BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada umumnya, reaksi kimia disertai dengan efek panas. Setiap reaksi yang terjadi selalu melibatkan kalor baik itu menyerap kalor maupun melepaskan kalor. Perlu diketahui bahwa zat atau proses yang dipelajari perubahan energinya disebut sistem. Segala sesuatu diluar sistem, dengan apa sistem itu mengadakan perputaran energi disebut lingkungan. Reaksi kimia yang melepaskan kalor dari sistem ke lingkungan disebut reaksi eksoterm sedangkan reaksi kimia dimana sistem menyerap kalor dari lingkungan disebut endotermik. Hubungan timbal balik antara kalor dan reaksi kimia ini dipelajari dalam suatu bidang ilmu kimia yang disebut Termokimia. Pada termokimia, kalor suatu reaksi dapat ditentukan dengan menggunakan suatu alat yang disebut kalorimeter. Pada percobaan kali ini kita akan menentukan suatu kalor reaksi secara kalorimetrik dengan menentukan terlebih dahulu tetapan kalorimeter (W) dengan memperhitungkan banyaknya kalor yang dibebaskan dan diserap dari bahan yang terlibat. Selain itu, dengan kalorimeter, pada percobaan ini kita juga akan menentukan panas penetralan asam oleh basa atau sebaliknya. Panas atau kalor suatu reaksi sangat penting untuk diketahui karena sering digunakan dalam bidang kimia, terutama Kimia Fisika. Oleh karena itu, pengetahuan tentang pengukuran kalor reaksi dan penentuan panas penetralan asam oleh basa atau sebaliknya dengan menggunakan kalorimeter sangatlah penting. Maka hal inilah yang melatarbelakangi dilakukannya percobaan ini yaitu tentang penentuan kalor reaksi (Termokimia).
1.2 Maksud dan Tujuan Percobaan 1.2.1 Maksud percobaan
Maksud dari percobaan ini adalah untuk mengetahui dan mempelajari penentuan tetapan kalorimeter dan kalor penetralan larutan asam dan basa secara kalorimetrik. . 1.2.2 Tujuan percobaan Tujuan dari percobaan ini antara lain: 1. Menentukan tetapan kalorimeter secara kalorimetrik. 2. Menentukan kalor penetralan HCl dan NaOH secara kalorimetrik.
1.3 Prinsip percobaan
Menentukan tetapan kalorimeter dengan mencampurkan akuades pada suhu kesetimbangan termal dengan akuades yang telah dipanas kemudian diukur suhunya pada interval waktu yang telah ditentukan. ditentuka n. Selanjutnya, menentukan kalor kalo r penetralan dengan mencampurkan larutan HCl dan NaOH kemudian diukur suhunya pada interval waktu tertentu lalu menambahkan metil jingga sebagai indikator.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Termodinamika, termasuk termokimia, merupakan salah satu segi penting, yang menghubungkan energi kalor dengan bentuk energi yang dikenal sebagai kerja. Interaksi mengacu pada perpindahan energi atau materi antara antara sistem dan lingkungannya; interaksi-interaksi inilah yang umumnya yang menjadi pusat penelitian termodinamika. Perpindahan energi dapat berupa kalor (q) atau dalam beberapa bentuk lainnya yang secara keseluruhan disebut kerja (w). Perpindahan energi berupa kalor atau kerja akan mempengaruhi jumlah keseluruhan energi sistem, yang disebut energi dalam (E) (Petrucci, 1996). Termokimia berkaitan erat dengan panas. Panas didefinisikan sebagai energi yang mengalir di sekitar sistem yang berubah karena adanya perubahan suhu antara sistem dan lingkungannya dan mengalir dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah. Dalam definisi kerja dan panas, sangat penting kita mengetahui apakah benar aliran panas atau aliran kalor telah terjadi dalam transformasi berdasarkan pada pengamatan di lingkungan, bukan pada apa yang terjadi dalam sistem (Castellan, 1983). Dalam termokimia, perpindahan energi atau kalor tersebut disebut panas reaksi. Panas reaksi adalah banyaknya panas yang dilepaskan atau diserap ketika reaksi kimia berlangsung, biasanya bila tidak dicantumkan keterangan lain, berarti berlangsung pada tekanan yang tetap. Banyaknya zat yang bereaksi dinyatakan dalam mol, jadi misalnya bila ditulis: N2(g) + 3 H2 → 2 NH3(g) ∆H = -100 kJ
Dalam literatur lain, disebutkan bahwa panas reaksi dapat dinyatakan sebagai perubahan energi produk dan reaktan pada volume konstan ( ) atau pada tekanan konstan (). Sebagai contoh adalah reaksi : reaktan (T) → produk (T)
= E(produk) – E(reaktan)
pada temperatur konstan dan volume konstan,
= H(produk) – H(reaktan)
pada temperatur konstan dan tekanan konstan. Umumnya harga E atau H untuk tiap reaktan atau produk dinyatakan sebagai Joule mol-1 (J mol-1) atau kJ mol-1 pada temperatur konstan tertentu, biasanya 298 K (Dogra dan Dogra, 1990). Berdasarkan perpindahan panas reaksinya, reaksi kimia dibedakan menjadi dua yaitu reaksi eksotermik dan reaksi endotermik. Reaksi eksotermik adalah suatu reaksi yang melepaskan panas. Jika reaksi berlangsung pada suhu tetap, berdasarkan perjanjian, H akan bernilai negatif, karena kandungan panas dari sistem akan menurun. Sebaliknya, pada reaksi endotermik yaitu reaksi yang membutuhkan panas, berdasarkan perjanjian, H akan mempunyai nilai positif (Bird, 1993). Panas reaksi diukur dengan menggunakan kalorimeter, harga
E
diperoleh
apabila reaksi dilakukan dalam kalorimeter bom, yaitu pada volume konstan dan
H
adalah panas reaksi yang diukur pada tekanan konstan, dalam gelas piala atau labu yang diisolasi, botol termos, labu dewar dan lain-lain. Karena proses diperinci dengan baik, maka panas yang dilepaskan atau diabsorbsi hanyalah fungsi-fungsi keadaan, yaitu Qp = 1990).
H
atau Qv =
E
adalah fungsi keadaan (Dogra dan Dogra,
Dalam literatur lain, disebutkan bahwa teknik penggunaan kalorimeter didasarkan pada observasi terhadap perubahan suhu ketika suatu sistem menyerap atau melepaskan energi dalam bentuk panas. Percobaan yang dilakukan disebut kalorimeter, di mana perubahan suhu dalam jumlah banyaknya substansi (biasanya air) panas spesifik tidak diketahui diukur perubahan suhu disebabkan oleh penyerapan atau pelepasan panas dengan bahan kimia atau proses fisik yang diteliti. Sebuah tinjauan perhitungan dengan perpindahan panas akan membantu untuk memahami bagian ini. Kapasitas panas kalorimeter ditentukan dengan menambahkan jumlah yang disebut panas dan mengukur kenaikan suhu kalorimeter dan air yang dikandungnya. Kapasitas panas kalorimeter inilah yang disebut kalorimeter yang konstan (Whitten, 1992). Salah satu jenis kalor reaksi adalah panas netralisasi. Menurut Bird (1993), panas netralisasi dapat didefinisikan sebagai jumlah panas yang dilepas ketika 1 mol air terbentuk akibat reaksi netralisasi asam oleh basa atau sebaliknya. Untuk o netralisasi asam kuat oleh basa kuat, nilai ∆H selalu tetap yaitu -57 kJ/mol.
