LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA III PENENTUAN PANAS PELARUTAN
OLEH: NAMA
: ADE AYU WULAN SUCI
NIM
: 1008105034
KEL/GEL : 3/1
LABORATORIUM KIMIA FISIKA JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2012
PENENTUAN PANAS PELARUTAN
I.
Tujuan Percobaan
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah untuk mempelajari, bahwa: a. Setiap reaksi kimia selalu disertai dengan perubahan energi b. Perubahan kalor dapat diukur atau dipelajari dengan percobaan yang sederhana c. Menentukan tetapan kalorimeter d. menentukan kalor penetralan HCl dan NaOH
II.
Dasar Teori
Kajian tentang kalor yang dihasilkan atau dibutuhkan oleh reaksi kimia disebut termokimia. Termokimia merupakan cabang dari termodinamika karena tabung reaksi dan isinya membentuk sistem. Jadi kita dapat mengukur (secara langsung dengan cara mengukur kerja atau kenaikan temperatur) energi yang dihasilkan oleh reaksi sebagai kalor dan dikenal sebagai Joule. Berganti dengan kondisinya, apakah dengan perubahan energi dalam atau perubahan entalpi. Sebaliknya jika tahu ΔC atau ΔH ΔH suatu reaksi kita dapat meramalkan jumlah energi yang dihasilkannya sebagai kalor. Sebagian besar reaksi kimia yang terjadi,disertai dengan penyerapan atau perubahan energi. Energi merupakan kemampuan untuk melakukan kerja. Ketika sistem bekerja / melepaskan kalor, kemampuan untuk melakukan kerja berkurang dengan kata lain energinya berkurang. Termokimia berkaitan dengan fungsi energi dalam (U), entalpi (H), entropi (S) serta energi bebas Gibbs (G). Dasar termokimia adalah Hukum Termodinamika yaitu: 1. Hukum Pertama Termodinamika Hukum pertama termodinamika merupakan uraian baru dari hukum kekekalan energi. Dalam hukum ini dinyatakan bahwa ”bila suatu sistem mengalami serangkaian perubahan yang akhirnya membawa sistem kembali ke keadaan awalnya maka maka beda perubahan energinya adalah nol”.
2. Hukum Kedua Termodinamika Dalam hukum kedua termodinamika ini terlihat adanya hubungan antara entropi dan spontanitas suatu reaksi. Hukum ini menyatakan bahwa ”Entropi alam semesta bertambah dalam suatu perubahan spontan dan tetap dalam suatu proses kesetimbangan” 3. Hukum Ketiga Termodinamika Hukum ini menyatakan bahwa ”Entropi suatu kristal sempurna adalah nol pada temperatur absolut”. Jadi, entropi berhubungan dengan ketidakteraturan molekul dalam sistem.
Entalpi (H) merupakan kalor reaksi pada sistem isobar (tekanan tetap), yang menyatakan banyaknya energi yang tersimpan dalam suatu zat atau sistem. Adapun jenis-jenis jenis-jenis entalpi reaksi reaksi diantaranya diantaranya adalah: adalah: 0
1. Entalpi pembentukan standar (ΔHf ) yaitu jumlah kalor yang terlibat untuk membentuk satu mol suatu zat dari unsur- unsurnya dalam keadaan standar. H2 (g) + ½ O2 (g)
ΔHf = -285,85 kJ/mol
H2O(l) 0
2. Perubahan entalpi penguraian standar (ΔHd ) yaitu jumlah kalor yang terlibat untuk menguraikan satu mol suatu zat menjadi unsurnya dalam keadaan standar. NaCl (s)
Na (s) + ½ Cl (g)
ΔHd = + 411 kJ/mol
0
3. Entalpi pembakaran standar (ΔHC ) yaitu jumlah kalor yang terlibat untuk pembakaran (mereaksikan gas O 2) satu mol zat dalam keadaan standar. C (s)
+
O2 (g)
CO2 (g)
ΔHC = -393,52 kJ/mol
0
