Penentuan Perubahan Entalpi Pembakaran Laprak !!!

BAB I

PENDAHULUAN

A. Judul

Penentuan Perubahan Entalpi Pembakaran (∆HC) Naftalen Menggunakan Kalorimeter

Bom

B. Tanggal Percobaan:

18 Maret 2014

C. Tujuan Percobaan

Menentuakan perubahan entalpi pembakaran (∆HC) naftalen menggunakan

kalorimeter bom.

D. Dasar Teori

Salah satu aplikasi Hukum Pertama Termodinamika di dalam bidang kimia

adalah termokimia, yaitu ilmu yang mempelajari efek apanas yang terjadi baik pada

proses fisis maupun dalam reaksi kimia. Proses yang menyebabakan kalor

dipindahkan dari sistem ke lingkungan disebut proses eksoterm, sedangkan jika sistem

pada proses tersebut menyerap kalor (kalor dipindahkan dari lingkungan ke dalam

sistem), prosesnya disebut proses endoterm. Jenis kalor yang menyertai suatu proses

biasa dinamai dengan jenis proses tersebut, misalnya kalor pelarutan, yaitu kalor yang

menyertai proses peruabahan 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, dsb.

Peruabhan entalpi (∆H) menyatakan besarnya kalor yang menyertai suatu

reaksi pada tekanan tetap. Secara eksperimen, pengukuran perubahan entalpisuatu

reaksi tidak hanya dapat dilakukan pada tekanan tetap tetapi dapat juga dilakukan pada

volume tetap. Besarnya kalor yang menyertai suatu yang diukur pada volume tetap

dinyatakan sebagai perubahan energi dalam (∆U). 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)

Pengukuran kalor yang menyertai perubahan fisika atau kimia disebut

kalorimetri dan alat yang digunakan untuk mengukur kalor adalah kalorimeter. Salah

satu reaksi kimia yang dapat ditentukan perubahan entalpinya denga 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 isoterm. Dalam kalorimater ini

pembakaran cuplikan dilakukan dalam oksigen bertekanan tinggi. Selama

pembakaran sampel dalam kalorimeter, keseluruhan bejana dalam badan kalorimeter

yang berisi air. Kalor yang dilepaskan oleh reaksi pembakaran ditentukan melalui

pengukuran suhu air di badan kalorimeter.

(Tim Kimia Fisika, 2014: 7.1-7.3)

Kalorimeter adlah alat untuk mengukur kalor yang diserap atau dilepaskan

oleh suatu reaksi kimia. Kalorimeter terdiri dari bejana yang dilengkapi dengan

batang pengaduk dan termometer. Bejana tersebut diselimuti dengan penyekat panas

untuk mengurangi perpindahan panas dari sitem ke lingkungan atau sebaliknya.

Penentuan kalor dilakukan melalui pengukuran suhu yang terjadi selama

proses perubahan kimia atau fisika yang berlangsung. Dalam setiap pengukuran,

perubahan suhu yang diukur adalah suhu kalorimeter beserta seluruh isinya. Dan

hasil pengukuran ∆T dapat dihitung jumlah kalor yang terlibat dalam sistem reaksi.

Untuk reaksi kimia yang melibatkan pembakaran, penentuan kalor reaksi

dilakukan secara tidak langsung dalam alat yang disebut kalorrimeter bom.

Pengukuran kalor reaksi dalam kaorimeter bomdikerjakan pada volume tetap,

sehingga perubahan energi yang terjadi bukan ∆H melainkan ∆U.

