Termokimia

ABSTRAK:   Percobaan ini dilakukan untuk menentukan harga air kalorimeter, menentukan kalor penetralan, menentukan kalor pembentukan, menentukan kalor  pelarutan, serta menentukan kalor pelarutan dan Ksp. Nilai air kalorimeter dibutuhkan untuk menghitung kalor reaksi. Kalor reaksi ditentukan menggunakan kalorimeter adiabat. Dalam kalorimeter terjadi perubahan temperatur karena pembebasan atau penyerapan kalor reaksi oleh sistem. Harga air kalorimeter dapat diperoleh dengan cara yaitu pada air yang telah ada dalam kalorimeter ditambahkan air dengan temperatur berbeda dimana temperatur air yang ada dalam kalorimeter lebih tinggi, dengan harga kapasitas kalor dan temperatur air baik  yang berada dalam kalorimeter maupun yang dituangkan dan temperatur setelah pencampuran dapat dihitung harga  nilai air kalorimeter berdasarkan Asas Black. Koreksi temperatur dapat dilakukan dengan cara mengukur temperatur pereaksi secara bergantian.Dari percobaan yang dilakukan diperoleh harga air kalorimeter, kalor penetralan, kalor pembentukan, kalor pelarutan, serta Ksp.

I. PENDAHULUAN

Termodinamika kimia dapat didefinisikan sebagai cabang kimia yang menangani hubungan kalor, kerja dan bentuk lain energi, dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia dan dalam perubahan keadaan. Termodinamika kimia adalah termokimia, yang menangani pengukuran dan penafsiran perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia, perubahan keadaan dan pembentukkan larutan. Terdapat dua metode termokimia eksperimen yaitu kalorimeter pembakaran dan kalorimetri reaksi. Dalam metode pertama, suatu unsur atau senyawa dibakar, biasanya dalam oksigen, dan energi atau kalor yang dibebaskan dalam reaksi itu diukur. Kalorimetri reaksi merujuk pada perubahan reaksi sesuai apa saja secara reaksi pembakaran. Metode terakhir ini lebih umum digunakan dengan senyawa anorganik dan larutan-larutannya. Seperti direaksikan untuk senyawa organik, kalorimetri pembakaran mencakup pemutusan lengkap kerangka karbon, bila senyawaan itu terbakar dalam oksigen. Metode pembakaran mempunyai penerapan yang sesuai dengan senyawa organik yang kurang reaktif terhadap reagensia selain oksigen dan yang mengahasilkan lebih dari satu produk organik dengan regensia lain. kalorimetri reaksi dapat digunakan dengan senyawa yang mudah bereaksi dengan cukup cepat pada endapan sedang tanpa pertukaran produk samping yang tak diinginkan. Banyaknya kalor yang dibebaskan atau diserap diperoleh dengan menaruh suatu intesitas yang ditimbang dari pereaksi-pereaksi dalam wadah, membiarkan reaksi bergabung, dan kemudian mencatat perubahan temperatur dalam air disekitarnya. Dari beberapa bahan-bahan yang (e.g: reaksi, kalorimeter), perubahan temperaturnya, kapisitas panas mereka, maka banyaknya perubahan kalor selama reaksi dapat dihitung, (Castellan, 1983).

Penerapan hukum pertama disebut hukum Hess yang menyatakan bahwa entalpi reaksi secara keseluruhan adalah jumlah entalpi reaksi dari reaksi-reaksi individual yang merupakan bagian dari suatu reaksi. Suatu reaksi kimia yang diinginkan dapat ditulis sebagai rangkaian dari banyak reaksi kimia. Jika seseorang mengetahui panas reaksi dari masing-masing tahap di atas, maka panas reaksi yang diinginkan dapat dihitung dengan menambahkan atau mengurangi panas reaksi dari masing-masing tahap. Prinsip ini dimana panas reaksi ditambahkan atau dikurangi secara aljabar, disebut hukum Hess mengenai penjumlahan panas konstan, (Atkins, 1994).

II. METODOLOGI

II.1. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan adalah 1 set kalorimeter, 2 buah erlenmeyer 250 mL, 1 buah termometer skala 0,1⁰C, 1 buah termometer 100⁰C, 1 buah gelas ukur 250 mL, 2 buah gelas kimia 250 mL, 1 buah gelas kimia 500 mL, 1 buah hot plate, 1 buah buret 50 mL, 10 buah tabung reaksi, 3 buah batang pengaduk gelas dan 2 buah penjepit tabung.

 Bahan yang di gunakan adalah larutan NaOH 0,5 M ; HCl 0,5 M, larutan CuSO₄ 0,05 M ; NH₄OH 0,05 M, kristal CuSO₄.5H₂O, larutan Pb(NO₃)₂ 0,075 M dan larutan KCl 1 M.

