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 Qp = atau Qv = 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
110oC 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 40oC 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 (Tc) : 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 (Tc)
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
(Tc)
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 (Tc)
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
30oC 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:
CuSO4
(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.