jurnal termokimia

TERMOKIMIA DALAM PERUBAHAN KALOR REAKSI KIMIA

Nurul Lailatis Sa’adah*, Ekadina Dzawil Ulya, Maulana Ikhwanudin

Lab. Kimia Fisika Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang

Gedung D8 Lt 1 Sekaran Gunungpati Semarang, Indonesia

[email protected], 08561523106

Abstrak

Termokimia merupakan cabang dari ilmu kimia yang merupakan bagian dari

termodinamika yang mempelajari perubahan kalor dalam suatu reaksi kimia dengan

mengamatai perubahan panas. Tujuan dari kegiatan praktikum ini adalah untuk mempelajari perubahan kalor dengan percobaan sederhana, menentukan tetapan

kalorimeter, serta menentukan perubahan entalpi reaksi. Percobaan dilakukan dengan

menggunaakn alat peraga sederhana, yaitu kalorimeter dan termometer. Penentuan

tetapan kalorimeter diperoleh dari persamaan kalor yang berbanding lurus dengan massa larutan, kalor jenis air dan kenaikan suhu. Sedangkan untuk penentuan

perubahan entalpi, diperoleh dari selisih jumlah entalpi hasil reaksi dan jumlah entalpi

pereaksi. Bila harga perubahan entalpi positif, maka reaksinya adalah reaksi endoterm, sebaliknya jika harga perubahan entalpi adalah negatif maka reaksinya adalah

eksoterm. Hal ini berdasarkan Hukum Black yaitu kalor yang diserap akan sama

dengan kalor yang diterima, Hukum Hess yaitu kalor yang diserap atau dilepas tidak bergantung pada jalannya reaksi, melainkan bergantung pada keadaan awal dan

keadaan akhir, serta Hukum Lavoisier yaitu setiap reaksi kimia, massa zat yang

bereaksi sama dengan massa produk reaksi. Berdasarkan hasil pengamatan didapatkan

hasil tetapan kalorimeter sebesar 73,76 Joule per Kelvin. Setiap larutan yang dicampurkan akan mengalami perubahan suhu.

Kata Kunci : “Kalor”; “Termokimia”; “Tetapan kalorimeter”

Abstract

Thermochemical is a branch of chemistry that is part of the thermodynamic study of heat change in a chemical reaction with mengamatai heat changes. The purpose of this

practicum is to study the changes in the heat with a simple experiment, determine the

constant of the calorimeter, and determine the enthalpy change of the reaction. Experiments conducted with menggunaakn simple props, namely calorimeter and

thermometer. Determination of the calorimeter constant obtained from the equation of

heat that is directly proportional to the mass of the solution, the specific heat of water and the temperature rises. As for the determination of the enthalpy change, derived

from the difference between the amount of enthalpy of reaction yield and total enthalpy

of the reactants. If the price of the enthalpy change is positive, then the reaction is

endothermic reaction, otherwise if prices change in enthalpy is negative, the reaction is exothermic. It is based on the Law of Black which heat is absorbed will be equal to the

heat received, Hess's Law which heat is absorbed or released does not depend on the

course of the reaction, but rather depends on the initial state and the final state, and Lavoisier law that every chemical reaction, the mass of the substance react the same as

the reaction product mass. Based on observations obtained results calorimeter constant

of 73.76 Joules per Kelvin. Each solution was mixed will experience changes in temperature.

