Laporan Praktikum Kimia Fisika PENENTUAN PERUBAHAN ENTALPI (Hc) DENGAN MENGGUNAKAN KALORIMETER BOM 18 Maret 2014
Dosen Pembimbing : Fitri Khoerunnisa Ph.D.
Disusun oleh : Dinar Khairunisa (1307218)
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2014
BAB I PENDAHULUAN A.
Judul
: Penentuan Perubahan Entalpi Pembakaran (Hc ) dengan menggunakan Kalorimeter Bom
B.
Tanggal Praktikum
: 18 Maret 2014
C.
Tujuan Praktikum
: Menentukan Entalpi Pembakaran (Hc ) Naftalena menggunakan kalorimeter bom
D.
Dasar Teori
:
Salah satu aplikasi Hukum Pertama Termodinamika di dalam bidang kimia adalah termokimia, yaitu ilmu yang mempelajari efek panas yang terjadi baik pada proses fisis maupun dalam reaksi kimia. Proses yang menyebabkan kalor dipindahkan dari sistem kelingkungan disebut eksoterm, sedangkan jika sistem pada proses tersebut menyerap kalor (kalor dipindahkan dari lingkungan ke dalam sistem) prosesnya disebut endoterm. Jenis kalor yang menyertai suatu proses biasa dinamai dengan jenis proses tersebut, misalnya kalor pelarutan, yaitu kalor yang menyertai proses perubahan fisik fasa zat terlarut ke dalam fasa pelarutnya (biasanya yang dibahas berupa pelarut cair). Kalor pembakaran yaitu kalor yang dihasilkan dari reaksi pembakaran suatu zat tersebut.(Mulyono, HAM. 2008:408) Perubahan entalpi (Hc) menyatakan besarnya kalor yang menyertai suatu reaksi pada tekanan tetap. Secara eksperimen , pengukuran perubahan entalpi suatu reaksi tidak hanya dapat dilakukan pada tekanan tetap tetapi dapat juga dilakukan pada volume tetap. Besarnya kalor yang menyertai suatu reaksi yang diukur pada volume tetap dinyatakan sebagai perubahan energi dalam (U). Suatu proses dapat berlangsung pada volume tetap dan tekanan tetap. Jadi besarnya kalor reaksi bergantung pada kondisi reaksi. Pada volume tetap , kalor yang menyertai proses tersebut merupakan perubahan energi dalam Qv = U. Pada tekanan tetap, Q adalah perubahan entalpi, Qp = H. Eksperimen di laboratorim lebih banyak dilakukan pada tekanan tetap sehingga kalor yang dihasilkannya merupakan perubahan entalpi. ( Tim Kimia Fisika 2014)
2
Kalorimeter Bom Pengukuran kalor yang menyertai perubahan fisika atau kimia disebut kalorimeter dan alat yang digunakan untuk mengukur kalor adalah kalorimeter. Salah satu reaksi kimia yang dapat ditentukan perubahan entalpinya dengan cukup mudah adalah reaksi pembakaran. Cara terbaik penentuan perubahan entalpi pembakaran suatu cuplikan adalah dengan menggunakan cara autoklaf (bom berthelot), suatu kalorimeter air klasik yang dilengkapi dengan mantel yang bersifat isotherm. Dalam Kalorimeter ini pembakaran cuplikan dilakukan dalam oksigen bertekanan tinggi. Rancangan asli autoklaf yang digunakan sebagai tempat reaksi pembakaran telah banyak mengalami meodifikasi. Selama pembakaran sampel dalam kalorimeter, keseluruhan bejana berada dalam badan kalori meter yang berisi air. Kalor yang dilepaskan oleh reaksi pembakaran ditentukan melalui pengukuran suhu air di badan kalorimeter. Proses pembakaran yang berlangsung dalam kalorimeter bom terjadi pada volume tetap. Sehingga, kalor reaksi yang terukur merupakan perubahan enegi dalam (U). Dalam eksperimen ini dilakukan penetuan perubahan entalpi pembakaran. Suatu cuplikan dengan menggunakan kalorimeter bom. Reaksi pembakaran merupakan reaksi yang bersiat eksoterm. Sehingga, sesuai dengan hukum konservasi energi, bahwa kalor yang dilepaskan oleh reaksi pembakaran sama dengan kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu air dalam badan kalori meter ditambah dengan kalor yang dserap oleh kalori meter secara matematis dirumuskan sebagai berikut :
