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 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 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 entalpi reaksi diantaranya adalah:

1. Entalpi pembentukan standar (ΔHf0) yaitu jumlah kalor yang terlibat untuk

membentuk satu mol suatu zat dari unsur- unsurnya dalam keadaan standar.

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O(l) ΔHf = -285,85 kJ/mol

2. Perubahan entalpi penguraian standar (ΔHd0) 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

3. Entalpi pembakaran standar (ΔHC0) yaitu jumlah kalor yang terlibat untuk

pembakaran (mereaksikan gas O2) satu mol zat dalam keadaan standar.

C (s) + O2 (g) CO2 (g) ΔHC = -393,52 kJ/mol

4. Entalpi pelarutan standar (ΔHS0) yaitu jumlah kalor yang terlibat untuk

melarutkan satu mol zat dalam keadaan standar.

H2O (l) H2O (g) ΔHS = + 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)

m = massa sampel (g)

s = kalor jenis (J/g 0C)

∆T = perubahan temperatur (0C)

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:

- aquades

- NaOH 2M

- HCl 2M

IV. Prosedur Kerja

Penentuan Tetapan Kalorimeter:

1. 20 cm3 air dimasukkan ke dalam kalorimeter dengan buret, lalu temperaturnya

dicatat.

2. 20 cm3 air dipanaskan dalam gelas kimia sampai ± 10

0 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:

1. 20 cm3 HCl 2 M dimasukkan kedalam kalorimeter.

2. Temperatur larutan HCl diukur dengan termometer

3. Sebanyak 20 cm3 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 sebesar 3,96 J/g K.

V. Hasil Pengamatan

a. Penentuan Tetapan Kalorimeter

T air dingin = 300C

T air panas = 400C

V air dingin = 20 cm3

V air panas = 20 cm3

Setelah pencampuran:

t (menit) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Temperatur (0C) 40 35 35 35 34 34 33 33 33 33

b. Penentuan Kalor Penetralan HCl dan NaOH

T HCl = 300C T NaOH = 30

0C

V HCl = 20 cm3 V NaOH = 20 cm

3

M HCl = 2 M M NaOH = 2 M

Setelah pencampuran :

t (menit) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Temperatur (0C) 40 40 40 39 39 39 39 39 38 38

VI. Pengolahan Data

Penentuan Tetapan Kalorimeter

Diketahui : V air dingin = 20 cm3

V air panas = 20 cm

3

ρ air = 1 g/ cm

3

kalor jenis (s) air = 4,2 J/g K

Ditanya : q1, q2, q3, dan k = ……. ?

Jawab:

m air dingin = ρ air x V air dingin

= 1 g/ cm3 x 20 cm

3

= 20 g

m air panas = ρ air x V air panas

= 1 g/ cm3 x 20 cm

3

= 20 g

Untuk air dingin: T1 = 30 0C

T2 = 33 0C

∆T = T2 – T1

= 330C – 30

0C

= 3 0C (adanya kenaikan temperatur)

Untuk air panas: T1 = 40 0C

T2 = 33 0C

∆T = T2 – T1

= 33 0C – 40

0C

= -7 0C (adanya penurunan temperatur)

1. Kalor yang diserap air dingin (q1)

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 diberikan air panas (q2)

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 (q3)

q3 = q2 - q1

= 588 J – 252 J

= 336 J

4. Tetapan Kalorimeter (k)

k = T

q

3

= K

J

3

336

= 112 J/K

Penentuan Kalor Penetralan HCl dan NaOH

Diketahui : ρlarutan = 1,03 g/ cm3

slarutan = 3,96 Jg-1

K-1

T1 = 40 0C

T2 = 38 0C

[NaOH] = 2 M

[HCl] = 2 M

V NaOH = 20 cm3

= 20 mL

V HCl = 20 cm3

= 20 mL

Ditanya : q11, q12, q13, dan ∆Hn = ……. ?

Jawab :

mmol NaOH = 2 mmol/mL x 20 mL

= 40 mmol

mmol HCl = 2 mmol/ mL x 20 mL

= 40 mmol

NaOH + HCl NaCl + H2O

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 = 40 cm3

m larutan = V total larutan x ρ larutan

= 40 cm3

x 1,03 g/ cm3

= 41,2 gram

1. Kalor yang diserap (q11)

q11 = m larutan x s x ∆T3

= 41,2 g x 3,96 Jg-1

K-1

x (38 – 40)K

= 41,2 g x 3,96 Jg-1

K-1

x (-2) K

= -326,304 J

2. Kalor yang diserap kalorimeter (q12)

q12 = k x ∆T3

= 112 J/K x (-2) K

= -224 J

3. Kalor yang dihasilkan oleh reaksi (q13)

q13 = q11 + q12

= (-326,304) J + (-224) J

= -550,304 J

4. Kalor Penentralan (∆Hn)

molJq

Hn

/040,0

13

molJ /040,0

304,550

= -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

sebesar ± 10 0C dari temperatur kamar. Untuk temperatur air dingin sebesar 30

0C

sedangkan untuk temperatur air panas sebesar 40 0C. 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