4. Entalpi pelarutan standar (ΔHS ) yaitu jumlah kalor yang terlibat untuk melarutkan satu mol zat dalam keadaan standar. H2O (l)
H2O (g)
ΔHS = + 44,01 44,01 kJ/mol
5. Entalpi netralisasi yaitu jumlah kalor yang terlibat ketika satu mol air terbentuk akibat reaksi netralisasi asam dan basa. HCN (aq) + KOH (aq)
KCN (aq) + H2O (l)
ΔH = -12 kJ/mol
6. Entalpi pengenceran yaitu jumlah kalor yang terlibat ketika suatu zat atau larutan diencerkan dalam konsentrasi tertentu. HCl (g) + H2O (l)
HCl (aq)
ΔH = -72,4 kJ/mol
Untuk mengukur perubahan energi dalam reaksi kimia (umumnya dalam bentuk kalor) biasanya digunakan alat kalorimeter. Dalam percobaan penentuan panas pelarutan ini juga dipergunakan alat kalorimeter. Kalorimeter yaitu suatu tabung yang dibuat sedemikian rupa sehingga tidak ada pertukaran atau perpindahan kalor dengan sekeliling, atau walaupun ada pertukaran kalor harus sekecil mungkin sehingga dapat diabaikan. Dalam penggunaan kalorimeter berlaku bahwa kalor (Q) yang dilepas sama dengan kalor (Q) yang diterima. Besarnya kalor yang dilepas atau diterima ditentukan dengan persamaan berikut: Q = m . s . ∆T
(1)
Dimana: Q
= jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan (J) (J )
m
= massa sampel (g)
s
= kalor jenis (J/g C)
∆T
= perubahan temperatur ( C)
0
0
Jumlah kalor yang diserap oleh kalorimeter untuk menaikkan temperaturnya sebesar satu derajat disebut tetapan kalorimeter. Tetapan kalorimeter dapat ditentukan dengan melakukan percobaan sederhana yaitu dengan mencampurkan sejumlah air panas dengan sejumlah air dingin sehingga akan terjadi penyerapan kalor oleh kalorimeter sebesar selisih dari kalor yang dilepaskan air panas dikurangi kalor yang diserap oleh air dingin. Harga tetapan kalorimeter didapat dengan membagi jumlah kalor yang diserap kalorimeter dengan perubahan temperaturnya. Dua buah sistem yang mempunyai kalor yang berbeda, maka apabila kedua sistem dalam keadaan berkontakan satu sama lain akan membentuk keadaan setimbang, sehingga kedua sistem mempunyai kalor yang sama. Perpindahan kalor
tersebut akan berlangsung terus hingga kedua sistem memiliki suhu yang sama. Kalor jenis (s) merupakan banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan temperatur 1 gram zat sebesar satu derajat Celsius. Sedangkan kapasitas kalor (C) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan temperatur sejumlah tertentu zat sebesar satu derajat Celsius. Larutan memiliki entropi yang lebih besar dari pada zat terlarut dan pelarut murninya. Suatu zat dengan panas pelarut positif hanya akan terlarut jika kenaikan entropi pada saat pelarutan cukup tinggi. Pengaruh suhu pada kelarutan zat padatan lebih mudah larut pada temperatur tinggi. Kelarutan gas dalam air berkurang dengan naiknya temperatur. Kelarutan akan semakin besar dengan bertambahnya tekanan.
III.
Alat dan Bahan Alat:
-
Kalorimeter, pengaduk dan bahan isolasi
-
Termometer
-
Gelas ukur
-
Beaker glass
-
Pemanas
-
stopwatch
Bahan:
IV.
-
aquades
-
NaOH 2M
-
HCl 2M
Prosedur Kerja
Penentuan Tetapan Kalorimeter: 3
1. 20 cm air dimasukkan ke dalam kalorimeter dengan buret, lalu temperaturnya dicatat. 3 0 2. 20 cm air dipanaskan dalam gelas kimia sampai ± 10 diatas temperatur kamar kemudian temperaturnya dicatat.