Q lepas = Q serap Q reaksi = Q serap (air dan kalori meter) Q reaksi = ( Ck x U)
Pengukuran kalor dilakukan dengan menentukan perubahan suhu yang terjadi selama proses perubahan kimia atau fisika berlangsung. Dalam semua kalorimeter, perubahan suhu yang diukur adalah suhu kalorimeter beserta suhu seluruh isinya dan dari T dihitung jumlah kalor yang terjadi akibat sistem melakukan reaksi atau sistem mengadakan perubahan keadaan. Oleh sebab itu kapasitas kalor dari kalorimeter dan juga kapasitas kalor dari sistem reaksi harus diketahui. Kapasitas kalor ini digunakan untuk menghubungkan perubahan suhu terukur dengan jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan, selama proses perubahan keadaan 3
berlangsung . Kapasitas kalor kalorimeter (disebut juga harga air kalorimeter, “Ck”, satuan J/oC ) adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu kalorimeter sebesar 1 oC. besarnya harga Ck dapat ditentukan salah satunya dengan kalibrasi kalorimeter. (Tim Kimia Fisika : 2014) Reaksi yang terjadi pada kalorimeter bom berada pada volume yang tetap karena bejana bom tidak dapat membesar atau mengecil. Berarti bila gas terbentuk dalam reaksi ini, tekanan akan membesar maka tekanan pada sistem berubah karena pada keadaan volume yang tetap maka panas yang diukur dengan kalorimeter bom disebut panas reaksi pada volume tetap (Raymond Chang 2003 : 114)
E. Alat : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
F.
Alat dan Bahan
Neraca analitik Kalorimeter Bom Tang penjepit Termometer Stopwacht Kain Lap Jarum
: 1 set : 1 set : 1 buah : 1 buah : 1 buah : 1 buah : 1 buah
Bahan : 1. Air ±4L 2. Gas Oksigen ± 60 atm (untuk 2 kali) 3. Asam Benzoat 0,3378 gram 4. Naftalena 0,564 gram 5. Kawat ± 20 cm
Set Alat
4
G.
Tabel Spesifikasi Bahan
No 1.
Bahan Asam Benzoat
2.
Oksigen
3.
Air
4.
Naftalena
5.
Kawat
Sifat Fisika Sifat Kimia Wujud : padatan putih Termasuk asam organik Kristal, berbentuk jarum. Rumus kimia : C6H5COOH Massa molar : 122,12 g/mol Hc = 6318 kal/g Bahaya : Menyebabkan iritasi Penanggulangan : hindari kontak langsung Wujud : Gas yang tidak Golongan unsur halogen berwarna , gas yang tidak Keelektronegatifan 3,44 berbau Rumus Molekul O2 Bahaya : Jika terlalu banyak, mudah terbakar. Penanggulangan : jangan didekatkan dengan bahan yang mudah terbakar Wujud : Cairan tidak Memiliki gaya berwarna dan tidak berbau intermolekul yang kuat ( Ρ = 0,998 g/mL Ikatan Hidrogen ) C = 4,184 Joule Rumus molekul H2O Bahaya : Menimbulkan ledakan jika bereaksi dengan logam reaktif Penanggulangan : Menjauhkan air dari kontak langsung dengan logam – logam reaktif. Wujud : Padatan Putih Merupakan senyawa Hc teoritis = 5150 kj/mol hidrokarbon aromatic Rumus kimia C10H8 pengusir nyengat. Sebagai bahan dasar pembuatan resin. Bahaya : jika berlebih merusak sel – sel darah merah, paparan, kebingungan, mual, sakit kepala, penyakit kuning. Penanggulangan : aliri air pada bagian yang terkontaminasi Wujud : padat Bahan peralatan listrik. Hc = 2,3 kal/cm 5
BAB II ANALISIS DATA A. Pengolahan Data 1. Tabel pengamatan suhu pada penentuan Ck 30 detik ke1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29.
