Penentuan kalor reaksi

A.    Judul Percobaan

Penentuan kalor reaksi

B.     Tujuan Percobaan

Menentukan kalor pelarutan integral CuSO₄ dan CuSO₄.5H₂O dengan menggunakan calorimeter sederhana

C.    Landasan Teori

Kimia termo mempelajari perubahan panas yang mengikuti reaksi kimia dan perubahan-perubahan fisika (pelarutan, peleburan, dan sebagainya). Satuan tenaga panas biasanya dinyatakan dengan kalori, joule atau kilo kalori.

1 Joule = 10⁷ erg = 0,24 kal

atau

1 kal = 4,184 Joule

Untuk menentukan perubahan panas yang terjadi pada reaksi-reaksi kimia, dipakai kalorimeter besarnya panas reaksi kimia dapat dinyatakan pada tekanan tetap dan volume tetap (Sukardjo, 2002: 11).

            Panas reaksi diukur dengan bantuan calorimeter. Harga  diperoleh apabila reaksi dilakukan dalam calorimeter bom, yaitu pada volume konstan dan  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 Q_p =  atau Q_v =  adalah fungsi keadaan yang ada (Dogra, 1990: 328).

Prinsip kerja dari bomb calorimeter adalah bahan bakar yang akan diukur dimasukkan ke dalam bejana kemudian diisi oksigen dengan tekanan tinggi. Kemudian bomb calorimeter ditempatkan di dalam bejana yang berisi air dan bahan bakar tersebut dinyalakan menggunakan sambungan listrik dari luar. Suhu yang diukur sebagai fungsi waktu setelah penyalaan, pada saat suhu bomb calorimeter tinggi keseragaman suhu air disekeliling bomb calorimeter harus dijaga dengan suatu pengaduk (Adityo, 2016: 29).

Kalor jenis suatu zat adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sejumlah zat sebesar satu derajat Celsius. Kalor jenis merupakan sifat intensif, sedangkan kapasitas kalor merupakan sifat ekstensif. Hubungan antara kapasitas kalor dan kalor jenis suatu zat adalah:

C = m.s

Dimana m adalah massa zat dalam gram (Chang, 2004: 172).

Hukum pertama termodinamika menunjukkan bahwa perubahan energy dalam ( tidak dapat diukur, tetapi dapat dihitung dari nilai kalor (q) dan kerja (w). kalor dapat diukur dengan percobaan dan kerja dapat dihitung dari perubahan volume dan tekanan yang melawan perubahan itu. Yang menjadi masalah, bagaimana agar kalor yang menyertai proses dapat ditentukan tanpa mengukur tetapi dengan menghitungnya. Tujuannya agar kita bisa meramalkan suatu peristiwa tanpa melakukan percobaan terlebih dahulu. Peristiwa fisika dan kimia, baik yang dilakukan manusi maupun yang alami, dapat berlangsung di ruang tertutup atau di udara terbuka. Proses di udara terbuka berarti bahwa di bawah tekanan udara luar yang relative konstan. Umumnya peristiwa alami yang berlangsung di udara terbuka seperti air laut menguap, besi berkarat, dan tanaman bertumbuh (Syukri, 1999: 79).

Kalor, biasanya dilambangkan dengan q atau Q, merupakan salah satu bentuk energy yang dapat dipertukarkan oleh system dan lingkungan karena adanya perbedaan suhu. Untuk memudahkan pemahaman, penggunaan nilai kalor yang dipertukarkan antara system dan lingkungan harus konsisten dengan suatu perjanjian. Q berniali positif apabila system menerima kalor dari lingkungan. Sebaliknya, Q bernilai negative apabila system melepaskan kalor ke lingkungan. Kalor yang diserap system untuk menaikkan suhunya sebesar satu derajat disebut kapasitas kalor yang biasa dinyatakan dengan symbol C (Rohman, 2004: 41).