3. Air panas tersebut dicampurkan kedalam kalorimeter, diaduk atau dikocok kemudian temperaturnya diamati selama 10 menit dengan selang 1 menit setelah pencampuran. 4. Kurva pengamatan temperatur vs selang waktu dibuat untuk menentukan harga penurunan air panas dan penaikan temperatur air dingin. Penentuan Kalor Penetralan HCl dan NaOH: 3
1. 20 cm HCl 2 M dimasukkan kedalam kalorimeter. 2. Temperatur larutan HCl diukur dengan termometer 3. Sebanyak 20 cm
3
NaOH 2 M diukur dan temperaturnya dicatat (diatur
sedemikian rupa sehingga temperaturnya sama dengan temperatur HCl). 4. Basa ini dicampurkan kedalam kalorimeter dan temperatur campuran dicatat selama 5 menit dengan selang waktu ½ menit. 5. Grafik dibuat untuk memperoleh perubahan temperatur akibat reaksi ini. 6. Kalor penetralan dihitung, jika kerapatan kelarutan 1,03 g cm
-3
dan kalor
jenisnya jenisnya sebesar 3,96 3,96 J/g K.
V.
Hasil Pengamatan a. Penentuan Tetapan Kalorimeter 0
T air dingin
= 30 C
T air panas
= 40 C
V air dingin
= 20 cm
V air panas
= 20 cm
0
3 3
Setelah pencampuran: t (menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Temperatur Temperatur ( C)
40
35
35
35
34
34
33
33
33
33
b. Penentuan Kalor Penetralan HCl dan NaOH 0
T HCl
=
30 C
V HCl
=
M HCl
=
0
T NaOH
=
30 C
20 cm
V NaOH
=
20 cm
2M
M NaOH
=
2M
3
3
Setelah pencampuran :
VI.
t (menit)
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Temperatur Temperatur ( C)
40
40
40
39
39
39
39
39
38
38
Pengolahan Data Penentuan Tetapan Kalorimeter
Diketahui : V air dingin
= 20 cm
3
V air panas
= 20 cm
3
ρ air
= 1 g/ cm
kalor jenis (s) air
= 4,2 J/g K
Ditanya
3
= ……. ?
: q1, q2, q3, dan k
Jawab: = ρ air x V air dingin
m air dingin
3
3
= 1 g/ cm x 20 cm = 20 g
= ρ air x V air panas
m air panas
3
3
= 1 g/ cm x 20 cm = 20 g
Untuk air dingin:
∆T
0
T1
= 30 C
T2
= 33 C
0
= T2 – T – T1 0
0
= 33 C – 30 – 30 C 0
= 3 C (adanya kenaikan temperatur)
0
Untuk air panas:
T 1 = 40 C 0
T2 = 33 C ∆T
= T2 – T – T1 0
0
= 33 C – 40 – 40 C 0
= -7 C (adanya penurunan temperatur)
1.
Kalor yang diserap air dingin (q 1) q1
= massa air dingin x kalor jenis air x kenaikan temperatur = m air dingin x sair x ∆T = 20 g x 4,2 J/g K x (3) K = 252 J
2. Kalor yang yang diberikan air panas (q 2) q2
= massa air panas x kalor jenis air x kenaikan temperatur = m air panas x sair x ∆T = 20 g x 4,2 J/g K x (7) K = 588 J
3. Kalor yang diterima kalorimeter (q 3) q3 = q2 - q1 = 588 J – 252 – 252 J = 336 J 4. Tetapan Kalorimeter (k) k
= =
q3 T
336
J
3 K
= 112 J/K
Penentuan Kalor Penetralan HCl dan NaOH
Diketahui :
3
ρlarutan = 1,03 g/ cm -1
-1
slarutan = 3,96 Jg K 0
T1
= 40 C
T2
= 38 C
0
[NaOH]
= 2M
[HCl]
= 2M
V NaOH
= 20 cm
3
= 20 mL
3
V HCl
= 20 mL
q11, q12, q13, dan ∆Hn = ……. ?
