PENENTUAN KALOR REAKSI

A.    Judul Percobaan

Penetuan Kalor Reaksi

B.     Tujuan Percobaan

Menentukan kalor peralatan integral CuSO4 dan CuSO4 . 5H2O dengan menggunakan kalorimeter sederhana.

C.    Landasan Teori

Ilmu yang mempelajari tentang suhu, kalor, dan perubahan-perubahan yang terjadi akibat perubahan suhu dan kalor disebut termidinamika (Himaki Udayana, 2011). Termodinamika merupakan bagian dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi (Sugiarto, 2009). Kimia termo mempelajari perubahan panas yang mengikuti reaksi kimia dan perubahan-perubahan fisika (pelarutan, peleburan dan sebagainya). Untuk menentukan perubahan panas yang terjadi pada reaksi-reaksi kimia dipakai kalorimeter (Sukardjo, 2002: 11).

Kalorimeter adalah suatu alat untuk mengukur kalor. Satuan dari kalor adalah kalori. Satuan kalori ini didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature  1 gram air sebesat 1+o+ C. ukuran atau derajat panas dinginnya suatu benda disebut suhu. Benda yang panas memiliki suhu yang tinggi, sedangkan benda yang dingin memiliki suhu yang rendah (Himali Udayana, 2011). Perubahan temperatur ∆T dari kalori meter yang dihasilkan dari reaksi sebanding dengan energy yang dibebaskan atau diserap sebagai kalor. Oleh karena itu, dengan mengukur ∆T kita dapat menentukan qu sehingga kita dapat mengetahui ∆U. konversi dari ∆T menjadi qu tidak bisa lepas dari kapasitas kalor (dari kalorimeter) (Atkins, 1999: 211). Untuk menentukan kalor jenis suatu zat dengan kalorimeter, kita gunakan hokum ketentuan energy pada pertukaran kalor yang pertama kali diukur oleh Joseph Black, seorang ilmuan Inggris. Oleh karena itu, hokum kekekalan energipada pertukaran kalor disebut dengan asas Black. Bunyi asas Black adalah “banyaknya kalor yang diberikan sama dengan banyaknya kalor yang diterima”. Dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut: Qdilepas = Qditerima (Himaki Udayana, 2011).

Kalorimeter sederhana adalah alat yang lebih sederhana dari kalorimeter bom dan seting dijumpai di laboratorium sekolah. Alat ini sering disebut sebagai kalorimeter termos atau kalorimeter gelap kpoi. Wadah seperti gelas kopi tersebut terbuat dari stirobusa untuk tempat pereaksi. Prinsip penggunaannya sama dengan kalorimeter bom. Perubahan suhu reaksi dan perkiraan kapasitas kalor dapat digunakan untuk memperkirakan kalor reaksi dengan baik. Umumnya kapasitas kalor wadah reaksi diabaikan karena relative sangat5 kecil (Rupiadi, 2001).

Pada perubahan kimia selalu terjadi perubahan entalpi. Besarnya perubahan entalpi adalah sama besar antara entalpi hasil reaksi dan jumlah entalpi reaksi. Suatu reaksi kimia dapat dipandang sebagai suatu system yang terdiri dari dua bagian yang berbeda, yaitu pereaksi dan hasil reaksi atau produk. Untuk menyatakan kalor reaksi yang berlangsung, maka digunakan entalpi dengan lambing “H” sebagai suatu besaran termodinamika dengan persamaan

H = U + PV

Reaski kimia termasuk proses isothermal, dan bila dilakukan di udara terbuka maka kalor reaksi dapat dinyatakan sebagai berikut

Qp = ∆H

Jadi, kalo reaksi yang berlangsung pada tekanan tertutup sama dengan perubahan entalpi. Oleh karenasebagian besar reaksi berlangsungpada tekanan tetap, yaitu tekanan atmosfer, maka kalor reaksi selalu dinyatakan sebagai perubahan entalpi, ∆H (Sugianto, 2009).