(Yayan Sunarya, 2010: 143-146)

Reaksi pembakaran merupakan reaksi yang bersifat eksoterm. Sehingga sesuai

dengan hukum konservasi energi, secara matematik dirumuskan sebagai berikut

q reaksi = q terima

q reaksi = q serap (air dan kalorimeter)

q reaksi = (Ck . ∆T)

Kapasitas kalor kalorimeter (disebut juga harga air kalorimater, ‘Ck’, satuan:

J/°C) adalah jumalh kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu kalorimeter sebesar

1°C. Besarnya harga Ck dapat ditentukan secra percobaan melalui salah satu dari

beberapa metode yang umum. percoabaan tersebut disebut kalibrasi kalorimeter

dengan melakukan reasi pembakaran suatu senyawa murni yang telah diketahui

perubahan entalpi pembakarannya. Misalnya, pada kondisi standar bedasarkan data

handbook diketahui bahwa ∆HC asam benzoat adalah -3.239,04 kJ/mol.

Untuk menentukan perubahan entalpidari perubahan energi dalam dapat

dilakukan dengan cara menggunakan persamaan berikut

∆H = ∆U + ∆ (PV) (7-2)

Karena reaksi berlangsung pada volume tetap maka persamaan berubah

menjadi

∆H = ∆U + V ∆P (7-3)

Persamaan (7-2) berlaku unutk reaksi yang menghasilkan perubahan jumlah

mol gas sebelum dan sesudah reaksinya. Jika gas-gas terlibat di dalam reaksi

dianggap gas ideal, maka persamaan (7-2) berubah menjadi

∆H = ∆U + ∆nRT (7-4)

dengan ∆n adalah selisih jumlah mol gas sebelum dan sesudah reaksi (jumlah

mol setelah reaksi dikurangi jumlah mol sebelum reaksi). Nilai ∆n untuk asam

benzoat adalah ∆n = -0,5. Jika reaksi berlangsung pada suhu 298 maka pesamaan

(7-4) menjadi

∆H = ∆U – 0,5 x 8,314 J/Kmol x 298 K

∆H = ∆U – 1,24 kJ/mol

atau

∆U = ∆H + 1,24 kJ/mol

∆U = -3.239,04 kJ/mol + 1,24 kJ/mol

= -3.237,80 kJ/mol

Untuk mendapatkan kapasitas kalorimeter (tetapan kalorimeter, Ck), dapat

digunakan nilai perubahan energi dalam pada pembakaran asam benzoat ini dengan

menggunkan persamaan berikut ini

Ck = (

)

(Tim Kimia Fisika,2014: 7.3-7.5)

Perubahan energi dalam tidak sama dengan perpindahan energi atau kalor

ketika sistem bebas unutk mengubah-ubah volumenya. Pada kenyataannya sejumlah

energi diberikan sebagai kalor kepada sistem, dikembalikan ke keadaan sekitar sebagai

kerja ekspansi. Bagaimanapun, sekarang kita akan menunjukan bahwa pada kasus ini

energi yang diberikan sebagai kalor dalam keadaan tekanan tetap sama dengan

perubahan besaran termodinamika yang lain pada sistem, yaitu entalpi.

Entalpi, H, didefinisikan sebagai

H = U + PV

dimana p adalah tekanan pada sistem dan v adalah volume. Karena U, v, dan p

semuanya merupakan fungsi keadaan, entalpi juga merupakan fungsi keadaan yang

tidak bergantung pada jalannya proses tetapi bergantung pada keadaan awal dan akhir

dari sistem.

(Atkins dan Paula, 2006: 40-41)

E. Alat dan Bahan

1. Alat-Alat

Kalorimeter bom 1 set

Nraca 1 set

Kawat pengikat 20 cm

Termometer 1 buah

Tabung gas O2 murni 1 set

Tang penjepit 1 buah

Stopwatch 1 buah

lap/tisu secukupnya

2. Bahan

Pelet asam benzoat 0,430 gram

Pelet naftalen 0,564 gram

Gas O2 murni ± 30 atm

Air ± 2000 Ml

F. Spesifikasi Bahan

Bahan Sifat Fisika Sifat Kimia

Air

(H2O)

Cairan tidak berwarna dan tidak

berbau

ρ = 0.998 g/mL

Td = 100°C

C = 1 kal/g°C

Pelarut universal

Memiliki ikatan hidrogen

Rumus molekul: H2O

Bahaya: menimnulkan ledakan jika bereaksi dengan logam-logam

reaktif.