Ditanya : Jawab
= 20 cm
:
mmol NaOH = 2 mmol/mL x 20 mL = 40 mmol
mmol HCl = 2 mmol/ mL x 20 mL = 40 mmol
NaOH
+
HCl
NaCl
+
H 2O
m:
40 mmol
40 mmol
-
b :
40 mmol
40 mmol
40 mmol
40 mmol
s :
-
40 mmol
40 mmol
-
Pada reaksi ini dihasilkan 40 mmol NaCl = 0,040 mol NaCl Volume total larutan m larutan
= 40 cm
= V total larutan x ρ larutan 3
= 40 cm x 1,03 g/ cm
3
= 41,2 gram 1. Kalor yang diserap (q 11) q11
= m larutan x s x ∆T3 -1
-1
-1
-1
= 41,2 g x 3,96 Jg K
x (38 – (38 – 40)K 40)K
= 41,2 g x 3,96 Jg K x (-2) K = -326,304 J 2. Kalor yang diserap kalorimeter (q 12) q12
= k x ∆T3 = 112 J/K x (-2) K = -224 J
3
-
3. Kalor yang dihasilkan oleh reaksi (q 13) q13
= q11 + q12 = (-326,304) J + (-224) J = -550,304 J
4. Kalor Penentralan Penentralan (∆Hn) H n
q 13
J / m ol
0 , 04 0
55 0 , 30 4
J / m ol
0 , 04 0
= -13757,6 J/mol = -13,7576 kJ/mol
VII.
Pembahasan
Pada percobaan Penentuan Panas Pelarutan kali ini bertujuan untuk menentukan tetapan kalorimeter dan menentukan kalor penetralan HCl dan NaOH. Adapun dalam percobaan ini dipergunakan alat kalorimeter untuk mengukur perubahan temperatur yang terjadi selama percobaan berlangsung. Adapun untuk menentukan tetapan kalorimeter ini dilakukan dengan mencampurkan air dingin dengan air panas ke dalam kalorimeter. Sebelum pencampuran, temperatur masing-masing zat diukur. Untuk temperatur air panas yang akan dicampurkan diatur sedemikian rupa sehingga perbedaan temperaturnya 0
0
sebesar ± 10 C dari temperatur kamar. Untuk temperatur air dingin sebesar 30 C 0
sedangkan untuk temperatur air panas sebesar 40 C. Setelah proses pencampuran air dingin dan air panas dilakukan maka temperatur campuran diukur selama 10 menit dengan selang waktu 1 menit. Pada awal pencampuran suhu yang tertera pada 0
0
0
thermometer adalah 40 C dan menurun menjadi 35 C kemudian 34 C dan konstan 0
pada suhu 33 C. Untuk air dingin terjadi kenaikan suhu sebesar 3 derajat dan untuk air panas terjadi penurunan suhu sebesar 7 derajat. Hal ini menunjukkan bahwa dalam proses pencampuran tersebut terjadi peristiwa pelepasan dan penyerapan kalor yaitu air panas melepaskan kalor dan
diserap oleh air dingin. Untuk lebih jelas tentang kenaikan temperatur air dingin dan penurunan temperatur air panas dapat dilihat pada kurva pencampuran air panasdingin dibawah ini.
Kurva Penentuan Tetapan Kalorimeter 45 40 35 30 u25 h u s
20 15 10 5 0 0
2
4
6
8
10
12
waktu (mnt)
Proses pelepasan dan penyerapan kalor yang terjadi dalam kalorimeter dapat dihitung. Adapun kalor yang dilepaskan oleh air panas sebesar 588 J sedangkan kalor yang diserap oleh air dingin sebesar 252 J. Dari kedua nilai kalor tersebut dapat diketahui besarnya kalor yang diterima oleh kalorimeter yaitu sebesar 336 J. Untuk tetapan kalorimeter (k) itu sendiri dihitung dengan cara membagi besarnya kalor yang diserap oleh kalorimeter (336 J) dengan perubahan temperaturnya (3K), sehingga diperoleh nilai tetapan kalorimeter (k) sebesar 112 J/K. Penentuan kalor penetralan dilakukan dengan mencampurkan larutan HCl dengan larutan NaOH. Sebelum pencampuran, temperatur kedua larutan diukur dimana temperatur basa yaitu NaOH diatur sedemikian rupa agar sama dengan temperatur HCl. Dari hasil pengukuran temperatur sebelum pencampuran, diperoleh