Kalor yang menyertai suatu reaksi dapat ditentukan dengan percobaan laboratorium. Zat pereaksi yang terukur direaksikan di dalam calorimeter, yaitu alat yang akan mengukur kalor yang dihasilkan atau diserap reaksi tersebut. Jika reaksi eksotermik, kalor yang dihasilkan akan menaikkan suhu air dalam calorimeter. Besarnya kalor dapat dihitung dari kenaikan suhu dan massa air di dalam alat tersebut. Sebaliknya, jika reaksi endotermik, maka suhu air akan turun sehingga dapat dihitung kalor yang diserap reaksi. Walaupun ada lat untuk mengukur kalor reaksi, tetapi ada reaksi yang berlangsung terlalu cepat atau lambat sehingga sulit diukur. Di samping itu, ada reaksi yang tidak terjadi tetapi kita ingin mengetahui kalor reaksinya. Masalah ini dapat dipecahkan dengan menggunakan hukum Hess yang menyatakan bahwa kalor yang menyertai suatu reaksi tidak bergantung pada jalan yang ditempuh, tetapi hanya pada keadaan awal dan akhir (Syukri, 1999: 86).

Jika benda menerima kalor, maka kalor itu digunakannya untuk menaikkan suhu benda, atau berubah wujud. Benda yang berubah wujud dapat berupa mencair, atau menguap. Kalor hasil pembakaran sempurna disebut sebagai kalor reaksi. Perubahan kalor pada suatu reaksi dapat diukur melalui pengukuran perubahan suhu yang terjadi pada reaksi tersebut (Tasi, 2011: 164).

Perpindahan kalor dapat terjadi secara radiasi, konveksi, atau konduksi. Radiasi adalah energy gerakan foton berupa gelombang elektromagnetik, seperti mengalirnya sinar matahari ke bumi. Konveksi adalah energy gerakan partikel, seperti aliran molekul gas atau cairan dari satu tempat ke tempat lain. Konduksi adalah aliran energy melalui tumbukan partikel materi yang berdekatan secara sambung menyambung (Syukri, 1999: 86).

Kristal CuSO₄.5H₂O berupa padatan Kristal biru ini dapat dibuat dengan mereaksikan tembaga dengan asam sulfat dan asam nitrat yang kemudian dipanaskan dan hingga terbentuk Kristal. Selain dengan bahan baku logam tembaga, Kristal CuSO₄.5H₂O juga bisadibuat dari tembaga bekas ataupun tembaga yang telah berada dalam bentuk sponge yang dapat diperoleh dari larutan CuCl₂ (Fitrony dkk, 2013: 121).

D.    Alat dan bahan

1.      Alat

a.       Gelas kimia 50 mL                                   1 buah

b.      Gelas kimia 100 mL                                 1 buah

c.       Calorimeter                                              2 buah

d.      Kaki tiga                                                  1 buah

e.       Kasa asbes                                                1 buah

f.       Lumpang                                                  1 buah

g.      Alu                                                           1 buah

h.      Pembakar spiritus                                     1 buah

i.        Neraca analitik                                         1 buah

j.        Stopwatch                                                1 buah

k.      Thermometer 110^oC                                 1 buah

l.        Sendok                                                     1 buah

m.    Cawan                                                      1 buah

n.      Lap kasar                                                  1 buah

o.      Lap halus                                                  1 buah

2.      Bahan                              

a.       Kristal tembaga (II) sulfat pentahidrat    (CuSO₄.5H₂O)

b.      Aquades                                                   (H₂O)

c.       Kristal tembaga (II) sulfat anhidrat         (CuSO₄)

d.      Tissu

e.       Korek api

E.       Prosedur Kerja

1.        Penentuan tetapan kalorimeter

a.         Sebanyak 50 mL air dimasukkan ke dalam kalorimeter kemudian dicatat temperaturnya

b.        Air dipanaskan dalam gelas kimia hingga suhu 40^oC dan pada menit ke enam dimasukkan 50 mL air panas di dalam calorimeter yang telah diisi air dingin

c.         Suhu air dalam calorimeter setiap satu menit dicatat sambil terus diaduk dan pencatatan dilakukan hingga diperoleh suhu konstan

d.        Kurva hubungan antara waktu dan suhu dibuat

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

a.         Kristal CuSO₄.5H₂O sebanyak 5,0097 gram ditimbang

b.        Kristal kemudian digerus sampai halus

c.         Sebanyak 100 mL aquades dimasukkan ke dalam calorimeter dan dicatat suhunya setiap satu menit sebanyak lima kali pembacaan

d.        Serbuk halus CuSO₄.5H₂O sebanyak 5,0097 gram ditambahkan kepada calorimeter dan diaduk

e.         Suhu saat Kristal ditambahkan dicatat dan dilanjutkan dengan pembacaan suhu setiap satu menit sampai diperoleh suhu konstan

f.         Kristal CuSO₄ anhidrat ditimbang sebanyak 5,0007 gram

g.        Sebanyak 100 mL air dimasukkan ke dalam calorimeter dan dimasukkan ke dalamnya CuSO₄ anhidrat kemudian diaduk dan suhu campuran dicatat setiap satu menit hingga konstan

h.        Kurva hubungan antara waktu dan suhu dibuat

F.       Hasil Pengamatan

1.        Penentuan tetapan calorimeter

Volume air dingin (V₁)    : 50 mL

Volume air panas (V₂)      : 50 mL

Suhu air panas (T₂)           : 48

a.         Suhu air dingin (T₁)