Suhu/ oC 26,12 26,12 26,12 26,13 26,13 26,13 26,14 26,14 26,14 26,14 26,14 26,14 26,15 26,15 26,15 26,15 26,16 26,16 26,16 26,16 26,16 26,16 26,16 26,16 26,17 26,31 26,81 26,90 27,02
30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51.
27,14 27,20 27,24 27,28 27,30 27,30 27,32 27,32 27,34 27,35 27,35 27,35 27,35 27,35 27,35 27,35 27,35 27,35 27,35 27,35 27,35 27,35
Ket : : Tombol penyulut ditekan T awal Konstan : 26,16 T akhir Konstan : 27,35
2. Tabel pengamatan suhu pada pembakaran naftalena 30 detik ke-
Suhu/ oC
1. 2.
26,50 26,50 6
26,50 26,50 26,50 26,50 26,50 26,50 26,50 26,50 26,80 27,60 27.98 28,20 28,44 28,50 28,60 28,63 28,65 28,68 28,70
3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.
22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31.
28,71 28,71 28,72 28,72 28,72 28,72 28,72 28,72 28,72 28,72
Keterangan : : Tombol penyulut ditekan T awal Konstan : 26,50 T akhir Konstan : 28,78
3. Data yang telah diketahui dari Percobaan Pertama dan Kedua a. Penentuan CK -
Hc Asam Benzoat (AB)= 6318 kal/g U pembakaran AB = 771554,16 kal/mol M Tablet Asam Benzoat = 0,4309 g Panjang awal kawat = 10 cm Massa awal kawat = 0,015 g Hc Kawat = 2,3 kal/cm Panjang akhir kawat = 9,05 cm Massa akhir kawat = 0,012 g V air yang dimasukan =2L T Awal Konstan = 26,16oC T Akhir Konstan = 27,35oC T = 1,19 oC
b. Pembakaran Naftalena -
M Tablet Naftalena Panjang awal kawat Massa awal kawat Hc Kawat
= 0,564 g = 10 cm = 0,013 g = 2,3 kal/cm 7
-
Panjang akhir kawat Massa akhir kawat V air yang dimasukan T Awal Konstan T Akhir Konstan T
= 5,4 cm = 0,011 g =2L = 26,50oC = 28,72 oC = 2,22 oC
4. Menghitung Ck - Cara ke-1
(
)
(
(
) )
(
)
(
)
(
))
⁄ ⁄
⁄
-
Cara ke-2
(
)
(
)
⁄
5. Penentuan
Naftalena
(
) 8
(
) diasumsikan mirip dengan gas ideal maka ;
)
(
6. Menghitung Persen Kesalahan |
|
|
|
|
|
9
B. Pembahasan Dalam percobaan penentuan perubahan entalpi pembakaran (
) Naftalena dengan
menggunakan Kalorimeter Bom, terlebih dahulu harus mengetahui kapasitas Kalorimeter Bom, maka untuk menentukan kapasitas Kalorimeter Bom dilakukan kalibrasi, kalibrasi ini menggunakan Asam Benzoat, karena Asam Benzoat telah diketahui pasti kalor pembakarannya yaitu -6318 kal/g , ini memenuhi syarat senyawa yang digunakan untuk kalibrasi kalorimeter bom, selain itu asam benzoat mudah ditemukan dalam bentuk murninya dan dalam percobaan asam benzoat dibuat bentuk tablet agar mudah digantungkan pada kawat. Prinsip kerja kalorimeter Bom merupakan sistem terisolasi, dimana tidak ada pertukaran materi maupun kalor dari sistem ke lingkungan, persamaan reaksi untuk pembakaran 1 mol asam benzoat adalah C6H5COOH (s) + 7 ½ O2 (g) 7 CO2 (g) + 3 H2O (g) namun pada percobaan ini reaksi pembakaran asam benzoat berlangsung secara tidak sempurna, hal ini ditandai dengan adanya karbon yang