Sebenarnya hal ini disebabkan pada proses netralisasi asam kuat oleh basa kuat, reaksi yang terjadi sama saja, yaitu: H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l)
∆Ho = -57 kJ/mol
Tetapi jika basa lemah atau asam lemah dinetralisasi, panas netralisasinya selalu akan lebih kecil dari -57 kJ/mol, misalkan: HCN(aq) + KOH(aq) → KCN(aq) + H2O(l)
o
∆H = -12 kJ/mol
Hal ini sebenarnya disebabkan bukan hanya reaksi netralisasi yang terjadi, tetapi juga reaksi ionisasi. Reaksi ionisasi bersifat endotermik: HCN(aq) → H+(aq) + CN-(aq)
∆H = +45 kJ/mol
Karena itu akan didapatkan (+45-57) kJ/mol = -12 kJ/mol. Dalam literatur lain disebutkan bahwa panas reaksi yang melibatkan netralisasi asam oleh basa dikenal sebagai panas netralisasi. Panas netralisasi dari -1
asam kuat dan basa kuat adalah konstan, yaitu -55,90 kJ mol , karena asam dan basa terlibat dalam desosiasi asam menjadi ion H+ dan anion atau basa menjadi ion-ion OH- dan kation, sedangkan asam kuat dan basa kuat berdisosiasi sempurna dan reaksinya hanyalah: (Dogra dan Dogra, 1990). +
-
H (dalam air) + OH (dalam air) H2O , sehingga o
H
=
o
H
ionisasi +
o
H
netralisasi (Dogra dan Dogra, 1990).
Selain itu, dalam termokimia dikenal istilah kapasitas panas. Kapasitas panas didefenisikan sebagai banyaknya panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu o
zat sebanyak 1 C (atau 1 K). banyaknya panas yang dibutuhkan akan bergantung pada cara panas itu diserap atau dilepaskan. Panas dapat diserap dalam keadaan volume tetap atau dalam keadaan tekanan tetap (Bird, 1993). Dalam termokimia, suatu reaksi kimia hanya sempurna jika selain menuliskan persamaan keseimbangan dan harga energi, dituliskan juga keadaan reaktan dan produk. Simbol untuk padatan adalah „s‟, untuk cairan „l‟ dan untuk gas adalah „g‟. Jika wujud padat memiliki lebih dari satu struktur, maka sifat struktur padat disebutkan juga. Sebagai contoh, karbon dapat berbentuk intan atau grafit. Dalam hal yang sama, sulfur dapat berada dalam bentuk sulfur “rombis” atau “monoklinis” (Dogra dan Dogra, 1990).
BAB III METODE PERCOBAAN
3.1 Bahan Percobaan
Bahan-bahan yang digunakan didalam percobaan ini antara lain larutan HCl 1 M, larutan NaOH 1 M, larutan indikator metil jingga, dan akuades.
3.2 Alat Percobaan
Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah gelas kimia 250 mL, termometer 105oC skala 0,1oC, stopwatch, pengaduk melingkar, bahan isolator (pecahan plastik kemasan), gelas ukur 100 mL, gabus, pipet skala, pembakar, kaki tiga, kasa, wadah kaca, tissue roll dan penutup.
3.3 Prosedur Percobaan 3.3.1 Penentuan Tetapan Kalorimeter
Alat kalorimeter dirangkai sesuai dengan bagan.
Termometer Pengaduk jangkar Gelas kimia 250 mL PecahanPlastik
Wadah
Akuades
Gabus
Dimasukkan 50 mL akuades ke dalam gelas kimia 250 mL lalu dimasukkan ke dalam kalorimeter. Dibiarkan
beberapa
saat
agar
tercapai
kesetimbangan
termal, kemudian suhunya dicatat sebagai T1. Dimasukkan 50 mL akuades ke dalam gelas kimia lain kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu 50 °C. Lalu pemanas
dimatikan kemudian suhu akuades dicatat sebagai T2. Kemudian akuades panas dituangkan ke dalam kalorimeter dan dicatat suhunya sebagai T kemudian diaduk. Stopwatch dijalankan dan sambil diaduk perlahan-lahan suhu akuades dicatat tiap 30 detik selama 5 menit.
3.3.2 Penentuan Kalor Penetralan
Masing-masing 50 mL waktu
pada
suhu
NaOH
dan
50 mL
HCl
dibiarkan
beberapa
kamar sampai kedua larutan mempunyai suhu yang sama.