0
temperatur kedua larutan sebesar 30 C. Selanjutnya dilakukan pencampuran kedua larutan dalam kalorimeter. Adapun dalam reaksi penetralan tersebut diperoleh molekul air (H2O) dengan reaksi yang terjadi yaitu: HCl (aq)
+
NaOH (aq)
NaCl (aq) + H2O (l)
Setelah pencampuran, dilakukan pengukuran temperatur selama 5 menit dengan selang waktu ½ menit. Dari hasil pengukuran temperatur terlihat bahwa 0
0
terjadi penurunan temperatur campuran dari 40 C (pada menit-0,5) sampai 38 C (pada menit ke-5). Sehingga nilai penurunan temperaturnya sebesar 2
0
C. Nilai
perubahan temperatur campran ini dapat digunakan untuk menghitung nilai kalor netralisasi untuk HCl dan NaOH. Dari hasil perhitungan diperoleh kalor yang diserap sebesar -326,304 J sedangkan kalor yang diserap kalorimeter sebesar -224 J. Sehingga kalor yang dihasilkan oleh reaksi dapat dihitung dengan menjumlahkan kalor yang diserap larutan dengan kalor yang diserap kalorimeter yaitu sebesar -550,304 J. Untuk menghitung kalor penetralan HCl dan NaOH dilakukan dngan cara membagi jumlah kalor yang dihasilkan dalam reaksi dengan jumlah mol NaCl yang terbentuk sehingga diperoleh kalor penetralan untuk HCl dan NaOH sebesar -13,7576 kJ/mol. Kalor penetralan yang diperoleh lebih besar dari kalor penetralan HCl dan NaOH pada literature, dimana disebutkan kalor penetralan HCl dan NaOH adalah 57 kJ/mol namun pada perhitungan diperoleh -13,7576. Hal ini disebabkan karena perbedaan konsentrasi pada kedua larutan. Perbedaan konsentrasi bisa disebabkan karena adanya pengenceran pada saat percobaan dilakukan. Pengenceran bisa terjadi karena alat yang digunakan masih berisi zat lain seperti akuades. Perbahan temperatur yang terjadi saat reaksi netralisasi berlangsung adalah sebagai berikut.
Kurva Reaksi Reaks i Netralisasi Netralisasi HCl dan NaOH 40.5
40
39.5
u h u s
39
38.5
38
37.5 0
2
4
6
8
10
12
waktu (mnt)
VIII. Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal yaitu: -
Kenaikan temperatur pada air dingin sebesar 3
0
C sedangkan penurunan
0
temperatur pada air panas sebesar 7 C. -
Kalor yang diserap oleh air dingin sebesar 588 J sedangkan kalor yang dilepaskan oleh air panas sebesar 252 J.
-
Nilai tetapan kalorimeter sebesar 112 J/ K.
-
Besarnya kalor netralisasi asam kuat (HCl) dengan basa kuat (NaOH) pada percobaan ini adalah 13,7576 kJ/ mol.
-
Perbedaan hasil percobaan dengan literature disebabkan karena adanya pengenceran pada saat pengerjaan dengan alat yang terkontaminasi oleh zat lain.
Daftar Pustaka
Bird, Tony, 1993 , Kimia Fisika untuk Universitas, Gramedia, Jakarta. Dogra, S dan S.K Dogra, 1990, Kimia Fisik dan Soal-Soal, Universitas Indonesia Press, Jakarta. Sastrohamidjojo, H, 2001, Kimia Dasar, Edisi ke-2, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta. Sukardjo, 1989, Kimia Fisika, Bina Aksara, Yogyakarta. Tim Laboratorium Kimia Fisika, 2012, Penuntun Praktikum Kimia Fisika III, Jurusan Kimia F.MIPA Universitas Udayana, Bukit Jimbaran.