tersisa, apabila reaksi berlangsung sempurna maka reaksi pembakarannya hanya dihasilkan gas karbon dioksidanya dan uap air, tidak dihasilkan karbon. Adanya karbon tersisa ini atau reaksi berlangsung tidak sempurna dikarenakan kurangnya O2 yang dimasukan kedalam sistem. Akibat dari pembakaran ini kalor reaksi (kalor yang dikeluarkan alat bom (pembakaran asam benzoat)) akan sama dengan kalor yang diterima oleh air dan kalorimeternya. Hal ini, mengakibatkan terjadinya perubahan suhu ( ) selama proses berlangsung. Proses perubahan suhu ini dilakukan pada 3 tahap, yaitu tahap pertama ( disebut periode awal) yaitu tahap sebelum reaksi dilakukan, pengamatan perubahan suhu pada periode awal dilakukan setelah suhunya menjadi konstan. Tahap kedua yaitu periode utama dimana reaksi dalam kalorimeter berlangsung. Dan tahap ketiga yaitu periode akhir, dimana diperkirakan reaksi telah selesai. Kenaikan suhu berlangsung diamati setiap 30 detik, pada percobaan ketika reaksi pembakaran berlangsung, terjadi kenaikan suhu, sampai dengan reaksi selesai (habis bereaksi) saat suhu konstan dan tidak mengalami perubahan, perubahan suhu yang terjadi dari periode awal sampai dengan periode akhir sebesar kalibrasi = 1,19oC. Dari perubahan suhu tersebut dapat digunakan untuk menentukan kapasitas kalor kalorimeter bom (Ck), dimana nilai dari Ck dapat digunakan untuk menentukan besarnya Hc Naftalena, 10
nilai Ck yang diperoleh dari perhitungan adalah 2284,81 kal/ oC yang artinya jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu kalorimeter sebesar 1 oC adalah 2284,81kal. Percobaan untuk menentukan kalor pembakaran (Hc) Naftalena tidak jauh berbeda dengan percobaan penentuan kapasitas kalorimeter (Ck) pada saat menggunakan kalorimeter bom untuk pembakaran asam benzoat, hanya saja pada saat pembakaran Naftalena terjadi pembakaran sempurna, dan juga dilakukan pengamatan suhu pada tiga periode. Persamaan reaksi : C10H8 (s) + 12O2 (g) 10 CO2 (g) + 4 H2O (g) Dari percobaan ini didapat T = 2,22 oC. dari perubahan suhu tersebut dan Ck yang telah didapat tadi dapat menemukan kalor reaksi, dalam percobaan ini gas di asumsikan sebagai gas ideal sehingga perubahan entalpi pembakaran naftalen dapat diketahui, dari hasil perhitungan Hc Naftalena adalah
%
, dengan
, dengan Hc teoritis adalah 5150,09 kj/mol
Analisis faktor kesalahan dalam praktikum kali ini dapat disebabkan karena kurang telitinya dalam pembacaan suhu termometer, sehingga akan mempengaruhi nilai Ck maupun Hc , selain itu dalam pengisian tekanan gas oksigen yang kurang akan menyebabkan reaksi pembakaran berlangsung tidak sempurna, pengukuran sisa kawat yang terbakar, dapat menjadi faktor kesalahan. Karena sisa kawat sudah tidak lurus lagi. Sehingga panjang kawat sulit untuk ditentukan dengan hasil yang akurat.