Penanggulangan: hindari kontak langsung dengan logam-logam

reaktif.

Asam benzoat

(C6H5COOH)

Sifat Fisika Sifat Kimia

Padatan kristal berwarna putih

ρ = 1,32 g/cm³

Tl = 122,4°C

Td = 249°C

∆Hc = 6.318 kal/g

Larut dalam air panas, metanol,

dietil eter

Mudah terbakar

Menyebabkan iritasi

Mr = 122 g/mol

Bahaya: bahan yang mudah terbakar; menyebabkan iritasi terhadap

pernapasan, kulit, usus; menyebabkan gangguan ginjal jika

tertelan.

Penanggulangan: jika terkena kulit atau mata segera basuh dengan air,

jika terhirup segera pindah ke tempat yang lebih

segar.

Oksigen Sifat Fisika Sifat Kimia

(O2)

Gas tidak verwarna dan tidak

berbau

ρ = 1,429 g/L

Td = -182,95°C

Rumus molekul: O2

Bersifat paramagnetik

Bahan yang stabil pada suhu

kamar

Bahaya:

dapat membakar zat-zat organik yang mudah tebakar

tidak bereaksi dengan H2, tetapi begitu ada loncatan bunga api

akan meledak

jika kadarnya berlebih akan menyebabkan batuk, gangguan

paru-paru

dalam bentuk cair akan menyebabkan luka bakar jika terkena

kulit

Penanggulangan: hindari kontak langsung dengan zat-zat yang mudah

tebakar

.

(Sumber: MSDS, 1998)

Bahan Sifat Fisika Sifat Kimia

Naftalen

(C10H8)

Berupa padatan kristal berwarna

putih

Berbau aromatik

Td = 218°C

Tl = 80,2°C

ρ = 4,4

Larut dalam air

Mr = 128,19 g/mol

Mudah terbaka

Bahaya: menyebabkan iritasi terhadap mata, kulit, dan pernapasan

Penanggulangan:

jika terkena mata segera basuh dengan air mengalir selama 15

menit

jika terkena kulit segera cuci dengan air

jika terhirup segera pindah ke tempat yang lebih segar

Kawat Sifat Fisika Sifat Kimia

Wujud: padat

∆Hc = 2,3 kal/cm

Konduktor yang baik

Terbuat dari logam telurium

Bahaya: -

Penanggulanagn: -

(Sumber: MSDS, 2005)

BAB II

ANALISIS DATA

A. Data Pengamatan

Pada pembakaran asam benzoat

30 detik ke Suhu (°C) 30 detik ke Suhu (°C)

1 26,12 27 26,81

2 26,12 28 26,90

3 26,12 29 27,02

4 26,13 30 27,14

5 26,13 31 27,20

6 26,13 32 27,24

7 26,14 33 27,28

8 26,14 34 27,30

9 26,14 35 27,30

10 26,14 36 27,32

11 26,14 37 27,32

12 26,14 38 27,34

13 26,15 39 27,35

14 26,15 40 27,35

15 26,15 41 27,35

16 26,15 42 27,35

17 26,16 43 27,35

18 26,16 44 27,35

19 26,16 45 27,35

20 26,16 46 27,35

21 26,16 47 27,35

22 26,16 48 27,35

23 26,16 49 27,35

24 26,16 50 27,35

25 26,17 51 27,35

26 26,31

Pada pembakaran naftalen

30 detik ke Suhu (°C) 30 detik ke Suhu (°C)