Kemudian suhunya dicatat sebagai T. Larutan asam dimasukkan ke dalam kalorimeter. Larutan NaOH kemudian dituangkan ke dalam larutan asam dan dicatat suhunya tiap 30 detik selama 5 menit sambil diaduk perlahan. Ditambahkan 2 tetes larutan indikator metil jingga untuk mengetahui apakah terjadi penetralan.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil 4.1.1 Penentuan Tetapan Kalorimeter
T1 = 28 oC = 301 K T2 = 50 oC = 323 K Vtot = 50 mL + 50 mL = 100 mL y = -1,461x + 315,0 t (menit)
T ( C)
o
T (K)
T regresi (K)
0.5
48
321
314.2695
1
38
311
313.539
1.5
37.5
310.5
312.8085
2
37
310
312.078
2.5
36.9
309.9
311.3475
3
36.8
309.8
310.617
3.5
36.8
309.8
309.8865
4
36.5
309.5
309.156
4.5
36.5
309.5
308.4255
5
36.4
309.4
307.695
4.1.2 Penentuan Kalor Penetralan o
T = 28,3 C = 301,3 K
Vtot = 50 mL NaOH + 50 mL HCl = 100 mL y = -0,724x + 307,5 o
t (menit)
T ( C)
T (K)
T regresi (K)
0.5
34
307
307.138
1
33.9
306.9
306.776
1.5
33.8
306.8
306.414
2
33.5
306.5
306.052
2.5
32
305
305.69
3
32
305
305.328
3.5
32
305
304.966
4
31.5
304.5
304.604
4.5
31.5
304.5
304.242
5
31
304
303.88
4.2 Grafik 4.2.1 Penentuan Tetapan Kalorimeter
4.2.2 Penentuan Kalor Penetralan
4.3 Perhitungan 4.3.1 Penetralan Tetapan Kalorimeter
T1 + T2 - 2Ta W = Vtotal x ρ x CH2O x Ta - T1 Dimana :
W
= Tetapan kalorimeter (J/K)
ρair
= densitas akuades (g/mL)
Vtotal
= Volume total campuran (mL)
T1
= Suhu akuades I (K)
T2
= Suhu akuades II (K)
Ta
= Suhu akhir
CH2O
= Kapasitas kalor akuades = 4,2 J/K.g.mL 301 K + 323 K – 2(315) K
W = 100 mL 1 g/mL x 4,2 J/K.g
= -180 315 K - 301 K
4.3.2 Penentuan Kalor Penetralan
ΔHT
= - (4,2 J/K.g x m + W) (T‟ - T) x [1000/(M.V)]
Dimana :
ΔHT
= Kalor Penetralan (J/mol)
ΔHT
W
= Tetapan kalorimeter (J/K)
m
= Massa larutan (g)
M
= Konsentrasi (mol/L)
T
= Suhu awal (K)
T‟
= Suhu akhir (K)
V
= Volume (mL)
= -[4,2 J/K.gx100 g + (-180 J/K)] (307,5 K-301,3K) x [1000/50 mL x 1 M] = -29760 J/mol = -29,76 kJ/mol
4.4 Pembahasan
Pada percobaan kali ini, digunakan alat kalorimeter sederhana untuk menentukan tetapan kalorimeter serta menentukan besar kalor penetralan. Alat kalorimeter tersebut terdiri dari wadah kaca, pengaduk lingkar, penutup, bahan isolasi, dan termometer untuk mengukur suhu. Di dalam wadah kaca diletakkan sebuah gelas kimia 250 mL dan dibawahnya dialasi gabus serta dimasukkan pecahan plastik disekitarnya. Gabus, penutup, serta pecahan plastik digunakan sebagai bahan isolasi, karena alat kalorimeter yang digunakan tidak boleh ada kalor yang masuk atau keluar sistem saat reaksi terjadi, karena hal ini akan mempengaruhi hasil percobaan. Selain itu, digunakan pengaduk melingkar dengan tujuan untuk memudahkan dalam menghomogenkan campuran atau larutan. Pada percobaan penentuan tetapan kalorimeter, 50 mL akuades diukur suhunya kemudian dimasukkan ke dalam kalorimeter. 50 mL akuades yang lain kemudian dipanaskan sampai suhu sekitar 50
o
C. Pada percobaan, akuades o
dipanaskan di atas pembakar sampai suhu lebih dari 50 C agar suhu saat akuades
