NH4OH
Sebanyak 25cm3 HCl 2 M dimasukkan ke dalam kalorimeter. Kedudukan temperatur dicatat. 25 cm3 NH4OH 2,05 M diatur agar bertemperatur sama dengan HCl. Kemudian NH4OH dituang ke dalam kalorimeter. Campuran dikocok dan temperatur campuran dicatat selama 5 menit selang 2 menit. Hasil dibuat dalam bentuk grafik temperatur Vs selang waktu.
Percobaan VI Penentuan kalor penetralan NaOH dan CH3COOH
Sebanyak 25cm3 CH3COOH 2 M dimasukkan ke dalam kalorimeter. Kedudukan temperatur dicatat. 25 cm3 NaOH 2,05 M diatur agar bertemperatur sama dengan CH 3COOH. Kemudian NaOH dituang ke dalam kalorimeter. Campuran dikocok dan temperatur campuran dicatat selama 5 menit selang 2 menit. Hasil dibuat dalam bentuk grafik temperatur Vs selang waktu.
IV Hasil dan Perhitungan Percobaan I Penentuan tetapan kalorimeter
Volume air dingin = Volume air hangat = 25cm 3 Massa jenis air = 1 g/cm 3 Massa air dingin = Massa air hangat = ρ x V = 1 g/cm 3 x 25cm3= 25 g Temperatur air dingin
: 27℃
Temperatur air hangat
: 42℃
Tabel temperatur campuran selama 10 menit selang 1 menit Waktu (menit) Temperatur
1 32,5 ℃
2 32℃
3
4
5
6
7
8
9
10
32
32
32
32
32
32
32
32
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
Yintercept (x=0)= -0.0273x + 32.2 = 32.2 Temperatur campuran (pada t=0) = 32,2℃ Perhitungan: a. Kalor yang diserap air dingin Q1= mair x cair x ∆T2 = 25g x 4,2 J/gK x (32,2 ℃ - 27℃) = 546 Joule b. Kalor yang dilepas air panas Q2= mair x cair x ∆T2 = 25g x 4,2 J/gK x (42 ℃ - 32,2℃)= 1029 Joule c. Kalor yang diterima kalorimeter Q3= Q2 - Q1 = 1029 Joule – 546 Joule = 483 Joule
d. Tetapan kalorimeter k= Q3∆T2 = 483 joule5.2 K = 92.9 J/K
Percobaan II Penentuan kalor reaksi Zn(s) + CuSO4 (aq)
Volume ZnSO 4= 50 cm3
Tetapan Kalorimeter= 84 J/K
cZnSO4= 3,52 J/gK
Massa jenis ZnSO 4= 1,14 g/cm3
Maka, massa ZnSO 4= ρ x V = 50 cm3 x 1,14 g/cm 3= 57g
Temperatur awal larutan CuSO4= 27℃
Tabel temperatur Zn(s) + CuSO4 (aq) selama 10 menit selang 1 menit Waktu (menit)
1
2
Temperatur
32℃
32℃
3
4
5
6
7
8
9
10
32
33
35
35
35
35
36
36
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
Grafik temperatur Zn(s) + CuSO4 (aq) selama 10 menit selang 1 menit
Yintercept(x=0) = 0.5152x + 31.267= 31,27
Perhitungan a. Kalor yang diserap larutan Q4= mZnSO4 x cZnSO4 x ∆T4 = 57g x 3,52 J/gK x (31,27ºC-27 ℃)=856,7 Joule b. Kalor yang diserap kalorimeter Q5= K x ∆T4 = 84 J/K x 4,27K =358,68 Joule c. Kalor reaksi Q6 = Q5+ Q4 = 856,7 Joule + 358,68 Joule =1215,38 Joule d. Entalpi reaksi ΔHr = - Q60,04 mol = - 1215,38 Joule0,04 mol = - 30384,5 J/mol
Percobaan III Penentuan kalor pelarutan dalam air ρalkohol = 0,793 g/cm 3
ρair = 1 g/cm3 cetanol = 1,92 J/gK
Temperatur awal air
cair = 4,2 J/gK
Temperatur awal etanol
Perhitungan:
a. Kalor yang diserap air (Q 7)= mair x cair x ΔT b. Kalor yang diserap etanol (Q8) = metanol x cetanol x ΔT
Vair (cm3)
18
27
36
3
3
6 6 Waktu (menit) 0.5 2 1.02 Tawal (0C) 26 26 26 Vair (cm3) Vetanol (cm3 6 6
18 27 36 36 36 45
Vetanol (cm3)
45 1. 26 5
2.0
2. 3.0 Tawal (0C) 5
2
14.