No.	Menit ke-	Suhu
1. 2. 3. 4. 5. 6.	1 2 3 4 5 6	31 31 30 30 30 30

Suhu konstan air dingin: 30

b.        Suhu campuran air dingin dan air panas

No.	Menit ke-	Suhu
1. 2. 3. 4. 5. 6.	1 2 3 4 5 6	43 40 40 40 40 40

Suhu konstan pada campuran air dingin dan air panas (T_c) : 40

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

a.       Massa CuSO₄.5H₂O         : 5,0097 gram

Volume H₂O                    : 100 mL

Suhu saat Kristal ditambahkan (T₁) : 32

Suhu campuran serbuk CuSO₄.5H₂O dan air (T_c)

No.	Menit ke-	Suhu
1. 2. 3. 4. 5. 6.	1 2 3 4 5 6	32 31 30 30 30 30

Suhu konstan pada campuran serbuk CuSO₄.5H₂O dan air : 30

b.      Massa CuSO₄ anhidrat     : 5,0007gram

Volume H₂O                    : 100 mL

Suhu saat kristal CuSO₄ anhidrat ditambahkan (T₂) : 34

Suhu campuran CuSO₄ anhidrat dan air (T_c)

No.	Menit ke-	Suhu
1. 2. 3. 4. 5. 6.	1 2 3 4 5 6	34 34 33 33 33 33

Suhu konstan pada campuran CuSO₄ anhidrat dan air (T_c)

G.      Analisis Data

1.        Penentuan tetapan calorimeter

Dik :    V₁ air dingin    : 50 mL

            V₂ air panas     : 50 mL

             air                 : 1 gram/mL

            m₁ air dingin    : 50 mL  1 gram/mL = 50 gram

            m₂ air panas     : 50 mL  1 gram/mL = 50 gram

            T₁ air dingin    : 30C = 303 K

            T₂ air panas      : 30C = 303 K

            C                     : 4,2 J/g K

Dit:      K . . . .?

            Q₁. . . .?

            Q₂. . . .?

Peny:

a.       K =

     =

            =       

= -42 J/K

b.      Q₁ (Kalor yang diserap air dingin)

Q₁ = m . c.

            =

            = 2100 J

c.       Q₂(Kalor yang dilepas air panas)

Q₂                 =

           =

           = 1680 J

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

Dik :         K                                 : -42 J/K

                 m CuSO₄.5H₂O           : 5,0097 gram

                 Mr CuSO₄.5H₂O         : 246 gram/mol

                 m CuSO₄                     : 5,0007 gram

Mr CuSO₄                   : 160 gram /mol

Dit: . . . . ?

Peny:

a.       n CuSO₄.5H₂O

n CuSO₄.5H₂O     =

                             =

                             = 0,0203 mol

b.      Kalor yang diserap kalorimeter (Q₁)

Q₁ = k . T

                 = -42 J/K . (303-305)K

                 = 84 J

                 = 0,084 kJ

c.       Kalor yang diserap air (Q₂)

Q₂ = m.c. T

                 = (1 gram/mL . 100 mL) . 4,2 J gram^-K^-(303-305)K

                 = -840 J

                 = -0,84 kJ

d.      Kalor pelarut integral CuSO₄.5H₂O (H₁)

H₁              =

                 =

                        = -37,2413 kJ/mol

e.       mol CuSO₄ anhidrat

n CuSO₄ anhidrat =

                             =

                             = 0,0312 mol

f.       Kalor yang diserap calorimeter (Q₁)

Q₁ = k . T

                 = -42 J/K . (306-307)K

                 = 42 J

                 = 0,042 kJ

g.      Kalor yang diserap air (Q₂)

Q₂ = m.c. T

                 = (1 gram/mL . 100 mL) . 4,2 J gram^-K^-(306-307)K

                 = -420 J

                 = -0,42 kJ

h.      Kalor pelarut integral CuSO₄ anhidrat (H₁)