dimasukkan ke dalam kalorimeter tidak kurang dari 50 oC, karena saat akuades diangkat untuk dimasukkan dalam kalorimeter, suhunya menurun dengan cepat. Saat dimasukkan ke dalam kalorimeter, segera ditutup, dan stopwatch dijalankan. Kemudian diaduk agar campuran akuades tadi menjadi homogen sambil diukur suhunya setiap 0,5 menit selama 5 menit. Dari percobaan ini diperoleh suhu kalorimeter pada menit ke 0,5 sampai 5 secara berturut-berturut adalah 321 K, 311 K, 310,5 K, 310 K, 309,9 K, 309,8 K, 309,8 K, 309,5 K, 309,5 K, dan 309,4 K. Berdasarkan data ini, dapat dilihat bahwa campuran antara kedua jenis akuades tadi suhunya menurun secara berkala. Hal ini bisa terjadi karena akuades yang bersuhu 50 oC distabilkan suhunya oleh akuades dengan suhu kamar yaitu 28 oC. Dari data ini kemudian dibuat grafik sehingga diperoleh persamaan garis y = -1,461x + 315,0 serta dengan menggunakan rumus, maka diperoleh nilai tetapan kalorimeter sebesar -180 J/K. Setelah melakukan percobaan penentuan tetapan kalorimeter, selanjutnya adalah penentuan reaksi penetralan. Namun sebelumnya, akuades yang ada di dalam kalorimeter dibersihkan dan pada saat membersihkan, rangkaian alat kalorimeter tidak boleh berubah karena hal ini dapat mempengaruhi hasil percobaan. Bahan isolator pada kalorimeter tidak boleh bertambah ataupun berkurang, sehingga tidak mempengaruhi hasil yang diperoleh. Penentuan kalor penetralan dilakukan dengan cara mencampurkan 50 mL larutan asam HCl dengan 50 mL basa NaOH pada suhu yang sama, volume yang sama, serta konsentrasi yang sama, dimana larutan HCl dimasukkan terlebih dahulu kemudian NaOH. Semua faktor atau variabel kedua larutan tersebut harus sama karena yang diinginkan terjadi pada kalorimeter adalah reaksi penetralan, yang
tentunya semua faktor seperti suhu, volume, dan konsentrasinya harus sama, agar penentralan bisa terjadi dan kalor penetralan tersebut bisa ditentukan. Sehingga sebelum dimasukkan dalam kalorimeter, terlebih dahulu dibiarkan sampai suhu o
kedua larutan sama, dan akhirnya didapat suhu 28,3 C. Setelah suhunya diukur, kemudian HCl dimasukkan terlebih dahulu ke dalam kalorimeter. Kemudian NaOH ditambahkan ke dalamnya, sambil menekan stopwatch dan segera ditutup. Setelah itu, larutan diaduk sambil diukur suhunya setiap 0,5 menit selama 5 menit. Dari percobaan tersebut diperoleh suhu setiap 0,5 menit selama 5 menit menurun secara berkala, yakni 307 K, 306,9 K, 306,8 K, 306,5 K, 305 K, 305 K, 305 K, 304,5 K, 304,5 K, dan 304 K. Dari data ini, kemudian dibuat grafik serta dihitung panas penetralan dengan menggunakan rumus dan diperoleh nilai panas penetralan NaCl oleh NaOH sebesar -29,76 kJ/mol. Hal ini berbeda dengan teori dimana panas penetralan adalah -57 kJ/mol. Perbedaan ini terjadi karena beberapa hal antara lain adanya keterlambatan dalam pengukuran suhu, sehingga nilai suhu yang diperoleh tidak tepat dengan suhu yang sebenarnya. Dapat juga disebabkan oleh kesalahan pembacaan skala pada termometer yang digunakan, serta pengadukan pada saat pencampuran larutan asam dan basa yang tidak konstan, yang dapat menyebabkan larutan tidak tercampur secara merata sehingga suhu yang diperoleh naik turun. Setelah dicatat suhu setiap 0,5 menit selama 5 menit, larutan kemudian ditetesi dengan metil orange untuk membuktikan apakah reaksi penetralan telah terjadi secara sempurna atau tidak.