19.3
9 2 3.5
5
4.0 metanol= 25 25
5
11.6 T Awal 25
5.8
4.8
TAkhir 25
∆T 25
mol air/mo
ρxv
)
l
29 19.3 14.5 11.6 5.8 4.8
etanol 2 5 8 10 20 30
31 32 32 31 29 28
31 32 32 31 29 28
31 31 32 31 29 28
31 31 32 31 29 28
31 31 31 31 29 28
31 31 31 31 29 28
30 31 31 31 29 28
30 31 31 31 29 28
23 15.3 11.5 9.2 4.6 3.8
c. Kalor yang diserap kalorimeter (Q9) = k x ΔT d. Kalor yang dihasilkan larutan(Q10) = (Q7) + (Q8) + (Q9) e. Entalpi pelarutan (ΔH) = Q10vol etanol58
Q7
Q8
Q9
Q10
446.0 4 714.4 2 892.0 8
260.54 4 185.06 88 130.27 2
309.7 5 330.7 5 309.7 5
1016.3 34 1230.2 39 1332.1 02
Vol etanol/ 58 0.5 0.3327 59 0.25
ΔH
2032.66 8 3697.09 07 5328.40 8
25.5 25.5 25.5 25.5 25.5 25.5
31.4 31.8 31.4 31 29 28
5.9 6.3 5.9 5.5 3.5 2.5
831.6
97.152
529.2
30.912
472.5
18.24
288.7 5 183.7 5 131.2 5
1217.5 02 743.86 2 621.99
0.2
6087.51
0.1
7438.62
0.0827 59
7515.71 25
Grafik ΔH pelarutan terhadap mol air/mol etanol
Maka kalor pengenceran tak hingga= 7600 J/mol
Percobaan IV Penentuan kalor penetralan HCl dan NaOH
k = 92.9 J/K Volume HCl = Volume NaOH= 25 cm 3 ρlarutan = 1,03 g/cm 3 clarutan = 3,96 J/gK
Massa larutan = Vtotal x ρlarutan = 1,03 g/cm3x 50 cm 3= 51,5 g Tawal HCl
= 26,8 ºC
Tawal NaOH = 26,8 ºC Temperatur larutan HCl + NaOH Waktu (detik) Temperatur (ºC)
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
35
35
35
35
34
34
34
34
34
34
Yintercept(x=0) = -0.2909x + 35.2 = 35,2
Reaksi n HCl = M x v = 2 x 25x10 -3 = 0,05 n NaOH = Mx V= 2,05 x 25 x 10 -3 = 0,05125
NaOH(aq) +
HCl(aq)
M
0,05
0,05125
B
0,05
0,05
0,05
0,05
S
0
0,00125
0,05
0,05
Perhitungan: a. Kalor yang diserap larutan (Q 11)
NaCl + -
H2O -
Q11= mlar x clar x ΔT = 51,5 g x 3,96 J/gK x (35,2 ºC -26,8ºC) = 1713,096 J b. Kalor yang diserap kalorimeter (Q 12)
Q12= k x ΔT = 92.9 J/K x (35,2 ºC -26,8ºC) = 295,68 J c. Kalor reaksi (Q13)
Q13 = Q11 + Q12 = 2008,776 J d. Kalor penetralan ΔHn= -Q13mol NaCl = -2008,7760,05 = - 40175,52 J/mol
Percobaan V Penentuan kalor penetralan HCl dan NH4OH
k = 92.9 J/K Volume HCl = Volume NH4OH= 25 cm3 ρlarutan = 1,015 g/cm3 clarutan = 3,96 J/gK
Massa larutan = Vtotal x ρlarutan = 1,015 g/cm3x 50 cm3= 50,75 g Tawal HCl
= 27 ºC
Tawal NaOH = 27 ºC Temperatur larutan HCl + NH 4OH Waktu (detik)
Temperatur (ºC)
30
60
90
120
37
37
37
37
150 36. 5
180
210
240
270
300
36
36
36
36
36
Yintercept(x=0) = -0.297x + 37.267= 37,267 Reaksi n HCl = M x v = 2 x 25x10 -3 = 0,05 n NH4OH = Mx V= 2,05 x 25 x 10 -3 = 0,05125 NH4OH(aq) +