Dikenal berbagai macam kalor reaksi bergantung pada tipe reaksinya, diantaranya adalah kalor netralisasi, kalor pembentiukan, kalor penguraian, dan kalor pembakaran. Selain kalor reaksi, penyerapan atau pelepasan kalor dapat juga terjadi pada proses-proses fisik. Diantaranya adalah pada proses pelarutan suatu zat di dalam pelarutnya, atau penambahan zat terlarut ke dalam zat pelarut (Tim Dosen Kimia Fisik, 2011:1).

Ada dua pana pelarutan yaitu panas pelarutan integral dan panas pelarutan diferensial. Panas pelarutan integral didefinisikan sebagai perubahan entalpi jika 1 mol zat dilarutkan dalam n mol pelarut. Panas pelarutan diferensial didefinisikan sebagai perubahan entalpi jika satu mol zat terlarut dilarutkan dalam jumlah larutan yang tak terhingga, sehingga konsentrasinyatidak berubah dengan penambahan 1 mol zat terlarut. Secara matematik, didefinisikan sebagai dΔH/dm, yaitu perubahan panas diplot sebagai jumlah mol zat terlarut dan panas pelarutan diferensial dapat diperoleh dengan mendapatkan kemiringan kurva pada setiap konsentrasi. Jadi, panas pelarutan diferensial tergantung pada konsentrasi larutan (Dogra, 2009: 336-337).

Besarnya panas pelarutan tergantung jumlah mol pelarut dan zat terlarut seperti pada table di bawah ini yaitu panas pelarutan integral 1 mol H2O4 dalam air pada 11o C.

Jumlah Mol Air

∆H (kal)

Jumlah Mol Air

∆H (kal)

0,11

0,25

0,43

0,67

1,00

1,50

-920

-1,970

-3,300

-4,890

-6,740

-0,630

2,33

4,00

9,00

19,00

-

-

-10,680

-13,010

-15,110

-19,906

-20,200

-

 Bila airnya sangat banyak (∆H25oC)tidak bertambah dan larutannya dikarakan encer = H2SO4(l) + H2O(p) → H2SO4(aq) ∆H18 = -2,200 kkal. Beda panas pelarutan integral dari 2 larutan disebut panas pengenceran integral (Sukardjo, 2002: 81).

D.    Alat dan Bahan

1.      Alat

a.       Kalorimeter 1 buah

b.      Termometer 1 buah

c.       Mortar dan alu 1 buah

d.      Gelas kimia 500 ml 1 buah

e.       Gelas kimia 100 ml 1 buah

f.       Gelas ukur 50 ml 1 buah

g.      Gelas kimia 50 ml 1 buah

h.      Batang pengaduk 1 buah

i.        Lampu spritus 1 buah

j.        Kassa asbes, kaki tiga dan spritus 1 buah

k.      Botol semprot 1 buah

l.        Neraca analitik 1 buah

2.      Bahan

a.       Aquades (H2O)

b.      Kristal terusi (CuSO4 . 5H2O)

c.       Tembaga (II) sulfat anhidrat (CuSO4)

d.      tissue

 E.     Prosedur Kerja

1.      Penentuan tetapan kalorimeter

a.       Memasukkan 50 ml air ke dalam kalorimeter dengan gelas ukur kemudian mencatat temperaturnya.

b.      Menyiapkan 50 ml air panas dalam gelas kimia yang suhunya 10o C.

c.       Memasukkan 50 ml air panas ke dalam kalorimeter yang berisi air dingin tepat pada waktu menit ke enam.

d.      Mencatat suhu air dalam kalorimeter setiap 1 menit sambil terus diaduk.

e.       Mencatat suhu hingga diperoleh suhu relative tetap.

f.       Membuat kurva hubungan antara waktu dengan suhu untuk memperoleh suhu campuran yang tepat.

2.      Penentuan kalor pelarutan integral CuSO4 dan CuSO4 . 5H2O.

a.       Menimbang secara kasar ± 5 gr Kristal CuSO4 . 5H2O.

b.      Menempatkan kristal tersebut dalam mortar dan alu.

c.       Menghancurkan sampai didapat serbuk halus.

d.      Menimbang secara teliti 5 gram Kristal tersebut dengan neraca analitik.

e.       Menyiapkan kalorimeter (yang telah ditentukan tetapannya) kemudian memasukkan 100 ml aquades.

f.       Mencatat suhu setiap 1 menit selama 5 kali pembacaan.

g.      Menambahkan serbuk halus CuSO4 . 5H2O yang telah dihitung massanya sebanyak 5 gram ke dalam kalorimeter dan mengaduknya terus.

h.      Mencatat suhu saat Kristal ditambahkan, lalu dilanjutkan dengan pembacaan suhu setiap satu menit sampaiu diperoleh suhu yang relatif tetap.

i.        Dengan menggunakan CuSO4 anhidrat mengulangi langkah d – h.