11
BAB III KESIMPULAN Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan yaitu Penentuan Perubahan Entapi pembakaran Naftalena Menggunakan Kalorimeter Bom didapat nilai Hc (Kalor Pembakaran) sebesar
dengan persen kesalahan sebesar
6,27%.
12
DAFTAR PUSTAKA
HAM Mulyono (2008) Kamus Kimia Jakarta : Bumi Aksara Imam Khasani (1998) MSDS : Lembar data Keselamatan Bahan Bandung : UPI Tim Kimia Fisika (2014) Pedoman Praktikum Kimia Fisika Bandung : Jurusan Pendidikan Kimia UPI
13
LAMPIRAN
14
Pra Lab
1. Jelaskan bagaimana cara menentukan perubahan suhu dalam percobaan yang anda lakukan ! -
Untuk menentukan suhu awal dilakukan dengan mencatat suhu setelah pengaduk dalam kalorimeter bom dijalan dan sebelum tombol penyulut di nyalakan. Suhu awal adalah suhu konstan pada selang itu (periode awal) dalam percobaan minimal pada pengamatan suhu selama ± 5 menit pertama.
-
Untuk menentukan suhu akhir ditentukan pada saat proses pembakaran terjadi, suhu akhir ini adalah suhu maksimum . sebelum terjadi penurunan suhu , dalam kurva dilihat pada awal periode akhir.
-
Melalui ektrapolasi
2. Sebutkan cirri-ciri suatu reaksi pembakaran yang berlangsung tidak sempurna -
Masih terdapat sisa cuplikan yang dibakar
-
Suhu relative konstan
3. Jelaskan Bagaimana cara memperkecil kesalahan yang diakibatkan karena radiasi kalor didalam kalori meter Dengan menyimpan kalorimeter bom dalam penangas yang suhunya konstan
Post Lab
1. Jelaskan hubungan antara perubahan entalphi dan perubahan energi dalam untuk reaksi yang tidak menghasilkan perubahan mol gas sebelum dan sesudah reaksinya!
H = U + PV du = đq + đw du = đq – P dV Karena dilakukan pada V tetap, maka V = 0 du = đq – 0 du = đq u = q
15
Hubungan perubahan entalpi H = U+ P V + V P Karena dilaksanakan pada Volume tetap, maka V = 0 H = U+ V P Karena gas dianggap ideal H = U +
H = U + Karena tidak menghasilkan perubahan mol, maka = 0 H = U + 0 H = U Jadi q = U + H
2. Carilah nilai kawat pembakaran yang dipakai dalam percobaan! Jawab : Dik : -
Kalorjenis kawat = 2,3 kal/cm
-
Panjang kawat terbakar, saat pembakaran Asam Benzoat = 0.95cm
-
Panjang kawat terbakar, saat pembakaran Naftalena = 4.6cm
Q kawat saat pebakaran Asam Benzoat (Penetuan CK)
=L.C = 0,95 cm.2,3 kal/cm = 2,185 kal
Q kawat saat pebakaran Naftalena
=L.C = 4.6 cm.2,3 kal/cm = 10,58 kal
3. Hitung Q pembakaran cuplikan
16
Karena proses isohorik, maka U = q, sehingga q = 4. Hitung Perubahan Entalpi pembakaran cuplikan
C10H8 (s) + 12O2 (g) 10 CO2 (g) + 4 H2O (g)
(
) diasumsikan mirip dengan gas ideal maka ;
(
)
17
Dokumentasi
Tabung Oksigen -
-
alat pengepress
Cuplikan sudah berbentuk tablet
Memasang kawat penyulut Melubangi Sampel
Set Alat : Kalorimeter bom Mengukur panjang kawat
Set alat : memasukan gas oksigen ±30 atm
Tombol penyulut -
Menimbang kawat
Memasukan bucket yang berisi air 2 L 18
Mengamati suhu
tempat dikaitkannya cuplikan
Memasukan air ±2L
Mengaitkan cuplikan pada kawat
19