1 26,50 27 28,72

2 26,50 28 28,72

3 26,50 29 28,72

4 26,50 30 28,72

5 26,50 31 28,72

6 26,50

7 26,50

8 26,50

9 26,50

10 26,50

11 26,80

12 27,98

13 28,20

14 28,44

15 28,50

16 28,60

17 28,63

18 28,65

19 28,68

20 28,70

21 28,71

22 28,71

23 28,72

24 28,72

25 28,72

26 28,72

B. Pengolahan data

1. Penentuan Ck

q lepas = q terima

q asam benzoat + q kawat = q kalorimeter + q air

(∆Hc . m) + (∆Hc . l) = (ρ. v. C. ∆T) + (Ck . ∆T)

Ck =

( ) ( ) ( )

#Data Penimbangan

massa asam benzoat = 0,430 gram

panjang kawat awal = 10 cm

panjang kawat akhir = 9,05 cm

panjang kawat yang terbakar = 0,95 cm

∆T =

Ck = (

2. Penentuan ∆Hc naftalen

q lepas = q terima

q reaksi + q kawat = q kalorimeter + q air

q reaksi + (∆Hc . l) = (ρ. v. C. ∆T) + (Ck . ∆T)

q reaksi = (ρ. v. C. ∆T) + (Ck . ∆T) - (∆Hc . l)

∆Hc =

#Data Penimbangan

massa naftalen = 0,564 gram

panjang kawat awal = 10 cm

panjang kawat akhir = 5,4 cm

panjang kawat yang terbakar = 4,6 cm

∆T =

q reaksi =

∆Hc =

C. Pembahasan

Percobaan ini bertujuan untuk menentukan perubahan entalpi pembakaran ∆Hc

neftalen dengan menggunakan kalorimeter bom. Percobaan diawali dengan

mengkalibarsi kalorimeter terlebih dahulu. Kalibrasi ini dilakukan untuk

menstandardisasikan alat kalorimeter bom dan untuk menentukan harga Ck (kapasitas

kalor kalorimeter) karena setiap kalorimeter memiliki nilai Ck yang berbeda. Dalam

penentuan harga Ck ini dilakukan pembakaran asam benzoat karena kalor pembakaran

asam benzoat sudah diketahui nilainya yaitu 6318 kal/g. Selain itu, asam benzoat

merupakan bahan yang stabil, sehingga sulit bereaksi dengan senyawa-senyawa lain

dan ditemukan dalam keadaan murni tanpa ada pengotor lain. Asam benzoat dibuat

dalam bentuk pelet agar mempemrudah percobaan. Massa pelet asam benzoat yang

telah dilubangi adalah 0,430 gram. Pelet digantungkan dengan kawat yang

dihubungkan pada elektroda yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik.

Setelah alat bom ditutup rapat, dimasukan gas oksigen ± 30 atm sebnayak dua

kali. pada pengisian pertama, gas oksigen dikeluarkan kembali dengan maksud agar

tidak ada gas-gas lain yang masuk ke dalam alat bom. Pengisian gas oksigen yang

kedua berfungsi sebagai pembakar asam benzoat. Volume air yang digunakan adalah

2000 mL. Hal ini bertujuan agar alat bom terendam seluruhnya dan suhu yang diamati

saat proses pembakaran akan terukur secara merata. Penghomogenan suhu dilakukan

selama ± 3 menit dan pembacaan suhu dilakukan sebanyak 25 titik pembacaan hingga

suhu setimbang pada 26,16°C. Setelah tombol penyulut dinyalakan, suhu berubah

secara signifikan. Hal ini dikarenakan reaksi pembakaran bersifat eksoterm dan kalor

reaksi yang terbentuk diserap oleh air dan kalorimeter bom, sehingga suhu air dalam

bejana kalorimeter menjadi naik.

Pada proses pembakaran asam benzoat, pembacaan suhu dilakukan sebanyak

26 titik pembacaan hingga suhu akhir sistem konstan pada 27,35°C. Saat pembacan

suhu dimungkinkan terjadi kesalahan karena kurang teliti melihat skala termometer.

hal tersebut dapat memengaruhi harga Ck pada hasil percobaan. Dari hasil ekstrapolasi

data grafik perubahan suhu terhadap waktu, didapatkan ∆T sebesar 1,17°C.