F.       Hasil Pengamatan

1.      Penentuan tetapan kalorimeter

Volume aquades panas (Vp)               = 50 ml

Volume aquades dinginVb)                = 50 ml

Suhu aquades panas (T1)        = 40o C

a.       Suhu air dingin (T1)

Menit ke-

Suhu (o C)

1

29

2

29

3

29

4

29

5

29

Maka suhu air dingin (T1) = 29o C

b.      Suhu campuran air dingin dan air panas (Tc)

Menit ke-

Suhu (o C)

1

35

2

35

3

34,5

4

34

5

34

6

34

7

34

8

33

9

33

10

33

11

33

12

33

Maka TC = 33o C

2.      Penentuan kalor pelarutan integral CuSO4 . 5H2O dan CuSO4 anhidrat

a.       Massa CuSO4 . 5H2O       = 5 gram

Volume aquades              = 100 ml

T air dingin konstan         = 29o C

T campuran CuSO4 . 5H2O

Menit ke-

Suhu (o C)

1

29

2

29

3

29

4

29

5

29

 Maka Tc = 29o C

b.      Suhu campuran air dingin dan air panas (Tc)

Massa CuSO4 anhidrat     = 5 gram

Volume aquades              = 100 ml

T air dingin konstan         = 29o C

temperatur CuSO4 anhidrat

Menit ke-

Suhu (o C)

1

31

2

31

3

31

4

31

5

31

Maka TC = 31o C

 G.      Analisis Data

1.      Penentuan tetapan kalorimeter

Dik :   V air dingin                = 50 ml;   Suhu air panas (T2)     = 40o C = 313 K

           V air dingin                = 50 ml;   Suhu campuran (Tc)    = 33o C = 306 K

           Suhu air dingin (T)     = 29o C;   Massa jenis air (ρ)       = 1g/ml

           Kalor jenis air (C)       = 4,2 J/g.K

Dit : Tetapan kalorimeter (K) = …?

Penyelesaian:

M air dingin = ρ x Vair dingin                    = 1 g/ml x 50 ml = 50 g

M air panas = ρ x Vair panas                      = 1 g/ml x 50 ml = 50 g

q1 (kalor yang diserap air dingin)          = m x c x (Tc – T1)

                                                               = 50 g x 4,2 j/g.K x (306 K – 302 K)

                                                               = 840

q2 (kalor yang diserap air panas)            = m x c x (T2 – Tc)

                                                               = 50 g x 4,2 j/g.K x (313 K – 306 K)

                                                               = 1470

q3          = q2 –q1                      = 1470 – 840 = 630 J

K = q3/(Tc-T1) = 630 J/(306 K-302 K)   = 630J/ 4 K   = 157,5 J/K

2.      Penentuan kalor pelarutan integral CuSO4 . 5H2O

a.       Penentuan kalor pelarutan integral CuSO4 . 5H2O

Dik :

     T air dingin                 = 29o C = 302 K;   K                  = 157,5 J/K

     V air                           = 100 ml;                T campuran   = 29o C = 302 K

     ρ air                            = 1 g/ml;                 ∆T = Tc – T   = 302 K – 302 K

     Mm CuSO4 . 5H2O     = 246 g/ml;                                  = 0 K

     M CuSO4 . 5H2O       = 5 g

Dit : ∆H CuSO4 . 5H2O = …?