H₁              =

                 =

                        = -12,1153 kJ/mol

i.        Kalor pelarutan integral

H            = H₂ - H₁

                 = (-31,2413 + (-12,1153)) kJ/mol

                 = 49,3566 kJ/mol

H.    Grafik

1.      Penentuan tetapan kalorimeter

a.       Hubungan antara waktu dan suhu air dingin

b.      Hubungan antara waktu dan suhu campuran air panas dan air dingin

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

a.       Hubungan antara waktu dan suhu campuran CuSO₄.5H₂O

b.      Hubungan antara waktu dan suhu campuran CuSO₄ anhidrat

I.       Pembahasan

Percobaan penentuan kalor reaksi dilakukan dengan tujuan untuk menentukan kalor pelarutan integral CuSO₄  dan CuSO₄. 5H₂O dengan menggunakan calorimeter sederhana. Kalor , biasanya dilambangkan dengan q atau Q , merupakan salah satu bentuk energy yang dapat dipertukarkan oleh system dan lingkungan kerena adanya perbedaan suhu (Rohman,2004:41). Pada percobaan ini dilakukan dua kegiatan yaitu penentuan tetaoan calorimeter dan penentuan kalor pelarutan intergral cuSO₄  dan cuSO₄. 5H₂O.

1.      Penentuan Tetapan Kalorimeter

Percobaan ini dilakukan untuk menentukan tetapan kalorimeter. Penentuan tetapan kalorimeter dilakukan karena kalorimeter dapat menerima panas sehingga harus dikalibrasi menggunakan tetapan kalorimeter. Dengan menggunakan tetapan kalorimeter ini dapat diukur besarnya kalor yang diserap oleh kalorimeter  sehingga perubahan kalor dalam reaksi dapat diukur secara keseluruhan.

Percobaan ini dilakukan dengan mencampurkan air dingin dengan air panas kedalam kalorimeter  adalah alat yang akan mengukur kalor yang dihasilkan atau diserap reaksi (Syukri,1999:85). Larutan kemudian diaduk dan dicatat suhunya hingga konstan. Suhu konstan air dingin yang diperoleh adalah 30^oC dan pada campuran air dingin dan air panas adalah 40 ^oC. Adapun suhu air panas yang digunakan adalah 48 ^oC suhu campuran tersebut sesuai dengan asas Black yaitu dua benda yang suhunya berbeda dan dicampur, maka benda yang lebih panas melepas kalor kepada benda yang lebih dingin sampai suhu keduanya sama sehingga jika energy dari reaksi kimia eksotermal diserap air, perubahan suhu dalam air akan mengukur jumlah panas yang ditambahkan.

Fungsi pengadukan secara terus menerus adalah agar penyebaran  kalor dapat merata pada kalorimeter. Pemanasan H₂O berfungsi untuk membandingkan suhu air panas dan suhu air dingin didalam kalorimeter. Adapun nilai tetapan kalorimeter (K) yang diperoleh -42 J/K. Nilai minus pada tetapan kalorimeter tidak sesuai dengan teori yang menyebabkan nilai kalor yang diterima air dingin (2100 J) lebih besar dibandingkan dengan nilai kalor yang diterima (1680 J). Dalam hal ini terjadi reaksi eksoterm dimana kandungan panas dalam system menurut sehingga system melepaskan kalor ke lingkungan.

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

Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan Kristal CuSO₄  dan CuSO₄. 5H₂O yang akan ditentukan kalor peelarutanya. Kristal cuSO₄.5H₂Oterlebih dahulu digerus karena kristal ini berupa butiran yang cukup besar sehingga untuk memudahkannya larut pada kalorimeter,harus digerus. Semakin kecil ukuran kristal maka luas permukaan bidang sentuhnya akan semakin besar sehingga menjadi mudah terjadi tumbukan dengan air sehingga dapat larut. Serbuk CuSO₄.5H₂O kemudian dimasukkan kedalam kalorimeter dan diaduk. Suhu larutan dicatat setiap  1 menit. Suhu konstan perlu ditentukan untuk memudahkan dalam perhitungan harga kalor yang diserap atau dilepas karena jika suhunya tidak konstan akan sulit untuk menentukan  suhu mana yang akan digunakan  dalam perhitungan. Fungsi pengadukan adalah agar semua kristal larut dan tidak mengendap.