Kemudian pengamatan dilakukan pada bagian elektroda, asam benzoat sudah

terbakar seluruhnya. Namun, terdapat sedikit jelaga pada mangkok bakar dan sisa

kawat. Sehingga reaksi pembakaran asam benzoat tidak sempurna. Hal ini terjadi

karena gas oksigen yang digunakan sudah habis sebelum reaksi pembakaran sempurna

selesai. Sisa kawat yang tidak terbakar ditimbang dan diukur panjangnyasehingga

dapat diketahui bobot dan panjang kawat yang terpakai. Pada percobaan ini, panjang

kawat yang terpakai adalah 0,95 cm. Pengukuran panjang kawat dimungkinkan terjadi

kesalahan. Karena kawat yang tersisa bentuknya sudah tidak lurus lagi sehingga sulit

untuk menentukan panjang kawat yang tersisa secara tepat. Dari hasil perhitungan

didapat harga Ck kalorimeter bom sebesar 327,87 kal/°C.

Percobaan selanjutnya adalah menentukan nilai perubahan entalpi pembakaran

(∆Hc) dari naftalen. Naftalen digunakan sebagai sampel karena sifatnya yang mudah

terbakar, sehingga tidak memerlukan proses pembakaran yang cukup lama. Naftalen

juga dibuat dalam bentuk pelet agar mudah digantungkan pada kawat. Massa pelet

naftalen adalah 0,564 gram.

Pemasukkan gas oksigen ± 30 atm dilakukan sebanyak dua kali sama dengan

pada proses pembakaran asam benzoat. Pengisisan pertama bertujuan agar tidak ada

gas-gas lain yang masuk ke dalam alat bom dan gas oksigen dikeluarkan kembali.

pengisian yang kedua untuk pembakaran naftalen. Volume air yang digunakan

sebanyak 2000 mL agar alat bom terendam seluruhnya dan suhu yang diamati saat

proses pembakaran akan terukur secara merata. Penghomogenan suhu dilakukan

selama ± 5 menit dan pembacaan suhu dilakukan sebanyak 10 titik pembacaan hingga

suhu setimbang pada 26,50°C. Setelah tombol penyulut dinyalakan, suhu berubah

secara signifikan. Hal ini dikarenakan kalor reaksi yang terbentuk diserap oleh air dan

kalorimeter bom, sehingga suhu air dalam bejana kalorimeter menjadi naik.

Pada proses pembakarn naftalen, pembacaan suhu dilakukan sebanyak 21 titik

pembacaan hingga suhu akhir sistem konstan pada 28,72°C. Dari hasil ekstrapolasi ata

grafik suhu terhadap waktu , didapatkan ∆T sebesar 1,6°C.

Selanjutnya elektroda diamati dan pelet naftalen tebakar habis tanpa adanya

jelaga. Reaksi pembakaran naftalen terjadi dengan sempurna. Sisa kawat pada proses

pembakaran ini adalah 5,4 cm. Dari hasil perhitungan didapatkan nilai ∆Hc naftalen

sebesar 5643.02, kal/g.

Analisis faktor kesalahan dalam dalam percobaan ini dapat disebabkan oleh

kurang teliti dalam membaca suhu sehingga akan memengaruhi nilai Ck maupun ∆Hc.

Selain itu, gas oksigen yang kurang dan menyebabkan reaksi pembakaran tidak

sempurna. Pengukuran sisa kawat yng terbakar juga dapat menjadi faktor kesalahan.

Karena sisa kawat sudah tidak berbentuk lurus lagi, pengukuran panjang kawat sulit

mendapatkan hasil yang akurat.