HCl(aq)
M
0,05
0,05125
B
0,05
S
0
NH4Cl
+
H2O
-
-
0,05
0,05
0,05
0,00125
0,05
0,05
Perhitungan: a. Kalor yang diserap larutan (Q 14)
Q14= mlar x clar x ΔT = 50,75 g x 3,96 J/gK x (37,267 ºC -27ºC) = 2063,36 J b. Kalor yang diserap kalorimeter (Q 15)
Q15= k x ΔT = 92.9 J/K x (37,267 ºC -27ºC) = 953,8 J c. Kalor reaksi (Q16)
Q16 = Q14 + Q15 = 3017,1643 J d. Kalor penetralan ΔHn= -Q16mol NH4Cl = -3017,16430,05 = - 60343,3 J/mol
Percobaan V Penentuan kalor penetralan CH3COOH dan NaOH
k = 84 J/K Volume CH3COOH = Volume NaOH= 25 cm 3 ρlarutan = 1,098 g/cm3 clarutan = 4,02 J/gK
Massa larutan = Vtotal x ρlarutan = 1,098 g/cm3x 50 cm3= 54,9 g Tawal CH3COOH = 26 ºC Tawal NaOH = 26 ºC Temperatur larutan HCl + NaOH Waktu (detik) Temperatur (ºC)
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
33
33
33
33
33
33
33
32
32
32
Yintercept(x=0) = -0.2545x + 33.4=33,4 Reaksi n CH3COOH = M x v = 2 x 25x10 -3 = 0,05 n NaOH = Mx V= 2,05 x 25 x 10 -3 = 0,05125 NaOH(aq) + CH3COOH (aq) M
0,05
0,05125
B
0,05
S
0
CH3COONa +
H 2O
-
-
0,05
0,05
0,05
0,00125
0,05
0,05
Perhitungan: a. Kalor yang diserap larutan (Q 17)
Q17= mlar x clar x ΔT = 54,9 g x 4,02 J/gK x (33,4 ºC -26ºC) = 1633,1652 J
b. Kalor yang diserap kalorimeter (Q 18)
Q18= k x ΔT = 84 J/K x (33,4 ºC -26ºC) = 621,6J c. Kalor reaksi (Q19)
Q19 = Q18 + Q17 = 2254,77 J d. Kalor penetralan
ΔHn=- Q19mol NH4Cl = -2254,77 0,05 = - 45095,304 J/mol
V Pembahasan
Sesuai dengan hukum termodinamika, kalor yang diserap sama dengan kalor yang dilepas. Dalam percobaan pertama, sesuai perhitungan, kalor yang diserap air dingin adalah 546 Joule sedangkan kalor yang dilepas oleh air panas adalah 1029 Joule. Terdapat perbedaan antara kalor yang dilepas dan diterima. Maka dapat dikatakan sebagian kalor yang dilepas air panas ditangkap oleh kalorimeter. Perbedaan antara kalor yang diterima oleh air dingin dan kalor yang dilepas air panas merupakan kalor yang diserap kalorimeter. Maka, kalor yang diserap kalorimeter adalah 1029 Joule - 546 Joule = 483 Joule. Tetapan kalorimeter adalah Banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu kalorimeter sebesar 1 derajat. 483 Joule adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan kalorimeter untuk menaikkan suhu sebesar ΔT. T
akhir