Pada percobaan ini konsentrasi NaOH
kemungkinan lebih pekat dibandingkan dengan HCl karena ketika ditetesi dengan indikator metal jingga warna larutan menjadi kuning. Pada keadaan netral seharusnya larutan berwarna jingga.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa bahwa tetapan kalor kalorimetri adalah -180 J/K dan tetapan kalor penetralan adalah – 29,76 kJ/mol.
5.2 Saran
Asisten telah menjelaskan mekanisme percobaan dengan baik dan jelas. Asisten telah menjelaskan fungsi alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum dengan baik dan jelas. Sebaiknya percobaan dilakukan dengan membuat terlebih dahulu larutan NaOH dan HCl yang akan digunakan pada reaksi penetralan dengan konsentrasi yang sama, agar konsentrasinya bisa dipastikan dan praktikan bisa menambah keterampilan bekerja di laboratorium. Laboratorium sudah cukup baik. Sebaiknya dilakukan perbaikan terhadap sumber akuades di dalam laboratorium demi kelancaran praktikum.
DAFTAR PUSTAKA
Bird, T., 1993, Kimia Fisik Untuk Universitas, PT. Gramedia, Jakarta. Castellan, G. W., 1983, Physical Chemistry, Third Edition, Addison-Wesley Publishing Company, Inc., United State of America. Dogra, S. K., dan Dogra, S., 1990, Kimia Fisik dan Soal-soal , UI-Press, Jakarta. Petrucci, R. H., 1996, Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern Edisi Keempat Jilid 1, diterjemahkan oleh Suminar Achmadi, Erlangga, Jakarta. Whitten, K., Gailey, K., and Davis, R., 1992, General Chemistry with Qualitative Analysis fourth Edition, Sauders Golden Sunburst Series, Florida.
LEMBAR PENGESAHAN
Makassar, 5 Maret 2012 Asisten
SYADZA FIRDAUSIAH NIM: H311 08 276
Praktikan
WHIWIK SURWINDAH NIM: H311 00 257
LAMPIRAN
Lampiran 1 Bagan Kerja
a. Penentuan tetapan kalorimeter Akuades 50 mL
Akuades 50 mL
Dimasukkan kedalam
Dimasukkan kedalam
kalorimeter.
gelas kimia.
Dibiarkan hingga suhu
Dipanaskan hingga 50°C.
mencapai kesetimbangan termal.
Dicata suhu (T2). Dituang ke dalam
Dicatat suhu (T1).
kalorimeter, stopwatch Diaduk perlahan menggunakan pengaduk lingkar. Diukur suhu tiap setengah menit selama 5 menit. Dicatat hasil en amatan
Hasil
b. Penentuan kalor penetralan HCl 50 mL
NaOH 50 mL
Diukur suhunya pada suhu kamar.
Diukur suhunya pada suhu kamar.
Dimasukkan kedalam
Dimasukkan kedalam kalorimeter.
kalorimeter.
Ditutup kalorimeter, stopwatch dinyalakan.
Diaduk perlahan menggunakan pengaduk lingkar.
Diukur suhu tiap setengah menit selama 5 menit.
Dicatat hasil pengamatan. Ditambahkan 2-3 tetes metil jingga sebagai indikator.
Diamati perubahannya. Hasil