Penyelesaian:

n CuSO4 . 5H2O              = 5 g CuSO4 : 246 g/mol  = 0,0203 mol

kalor yang diserap kalorimeter (q1) = K . ∆T  = 157,5 J/K x (0 K)   = 0

kalor yang dilepas kalorimeter (q2) = m . c . ∆T

                                                         = 5 g . 4,2 J/g.K x (0 K)

                                                         = 0

b.      Penentuan kalor pelarutan integral CuSO4

Dik :

     T air dingin (T1)                = 29o C = 302 K

     Massa CuSO4 anhidrat     = 5 g

     K                                        = 157,5 J/K

     T campuran                        = 31o C = 304 K

     Mm CuSO4                       = 161 g/mol

     ∆T (Tc – T1)                        = 304 K – 302 K = 2 K

Dit : ∆H CuSO4 anhidrat = …?

Penyelesaian:

n CuSO4 = 5 g CuSO4                     = q1+q2/161 g CuSO4  = 315 J+42 J/0,0310 mol = 11516,129 J/mol

                                                         = 11,516 KJ/mol

     CuSO4(s) + 5H2O(l) → CuSO4 . 5H2O(l)

∆H    = ∆H produk – ∆H reaktan

         = 0 KJ/mol – (38,48 KJ/mol + 5(-285,8 KJ/mol)

         = 0 KJ/mol – (38,48 KJ/mol – 1429 KJ/mol)

         = 0 KJ/mol – (-1390,52 KJ/mol)

         = 1390,52 KJ/mol

H.      Pembahasan

Percobaan ini bertujuan untuk menentukan kalor pelarutan integral CuSO4 dan CuSO4 . 5H2O dengan menggunakan kalorimeter sederhana. Namun, sebelum menentukan besar kalor pelarutan terlebih dahulu ditentukan tetapan dari kalorimeter karena adanya sejumlah kalor yang diserap oleh kalorimeter (wadah, thermometer, pengaduk) sehingga tidak semua peruahan suhu dapat diukur. Diperoleh tetapan kalorimeter pada percobaan ini adalah 157,5 J/K. pada percobaan selanjutnya, Kristal CuSO4 . 5H2O yang akan ditentukan kalor pelarutannya ditimbang dan digerus. Fungsi dari penggerusan adalah karena bentuk Kristal CuSO4 . 5H2O berupa butiran yang cukup besar sehingga untuk memudahkan larut pada kalorimeter harus digerus terlebih dahulu karena semakin kecil ukurannya dalam bentuk serbuk maka luas permukaan bidang sentuhnya akan semakin besarsehingga menjadi mudah terjadi tumbukan dengan air untuk bereaksi dan larut dalam air. Selanjutnya, mengukur aquades dan memasukkannya ke dalam kalorimater dan mengamati hingga tercapai suhu konstan aquades lalu melarutkan CuSO4 . 5H2O. selama prose pelarutan yang harus diperhatikan adalah perubahan suhu larutan dimana suhu larutan dibaca setiap menit sampai diperoleh suhu konstan. Suhu konstan perlu ditentukan untuk memudahkan dalam perhitungan harga kalor yang diserap atau dilepas karena jika suhunya tidak konstan maka sulit untuk menentukan suhu mana yang akan digunakan dalam perhitungan. Selain itu, yang perlu diperhatikan adalah larutan harus terus diaduk dalam kalorimeter agar semua Kristal larut dan tidak mengendap. Adapun pada penentuan kalor pelarutan integral CuSO4 anhidrat, perlakuan hamper sama dengan penentuan kalor pelarutan integral CuSO4 . 5H2O tetapi CuSO4 tidak digerus. Alasannya karena bentuk Kristal CuSO4 yang seperti serbuk sehingga dapat mudah larut tanpa penggerusan.

Berdasarkan hasil analisis data, diperoleh harga kalor pelarutan integral CuSO4 anhidrat adalah 11,516 KJ/mol yang berarti bahwa kalor yang dilepas saat berlangsungnya reaksi adalah 11,516 KJ/mol sedangkan CuSO4 . 5H2O diperoleh harga kalor 0 yang berarti tidak ada perubahan kalor yang terjadi. Menurut teori, keduanya memiliki pelarut integral. Besarnya panas pelarutan tergantung jumlah mol pelarut dan zat terlarut. Bila airnya sangat banyak ∆H tidak bertambah dan larutannya dikatakan encer. Pada percobaan ini. Diperoleh ∆H CuSO4 . 5H2O = 0 karena larutannya cukup encer untuk CuSO4 . 5H2O dan pengaduknya dikalorimeter yang tidak terlalu kuat dan ukurannya saat penggerusan tidak terlalu halus sehingga CuSO4 . 5H2O yang bereaksi dengan air sedikit sehingga ∆H = 0. Adapun persamaan reaksinya adalah:

CuSO4(s)    +     5H2O(l) →     CuSO4 . 5H2O(l)

tembaga (II) sulfat      air              tembaga (II) sulfat     pentahidrat

 adapun faktor yang menyebabkan panas kelarutan CuSO4 anhidrat lebih tinggi dibandingkan CuSO4 . 5H2O adalah karena tingkat kemurniannya. CuSO4 . 5H2O mengikat 5 air dan pelarut yang digunakan adalah air sehingga CuSO4 . 5H2O tidak membutuhkan banyak energy yang dilepas untuk bereaksi karena ada kandungan H2O yang terdapat dalam CuSO4 . 5H2O. 

I.         Kesimpulan dan Saran

1.      Kesimpulan

Kalor pelarutan integral CuSO4 adalah 11,516KJ/mol dan kalor pelarutan integral CuSO4 . 5H2O adalah 0.

 2.      Saran

a.       Untuk praktikum selanjutnya, pada saat pengadukan di kalorimeter harus teratur dan kuat agar hasil pengamatan tidak keliru.

b.      Untuk praktikum selanjutnya, harus lebih teliti dan focus pada saat melakukan praktikum agar hasil yang diperoleh tidak terdapat kekeliruan yang berdampak pada hasil pengamatan yang salah.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P.W 1999. Kimia Fisika. Jakarta: Erlangga.

 Dogra, S.K dan S. Dogra. 2009. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Jakarta: UI Press.

 Himaki Udayana. 2011. Kalorimeter dan Kapasitas Kalor Jenis. http://himakiudayana.com. Diakses pada tanggal 1 Mei 2012.

 Rufianti, Etna. Penentuan Kalor Reaksi. http://skp.unair.ac.id. Diakses pada tanggal 1 Mei 2012.

 Sugianto, Bambang. 2009. Entalpi dan Perubahan Entalpi. http://www.chemis-try.org. Diakses pada tanggal 1 Mei 2012.

 Sukardjo. 2002. Kimia Fisika. Jakarta: Rineka Cipta.

Tim Dosen Kimia Fisik. 2012. Penuntun Praktikum Kimia Fisik I. Makassar: Laboratorium Kimia FMIPA UNM.

JAWABAN PERTANYAAN

1.      Berdasarkan asas Black:

2.      Kegunaan K adalah untuk mengetahui sejumlah kalor yang diserap oleh kalorimeter.

                                           q lepas     = q diterima

                                          q2 – q1     = q kalorimeter

     m2 . c (T2 – Tc) – m1 (Tc – T­1)     = K (Tc – T­1)

                                                K     = m2.  c (Tq-Tc) m1 c (Tc-T1)/Tc-T1

3.      Suhu awal pada percobaan ini adalah suhu air dingin dengan memasukkan pada kalorimeter lalu menghitung suhu konstannya. Ketika suhu konstan maka itulah suhu air dingin dan suhu air panas berdasarkan kesepakatan adalah 40oC.

4.      Untuk menentukan kalor reaksinya, kalor jenis setiap zat harus dialurkan terhadap setiap perubahan waktu setiap saat harus dialurkan terhadap setiap perubah waktu, sebab setiap tambah memiliki kalor jenis Q = m . c . ∆T.

5.      Nilai tetapan kalorimeter (K) adalah 157,5 J/K.

6.      Nilai Q penetralan CuSO4 = 11,516 KJ/mol dan nilai Q penetralan CuSO4 . 5H2O adalah 0 KJ/mol.

7.      CuSO4(s) + 5H2O(l) → CuSO4 . 5H2O(l)

∆H     = ∆H produk – ∆H reaktan

           = 0 KJ/mol – (38,48 KJ/mol + 5(-285,8 KJ/mol)

           = 0 KJ/mol – (38,48 KJ/mol – 1429 KJ/mol)

           = 0 KJ/mol – (-1390,52 KJ/mol)

           = 1390,52 KJ/mol

8.      Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil eksperimen adalah suhu, konsentrasi, dan kalor jenis.