diperoleh melalui regresi linear dari data suhu dalam selang waktu tertentu. X-axis pada persamaan yang telah diperoleh melalui regresi linear diisi dengan 0 untuk mengetahu nilai suhu tepat saat pencampuran terjadi. Kemudian ΔT = T awal-T akhir . T awal merupakan suhu mula-mula air dingin karena sepertihalnya kalorimeter, air dingin menyerap kalor. Maka tetapan kalorimeternya adalah 483 Joule / 5,2 K=92,9 J/K. Pada percobaan kedua, Suhu mula-mula CuSO 4 adalah 27ºC. Kemudian setelah padatan Zn dicampurkan ke dalam CuSO 4, suhu meningkat. Maka dapat dikatakan bahwa reaksi merupakan reaksi eksoterm yaitu reaksi yang melepas energi. Energi yang dilepas itulah yang menyebabkan kenaikan suhu. Kalor reaksi dari reaksi tersebut adalah jumlah dari kalor yang diserap kalorimeter ditambah jumlah kalor CuSO 4. Maka jumlah kalor reaksi = (m ZnSO4 x cZnSO4 x ∆T4) + ( k x ∆T4). T akhir diperoleh melalui regresi linear dari data suhu dalam selang waktu
tertentu. X-axis pada persamaan yang telah diperoleh melalui regresi linear diisi dengan 0 untuk mengetahu nilai suhu tepat saat pencampuran terjadi. Kemudian ΔT = T awal-T akhir . T awal. Maka kalor reaksi yang didapat adalah 1215,38. ΔH reaksi = - Qn = - 30384,5 J/mol (negatif menunjukkan bahwa reaksi merupakan reaksi eksoterm). Pada percobaan 4,5, dan 6 terjdi pencampuran asam dan basa, sehingga terbentuk garam. Reaksi tersebut disebut reaksi netralisasi, sehinga entalpinya disebut ΔH neutralization / ΔHn. Sesuai dengan hasil percobaan, terjadi kenaikan suhu, yang berarti bahwa ketiga reaksi tersebut termasuk reaksi eksoterm (kenaikan suhu diakibatkan karena reaksi melepas energi), maka ΔH bernilai negatif. ΔHn adalah jumlah kalor reaksi dibagi dengan mol garam yang terbentuk. Sedangkan kalor reaksinya adalah total kalor yang terlibat dalam reaksi, yaitu jumlah kalor larutan ditambah jumlah kalor yang diserap kalorimeter. Maka:
ΔHn
= Qtotal / ngaram = (Qkalorimeter + Qlarutan )/ n garam = [ (k x ΔT) + (m lar x clar x ΔT)] / n garam
VI Simpulan
1. Tetapan Kalorimeter = 92.9 J/K 2. Kalor reaksi Zn(s)+ CuSO4 = ΔHr = - 30384,5 J/mol 3. Entalpi pengenceran etanol tak hingga = ΔH pengenceran = 7600 J/mol
4. Entalpi penetralan HCl dan NaOH = ΔHn = - 40175,52 J/mol 5. Entalpi penetralan HCl dan NH 4OH = ΔHn = - 60343,3 J/mol 6. Entalpi penetralan CH3COOH dan NaOH = ΔHn = - 45095,304 J/mol
VII Daftar Pustaka Achmad, Hiskia, Tupamahu. 2001. Stoikiometri Energetika Kimia. Bandung: PT Citra Aditya Bakti. Brady, James E. 1999. Kimia Universitas Asas dan Struktur . Jilid kesatu. Jakarta: Binarupa Aksara.