II.2. Prosedur

            Pada percobaan ini praktikan melakukan 5 percobaan yaitu menentukan harga air kalorimeter, menentukan kalor penetralan, menentukan kalor pembentukan, menentukan kalor pelarutan, serta menentukan kalor pelarutan dan Ksp. Pada penentuan harga air kalorimeter, pertama praktikan menuangkan air sebanyak 200 mL dengan temperatur ± 55⁰C ke dalam kalorimeter yang telah dilengkapi dengan batang pengaduk, termometer 0,1 dan tutup. Kemudian menuangkan 200 mL air dingin ke dalam gelas kimia 250mL yang dilengkapi dengan termometer 100⁰C. Lalu mengamati dan mencatat temperatur air hangat pada menit ke 1,3, 5, 7 dan 9, dan tempetatur air dingin pada menit ke 2, 4, 6, 8 dan 10. Kemudian memasukkan air dingin ke dalam kalorimeter yang berisi air hangat pada menit ke 11. Lalu mengamati dan mencatat temperatur pada menit ke 12, 13, 14 dan menit berikutnya sampai menit ke 20. Selanjutnya dari data  praktikan dapat menghitung harga air kalorimeter sesuai Asas Black.

Pada penentuan kalor penetralan, pertama praktikan menuangkan NaOH 0,5M sebanyak 200 mL ke dalam kalorimeter yang telah dilengkapi dengan batang pengaduk, termometer 0,1 dan tutup. Kemudian menuangkan 200 mL HCl 0,5M ke dalam gelas kimia 250mL yang dilengkapi dengan termometer 100⁰C. Lalu mengamati dan mencatat temperatur larutan NaOH 0,5M pada menit ke 1,3, 5, 7 dan 9, dan tempetatur HCl 0,5M pada menit ke 2, 4, 6, 8 dan 10. Kemudian memasukkan larutan HCl tersebut ke dalam kalorimeter yang berisi larutan NaOH pada menit ke 11 dan sambil mengaduk campuran tersebut. Lalu mengamati dan mencatat temperatur pada menit ke 12, 13, 14 dan menit berikutnya sampai menit ke 20. Selanjutnya dari data  praktikan dapat menghitung harga kalor penetralan per mol.

Pada penentuan kalor pembentukan, pertama praktikan menuangkan NH4OH 0,05M sebanyak 200 mL ke dalam kalorimeter yang telah dilengkapi dengan batang pengaduk, termometer 0,1 dan tutup. Kemudian menuangkan 200 mL larutan CuSO4 0,05M ke dalam gelas kimia 250mL yang dilengkapi dengan termometer 100⁰C. Lalu mengamati dan mencatat temperatur larutan NH4OH 0,05M pada menit ke 1,3, 5, 7 dan 9, dan tempetatur CuSO4 0,05M pada menit ke 2, 4, 6, 8 dan 10. Kemudian memasukkan larutan CuSO4 tersebut ke dalam kalorimeter yang berisi larutan NH4OH pada menit ke 11 dan sambil mengaduk campuran tersebut. Lalu mengamati dan mencatat temperatur pada menit ke 12, 13, 14 dan menit berikutnya sampai menit ke 20. Selanjutnya dari data  praktikan dapat menghitung harga kalor pembentukan per mol.

Pada penentuan kalor pelarutan, pertama praktikan menuangkan 400 mL air bersuhu ± 40⁰C  ke dalam kalorimeter yang telah dilengkapi dengan batang pengaduk, termometer 0,1. Lalu memasukkan 10 gram kristal CuSO4.5H2O ke dalam kalorimeter. Mengaduk dan mencatat temperaturnya. Selanjutnya dari data,  praktikan dapat menghitung harga kalor pelarutan per mol.

Pada penentuan kalor pelarutan dan Ksp, pertama praktikan memasukkan 15 mL Larutan Pb(NO₃)₂  0,75 M ke dalam 5 tabung reaksi. Kemudian menambahkan larutan KCl 1 M pada tiap tabung reaksi tersebut dengan volume masing- masing sebanyak 1ml, 2ml, 3ml dan 4ml.  Lalu mengamati dan mencatat apakah sudah terbentuk endapan atau belum. Selanjutnya praktikan menambahkan 15 mL Larutan Pb(NO₃)₂   0,75 M ke dalam 5 tabung reaksi yang lain.  Kemudian menambahkan larutan KCl 1 M pada tiap tabung reaksi tersebut dengan volume masing- masing sebanyak 1,5 ml, 2ml, 2,5ml, 3ml, dan 3,5ml. Lalu memasukkan  masing- masing larutan tersebut ke dalam penangas beaker. Selanjutnya, praktikan mengamati dan mencatat temperatur ketika endapan tepat larut. Dari data tersebut,  praktikan dapat menghitung harga kalor pelarutan per mol dan Ksp.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah melakukan praktikum kali ini di dapat data sebagai berikut :