Percobaan terhadap Kristal cuSO₄  anhidrat dilakukan dengan perlakuan yang sama dengan CuSO₄. 5H₂O, tetapi Kristal CuSO₄  anhidrat tidak digerus karena bentuk Kristal cuSO₄  yang seperti serbuk sehingga dapat mudah larut tanpa penggerusan.

Adapun harga kalor pelarutan integral CuSO₄. 5H₂O yang diperoleh adalah -37,2413 KJ/mol dan CuSO₄  anhidrat adalah -12,1153 KJ/mol. Kalor pelarutan intergral dari percobaan adalah 49,3566 KJ/mol yang berarti bahwa kalor yang dilepas  saat berlangsungnya reaksi adalah 49,3566 KJ/mol. Adapun reaksinya adalah:

CuSO_{4 (s)} + 5H₂O_(l)àCuSO₄. 5H₂O

J. Penutup

1.        kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, nilai tetapan kalorimeter yang diperoleh adalah -42 J/K. Adapun kalor pelarutan intergral CuSO₄. 5H₂O adalah -37,2413 KJ/mol dan CuSO₄  anhidrat adalah -12,1153 KJ/mol. Kalor pelarutan intergral CuSO₄  menjadi CuSO₄5H₂O sebesar 49,3566 KJ/mol.

2.      Saran

Praktikan selanjutnya disarankan untuk lebih berhati-hati dalam menggunakan alat dan bahan dalam praktikum untuk menghidari terjadinya kerusakan. Diharapkan pula agar praktikan lebih teliti dalam pengambilan data agar data tang diperoleh lebih akurat.

DAFTAR PUSTAKA

Aditya dan Azamataufiq B.2016. Nilai Kalor Campuran Premium Dengan Bahan Bakar Polypropylene Hasil Proses Pirolisi. Jurnal ilmiah rotary. Vol.1.No.1.

Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar Edisi Ketiga Jilid 1 . Jakarta : Erlangga.

Dogra S.K. dan S.Dogra. 1990. Kimia Fisik Dan Soal-Soal.Jakarta: UI press.

Fitrony, Rizqy F.,Laitul Q. dan Mahfud.2013. Pembetukan Kristal Tembaga Sulfat Pentahidarat (CuSO₄. 5H₂O) Dari Tembga Bekas Kumparan.Jurnal Teknik Pomits. Vol.2 No.1.

Rohman, Ijang dan Sri Mulyani. 2004. Kimia Fisik .1 Malang : JICA.

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

Syukri. 1999. Kimia Dasar 1. Bandung: ITB.

Tazi, I. DAN Sulistiana.2011. Uji Kalor Bahan Bakar Campuran Biotenal Dan Minyak Goreng Bekas. Jurnal Neutrino. Vol.3. No.2.

JAWABAN PERTANYAAN

1.      Jika diketahui Q₁ merupakan kalor yang diserap air dingin dan Q₂adalah kalor yang dilepas air panas dan dt adalah suhu akhir dikurang suhu mula-mula, maka :

Q₁ = m₁.c ( Tc- T₁)

Q2 = m2.c (T2- Tc )

Dt = Tc – T1

K =

    =

2.      Nilai tetapan kalorimeter dalam menentukan kalor reaksi atau kalor pelarutan system yaitu untuk menentukan kalor yang diserap calorimeter dalam percobaan yang kemudian digunakan untuk menentukan kalor pelarutan intergral.

3.      Cara menentukan suhu awal dan suhu akhir dalam percobaan yaitu suhu awal denga melihat suhu air dingin yang dimasukkan kedalam calorimeter, sedangkan suhu akhir yaitu suhu campuran yang konstan.

4.      Rumusan kalori reaksi yaitu Q = m. c. ∆T dimana c merupakan kalor jenis pada fungsi suhu yang dikalikan dengan suhu larutan yang memiliki satuan Kelvin (K).

5.      Nilai ketetapan calorimeter= 42 J/K

6.      Nilai kalor penetralan :

∆H cuSO₄. 5H₂O  = -37,2413 Kj/mol

∆H cuSO₄                     = - 12,1153 KJ/mol

7.      Kalor pelarutan CuSO₄  menjadi CuSO₄. 5H₂O  adalah -49,3566 KJ/mol

8.      Factor-faktor yang mempengaaruhi hasil eksperimen adalah penggerusan CuSO₄. 5H₂O , pembacaan skala thermometer, pengadukan, dan jenis dari kalorimeter.

Read More