thermometer adalah 40 0C dan menurun menjadi 35

0C kemudian 34

0C dan konstan

pada suhu 33 0C. 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 panas-

dingin dibawah ini.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 2 4 6 8 10 12

suh

u

waktu (mnt)

Kurva Penentuan Tetapan Kalorimeter

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

temperatur kedua larutan sebesar 30 0C. 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

terjadi penurunan temperatur campuran dari 40 0C (pada menit-0,5) sampai 38

0C

(pada menit ke-5). Sehingga nilai penurunan temperaturnya sebesar 2 0C. 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.

37.5

38

38.5

39

39.5

40

40.5

0 2 4 6 8 10 12

suh

u

waktu (mnt)

Kurva Reaksi Netralisasi HCl dan NaOH

VIII. Kesimpulan

Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal yaitu:

- Kenaikan temperatur pada air dingin sebesar 3 0C sedangkan penurunan

temperatur pada air panas sebesar 7 0C.

- 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:

a. Basa kuat dengan asam kuat (NaOH dengan HCl)

NaOH + HCl NaCl + H2O

∆Hn untuk sistem reaksi adalah -57 kJ/ mol

b. Basa lemah dengan asam kuat (NH4OH dengan HCl)

∆Hn untuk sistem reaksi adalah kurang dari -57 kJ/ mol

c. Basa lemah dengan asam lemah (NH4OH dengan CH3COOH )

∆Hn untuk sistem reaksi adalah kurang dari -57 kJ/ mol

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 entalphi ∆H dan perubahan energi ∆U dalam hal ini adalah identik.

3. Diketahui : T air panas = 35 0C

T air dingin = 29 0C

V air panas = 40 cm3

V air dingin = 40 cm3

ρ air = 1 g/ cm

3

kalor jenis (s) air = 4,2 J/g K

Data pengamatan :

t (menit) 0 1 2 3 4 5

Temperatur

(0C)

29,0 28,8 28,6 28,4 28,2 28,0

Ditanya : k = …… ?

Jawab :

m air dingin = m air panas = ρair x Vair

= 1 g/ cm3 x 40 cm

3 = 40 g

Air panas : T1 = 35 0C

4,28

5

142

5

0,282,284,286,288,282

T

T

Ttsm

T

qk

).(.3

∆t untuk air panas : T1 = 35 0C

T2 = 28,4 0C

∆t = T2 – T1

= (28,4 – 35) 0C = - 6,6

0 C

∆T untuk air dingin : T1 = 29 0C

T2 = 28,4 0C

∆t = T2 – T1

= (28,4 – 29) 0C = - 0,6

0C

KJK

Jk

K

Jk

K

KgKJgk

T

Ttsmk

/16806,0

1008

6,0

6.2,4.40

6,0

)6,06,6.(/2,4.40

).(.

4. Diketahui : m Na2CO3 = 8,4 g

m air = 80 g

∆T3 = 6,24 K

s = 4,0 J/g K

Ditanya : ∆Hs = . . . . . . . . . ?

Jawab : Na2CO3 + 2H2O 2NaOH + H2CO3

molmolg

gCOmolNa 0792,0

/106

4,832

molmolg

gOmolH 44,4

/18

802

Reaksi stokiometri :

Na2CO3 + 2 H2O 2NaOH + H2CO3

m : 0,0792 mol 8,88 mol - -

b : 0,0792 mol 0,1584 mol 0,1584 mol 0,0792 mol

s : - 8,7216 mol 0,1584 mol 0,0792 mol

a. Kalor yang diserap (q11)

q11 = m larutan x s x ∆T3

= 88,4 g x 4,2 Jg-1

K-1

x 6,24 K

= 2316,79 J

b. Kalor yang diserap kalorimeter (q12)

q12 = k x ∆T3

= 1680 J/K x 6,24 K

= 10483,2 J

c. Kalor yang dihasilkan oleh reaksi (q13)

q13 = q11 + q12

= 2316,79 J + 10483 J

= 12799,99 J

= 12,79999 Kj

d. Kalor Penentralan (∆Hn)

molkJJmolmol

JH

molmol

qH

n

n

/87,53538722376,0

99,12799

0792,01584,0

1

13