Tabel Kalor Harga Air Kalorimeter

panas		dingin		campuran
t(menit)	T(oC)	t(menit)	T(oC)	t(menit)	T(oC)
1	55	2	26	12	42
3	55	4	26	13	42.1
5	55	6	26	14	42.1
7	55	8	26	15	42.1
9	55	10	26

Dari data di atas dapat membuat kurva sebagai berikut :

Dari hasil yang di peroleh suhu pereaksi 1 berupa larutan air panas bersuhu 55⁰C dari menit ke 1, 3,5,7,9 membuktikan suhu pereaksinya adalah 55⁰C. Kemudian untuk pereaksi ke dua, yaitu air biasa bersuhu ruang memiliki suhu sebesar 26⁰C pada menit ke 2,4,6,8,10. Pada pencampuran pelarut 1 dan 2 pada menit ke 11, suhu campurannya sebesar 42.1⁰C, sehingga pada grafik penentuan harga air kalorimeter antara temperatur pereaksi 1, pereaksi 2, dan campuran mendapatkan garis linier , dimana suhu sebelum pencampuran pada pereaksi 1 mengalami reaksi eksoterm, karena suhu pada pereaksi 1 memiliki suhu yang tinggi dinading pada pereaksi ke 2. Sedangkan suhu sebelum pencampuran pada pereaksi ke 2 mengalami reaksi endoterm, karena suhu pada pereaksi 2 memiliki suhu yang rendah dibandingkan dengan suhu pereaksi ke 1. Setelah pencampuran antara pereaksi 1 dan 2, suhu campuran mengalami kesetimbangan, karena sesuai dengan hukum asas black yang menyatakan bahwa kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima.

Setelah melakukan praktikum kali ini di dapat data sebagai berikut :

Tabel Kalor Penetralan

NaOH 0.5 N		HCl 0,5 N		Campuran
T	T(oC)	t	T(oC)	t	T(oC)
1	26	2	26.0	12	28.7
3	26	4	26.0	13	28.7
5	26	6	26.0	14	28.7
7	26	8	26.0	15	28.7
9	26	10	26.0

Dari data di atas dapat membuat kurva sebagai berikut :

 Dari hasil yang di peroleh suhu pereaksi 1 berupa larutan NaOH dari menit ke 1, 3,5,7,9 membuktikan suhu pereaksinya adalah 26 ⁰C. Kemudian untuk pereaksi ke dua, yaitu HCl memiliki suhu sebesar 26⁰C pada menit ke 2,4,6,8,10. Pada pencampuran pelarut 1 dan 2 pada menit ke 11, suhu campurannya sebesar 28.7⁰C, sehingga pada grafik penentuan kalor penetralan antara temperatur pereaksi dan campuran mendapatkan garis linier , dimana suhu sebelum pencampuran dan setelah pencampuran mengalami kenaikan, karena reaksi yang terjadi adalah reaksi eksoterm.

Setelah melakukan praktikum kali ini di dapat data sebagai berikut :

Tabel Kalor Pembentukan

NH4OH 0.5 N		CuSO4 O,5 N		Campuran
t	T(oC)	t	T(oC)	t	T(oC)
1	29,5	2	25,5	12	28,5
3	29,5	4	25,5	13	28,5
5	29,5	6	25,5	14	28,5
7	29,5	8	25,5	15	28,5
9	29,5	10	25,5

Dari data di atas dapat membuat kurva sebagai berikut :

Temperatur larutan NH4OH sebelum dicampurkan dengan CuSO4 adalah sebesar 29,5⁰C. Hal ini terjadi karena larutan NH4OH bersifat eksoterm atau menghasilkan energi panas.  Sedangkan temperatur larutan CuSO4 sebelum dicampurkan dengan larutan NH4OH adalah sebesar 25,5⁰C. Larutan CuSO4 bersifat endoterm atau menyerap energi panas. Setelah dilakukan pencampuran kedua larutan di dalam kalorimeter, didapat temperatur di dalam kalorimeter adalah sebesar 28,5⁰C. Kesetimbangan temperatur terjadi ketika temperatur larutan yang lebih tinggi bercampur dengan temperatur larutan yang lebih rendah.