BAB III

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan dengan menggunakan kalorimeter bom diperoleh harga Ck

(kapasitas kalor kalorimeter bom) sebesar 327,87 kal/°C. Dan niali perubahan entalpi

pembakaran (∆Hc) naftalen sebesar 5643,02 kal/g.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, dan Paula. (2006). Physical Chemistry, (8th

ed). New York: WH. F. Company.

Imamkhasani, Soemanto. (1998). Material Safety Data Sheet. Bandung: Puslit Kimia

Science lab. (2005). Material Safety Data Sheet, [online]. Tersedia:

https://www.sciencelab.com. [20 Maret 2014].

Sunarya, Yayan. (2010). Kimia Dasar 1. Bandung: CV Yrama Widya.

Tim kimia Fisika. (2014). Panduan Praktikum. Bandung: Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA

UPI

LAMPIRAN

A. Pralab

1) Jelaskan bagaimana cara menentukan perubahan suhu dalam percobaan yang anda

lakukan.

2) Sebutkan ciri-ciri suatu reaksi pembakaran yang berlangsung tidak sempurna!

3) Jelaskan bagaimana cara memperkecil kesalahan yang diakibatkan karena radiasi kalor

di dalam kalorimeter.

Jawab:

1) Penentuan perubahan suhu dapat dilakukan dengan pengamatan perubahan suhu yang

dilakukan dalam 3 tahap. Tahap pertama disebut sebagai periode awal, yaitu tahap

sebelum reaksi dilakukan dan suhu berada dalam suhu kesetimbngan. tahap kedua

disebut periode utama, yaitu tahap dimana reaksi dalam kalorimeter sedang

berlangsung. Tahap ketiga disebut periode akhir, yaitu tahap dimana diperkirakan

reaksi telah selesai. Pengamatan perubahan suhu dilakukan secara berkesinambungan

dalam waktu yang telah ditentukan (misalnya setipa 30 detik).

2) Ciri-ciri dari reaksi pembkaran ynag tidak sempurna yaitu terdapat sisa cuplikan yang

dibakar, adanya jelaga yang merupakan unsur karbon yang belum bereaksi dengan

oksigen.

3) Memperkecil keasalahan dapat dilakukan dengan caara kalibrasi kalorimeter.

B. Postlab

1) Jelaskan hubungan antara perubahan entalpi dan perubahan energi dalam untuk reaksi

yang tidak mengahsilkan perubahan mol gas sebelum dan sesudah reaksi.

2) Carilah nilai kalor pembakaran kawat yang dipakai dalam percobaan anda.

3) Hitung q pembakaran cuplikan!

4) Hitung perubahan entalpi cuplikan

Jawab:

1) ∆H = ∆U + ∆PV

jika gas-gas dalm reaksi dianggap ideal, maka

∆H = ∆U + ∆nRT

karena perubahan mol gas sebelum dan sesudah reaksi tidak ada, ∆n = 0, maka

∆H = ∆U + 0

∆H = ∆U

2) ∆Hc kawat = 2,3 kal/cm

panjang kawat yang terpakai pada pembakaran:

asam benzoat = 0,95 cm

naftalen = 4,6 cm

q kawat = 2,3 kal/cm . 0,95 cm = 2,185 kal

q kawat = 2,3 kal/cm . 4,6 cm = 10,58 kal

3) Asam benzoat

q = ∆Hc . m

= 6.318 kal/g . 0,430 g = 2, 638 kal

Naftalen

q = ∆Hc . m

= 8784,411 kal/g . 0,564 g = 4954,408 kal

4) ∆Hc naftalen =

=

= 8784,411 kal/g

C. Dokumentasi

(Gambar pelet asam benzoat dan naftalen)

(Gambar pelet dilubangi)

(Gambar pengukuran panjang kawat)

(Gambar pelet digantung pada kawat)

(Gambar elektroda)

(Gambar alat bom)

(Gambar rangkaian kalorimeter bom)

(Gambar tabung oksigen murni)