LAMPIRAN Jawaban Pertanyaan
1. Kalor penetralan adalah kalor reaksi yang dihasilkan atau dilepaskan pada penetralan 1 mol asam oleh basa atau 1 mol basa oleh asam. Panas netralisasi asam kuat oleh basa kuat adalah konstan yaitu -57 kJ/ mol. Tetapi panas netralisasi asam lemah dan basa lemah kurang dari -57 kJ/ mol karena asam atau basa mengalami ionisasi sedangkan asam kuat dan basa kuat berdisosiasi sempurna dan reaksinya hanya: + H (aq) + OH (aq) H2O(l) Contohnya: Basa kuat dengan asam kuat (NaOH dengan HCl) NaOH + HCl NaCl + H2O ∆Hn untuk sistem reaksi adalah -57 kJ/ mol Basa lemah dengan asam kuat (NH 4OH dengan HCl) ∆Hn untuk sistem reaksi adalah kurang dari -57 kJ/ mol Basa lemah dengan asam lemah (NH 4OH dengan CH 3COOH ) ∆Hn untuk sistem reaksi adalah kurang dari -57 kJ/ mol
a.
b. c.
2. Jika sistem yang dipelajari hanya menyangkut zat padat dan zat cair saja, maka kerja dapat diabaikan dimana yang terjadi perubahan volume sangat kecil. Sehingga kerja yang bersangkutan dengan sistem tersebut dapat diabaikan (P∆V). Akibatnya perubahan perubahan entalphi ∆H dan perubahan energi ∆U dalam hal ini adalah identik. 3.
0
Diketahui :
T air panas = 35 C 0 T air dingin = 29 C 3 V air panas = 40 cm 3 V air dingin = 40 cm 3 ρ air = 1 g/ cm kalor jenis (s) air = 4,2 J/g K Data pengamatan : t (menit) 0 1 2 3 Temperatur 29,0 28,8 28,6 28,4 0 ( C) Ditanya : k = …… ? Jawab :
m air dingin
=
Air panas :
m air panas
=
4 28,2
ρair x Vair 3 3 = 1 g/ cm x 40 cm 0
T1 = 35 C
5 28,0
= 40 g
T 2
k
28 ,8
28 , 6
28 , 4
28 , 2
28 , 0
5
q3
m . s .( t
T
142
28 , 4
5
T )
T
0
∆t untuk air panas : T 1 = 35 C 0 T2 = 28,4 C ∆t = T2 – T – T1 0 0 = (28,4 – (28,4 – 35) 35) C = - 6,6 C 0
∆T untuk air dingin
: T1 = 29 C 0 T2 = 28,4 C ∆t = T2 – T – T1 0 0 = (28,4 – (28,4 – 29) 29) C = - 0,6 C
k
m . s .( t
T )
T
k
4 0 g . 4 , 2 J / g K .( 6 , 6
0 , 6 ) K
0 , 6 K
k
4 0 . 4 , 2 J . 6 0 , 6 K
k
1 0 0 8 J
1 6 8 0 J / K
0 , 6 K
4.
Diketahui : m Na2CO3 m air ∆T3 s Ditanya : ∆Hs
Jawab : molNa
8,4 g 80 g 6,24 K 4,0 J/g K . . . .. . . .. ?
Na2CO3 + 2H2O 2
CO
molH 2 O
= = = = =
3
8,4 g
2NaOH + H2CO3
0 , 0792 m ol
10 6 g / m ol 80 g
4 , 44 m ol
18 g / m ol
Reaksi stokiometri : Na2CO3 +
2 H2O
2NaOH
+
H2CO3
m: b : s :
0,0792 mol 0,0792 mol -
8,88 mol 0,1584 mol 8,7216 mol
a.
Kalor yang diserap (q 11) q11 = m larutan x s x ∆T3 -1 -1 = 88,4 g x 4,2 Jg K x 6,24 K = 2316,79 J
b.
Kalor yang diserap kalorimeter (q 12) q12 = k x ∆T ∆T3 = 1680 J/K x 6,24 K = 10483,2 J
c.
Kalor yang dihasilkan oleh reaksi (q 13) q13 = q11 + q12 = 2316,79 J + 10483 J = 12799,99 J = 12,79999 Kj
d.
Kalor Penentralan (∆Hn) H n
H n
0,1584 mol 0,1584 mol
q 13 0 ,1584 m ol 12799 , 99 J 0 , 2376 m ol
0 , 0792 m ol 53872 Jm ol
1
53 , 87 kJ / m ol
0,0792 mol 0,0792 mol