Pada penetntuan kalor pelarutan temperatur awal air dengan volume 400 ml yang telah melalui pemanasan  menggunakan hot plate adalah sebesar 40⁰C. Setelah menambahkan kristal CuSO4.5H2O ke dalam kalorimeter yang berisi air bersuhu 40⁰C, terjadi  kenaikan temperatur sebesar 5⁰C sehingga temperaturnya menjadi 45⁰C.

Penentuan Hasil Kali Kelarutan

z	Vol Pb(NO3)	Vol KCl	Suhu pelarutan		[Pb2+]	[Cl-]	Ksp	ln Ksp	1/T
	mL	mL	oC	K	M	M			K-1
1	15	1,5	43	316	0,0682	0,0909	0,00127	-6,670	0,00316
2	15	2,0	45	318	0,0662	0,1176	0,00116	-6,760	0,00314
3	15	2,5	47	320	0,0643	0,1429	0,00106	-6,847	0,00313
4	15	3,0	48	321	0,0625	0,1667	0,00098	-6,931	0,00312
5	15	3,5	48	321	0,0608	0,1892	0,00090	-7,014	0,00312

Kurva hubungan ln Ksp dengan 1/T :

Penambahan 1,5 ml hingga 3,5 ml KCl 1,0 M pada 10 ml Pb(NO3)2 0,075 M terjadi peningkatan jumlah endapan. Endapan yang paling banyak terbentuk pada penambahan 3,5 ml KCl 1,0 M. Setelah melakukan pemanasan, endapan yang terlebih dahulu larut adalah endapan hasil penambahan 1,5 ml KCl pada temperatur 43⁰C. Bersamaan dengan larutan lainnya pada penambahan 2,0 ml KCl, temperaturnya sebesar 45⁰C, penambahan 2,5 ml KCl sebesar 47⁰C, penambahan 3,0 ml dan 3,5 ml KCl temperaturnya sebesar 48⁰C.

            Kurva yang diperoleh adalah kurva linier hubungan ln Ksp dengan 1/T. Persamaan garis liniernya adalah y=6050,3x-25,8 dengan nilai regresi sebesar 0,9072. Peningkatan temperatur mempengaruhi kelarutan suatu senyawa. Semakin tinggi temperatur maka semakin mudah suatu senyawa untuk larut di dalam pelarut.

IV. KESIMPULAN

Dari praktikum ini dapat disimpulkan bahwa harga air kalorimeter, melalui pencampuran antara air panas dan biasa, dimana pereaksi 1 yaitu air panas memiliki temperatur yang tinggi sebesar 55^oC  karena terjadi reaksi eksoterm sedangkan pada pereaksi 2 yaitu air biasa memiliki temperatur yang rendah sebesar 26^oC karena terjadi reaksi endoterm. Namun ketika pencampuran antara pereaksi 1 dan 2 mengalami kesetimbangan suhu sebesar 42,1^oC karena berlakunya hukum azas black pada campuran. Kemudian pada praktikum penentuan kalor penetralan mendapatkan harga kalor penetralan, melalui pencampuran pereaksi 1 dan 2 dimana pereaksi 1 merupakan larutan NaOH dan pereaksi 2 larutan HCl, dimana pereaksi 1 dan pereaksi 2 berada pada garis linear ketika suhu sebesar 26^oC yang mengalami reaksi endoterm, sedangkan setelah pencampuran temperature mengalami kenaikan karena terjadi reaksi eksoterm dimana temperature mengalami kenaikan sebelum pencampuran dan setelah pencampuran sebesar 28,7^oC.

Pada penetuan kalor pelarutan, pencampuran antara padatan atau kristal CuSO₄ dengan air mengalami kenaikan suhu dari 40⁰C menjadi 45⁰C, hal ini terjadi karena reaksi antara CuSO₄ dengan air merupakan reaksi eksoterm. Larutan tersebut menghasilkan energi panas atau kalor.

Pada penentuan kalor pelarutan dan K_sp, pencampuran antara Pb(NO₃)₂ dengan KCl mengalami peningkatan endapan ketika penambahan KCl dari 1.5 mL sampai 3.5 mL. Hal ini membuktikan bahwa peningkatan endapan berbanding lurus dengan peningkatan jumlah mol pada suatu senyawa. Selain itu, berdasarkan data yang kita peroleh jumlah mol semakin banyak maka semakin tinggi pula temperatur yang diperlukan untuk melarutkan endapan yang terjadi atau Ksp berbanding terbalik dengan temperatur.

V. DAFTAR PUSTAKA

[1] Atkins, Peter., Paula, J. 2006. Physical Chemistry, Eight Edition. Oxford University Press. New York

[2]  Castellan, G.W. 1983. Physical Chemistry, Third Edition. Addison-Wesley Publishing Company. Canada