Keywords: "Calorimeter constant"; "Heat"; "Thermochemistry"

Pendahuluan

Termodinamika dapat diartikan sebagai cabang dari ilmu kimia yang menangani

hubungan kalor, kerja dan bentuk lain energi dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia dan

dalam perubahan keadaan. Termodinamika sangat berkaitan dengan termokimia, yakni yang

mempelajari tentang pengukuran dan penafsiran perubahan kalor yang menyertai reaksi

kimia, perubahan keadaan dan pembentukan larutan. (Sutrisno,2013)

Hukum termodinamika I menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan

maupun diciptakan tetapi dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lainnya. Sesuai

dengan hukum termodinamika tersebut, reaksi kimia dari perubahan energi yang terjadi

pada sebuah sistem sama dengan jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan

kerja yang dilakukan sistem. Reaksi kimia meliputi pelepasan dan penggabungan ikatan

kimia. Saat terjadi pembentukan ikatan, sebagian energi kimia berubah menjadi energi

kinetik. Energi kinetik ini yang akan menyebabkan temperatur meningkat. Jika reaksi

terjadi pada sistem yang tidak terisolasi, maka panas akan dilepaskan ke lingkungan. Reaksi

penglepasan panas ke lingkungan disebut reaksi eksoterm. Sebaliknya, jika reaksi terjadi

pada sistem yang terisolasi maka temperatur akan menurun dimana panas diserap ke dalam

sistem. Reaksi ini disebut dengan reaksi endoterm. (Tupamahu,2001)

Jumlah panas yang yang dilepas atau yang diserap dalam sebuah reaksi kimia

disebut panas reaksi. Panas reaksi tersebut dapat diukur dengan menggunakan perubahan

temperatur, yang dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut dengan kalorimeter.

Kalorimeter biasa digunakan apabila pada saat reaksi volume atau tekanan dalam keadaan

konstan. (Raymon,2005)

Prinsip percobaan ini didasarkan pada 3 hukum, yakni berdasarkan Hukum Hess :

“Kalor yang dibebaskan atau diserap tidak bergantung pada jalannya reaksi, tetapi

hanyahanya bergantung pada keadaan awal dan akhir”, Hukum Black: “Kalor yang diserap

akan sama dengan kalor yang dilepas” dan Hukum Lavoiser “Setiap reaksi kimia, massa zat

yang bereaksi sama dengan massa prosuk reaksi”. (James,1999)

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mempelajari perubahan kalor dengan

percobaan sederhana, menentukan tetapan kalorimeter dan menentukan perubahan entalpi

reaksi. Sedangkan masalah yang berusaha dipecahkan dalam kegiatan ini ada 3 yaitu: (1)

bagaimana perubahan kalor yang terjadi, (2) bagaimana hubungan suhu terhadap perubahan

waktu serta (3) bagaimana cara menentukan tetapan kalorimeter dan perubahan entalpi.

Metode

Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah larutan HCl 2M for syn dari

Merck, larutan NaOH 2M for syn dari Merck, larutan CuSO4 1M dari Merck, larutan

NH4OH 2M for syn dari Merck, sebuk Zn, etanol, air dingin dan air panas. Alat yang

digunakan dalam percobaan ini adalah Kalorimeter, gelas kimia 50 ml dari Pirex, gelas

kimia 100 ml dari Pirex dan termometer.

Pada percobaan pertama yaitu penentuan tetapan kalorimeter. Mula-mula sebanyak

20 ml air dimasukkan ke dalam kalorimeter, kemudian ditambahkan 20 ml air panas.

Setelah keduanya diaduk dan terjadi pencampuran, suhu dicatat selama 10 menit dengan

selang waktu 1 menitsampai mencapai titik konstan. Data yang diperoleh kemudian dibuat

kurva pengamatan terhadap selang waktu untuk menentukan penurunan suhu air panas dan

kenaikan suhu air dingin. Perhitungan menggunakan hukum Hess, yaitu Qlepas = Qterima,

dengan rumus Q = m.c.ΔT atau Q = C.ΔT.

Percobaan selanjutnya yakni penentuan kalor penetralan dari larutan HCl dengan

NaOH, larutan NH4OH dengan HCl dan larutan NaOH dengan CH3COOH. Mula-mula

ketiga pasangan larutan tersebut yang akan dicampurkan, diukur terlebih dahulu sebanyak

masing-masing 20 ml. Kemudian ketika sudah dicampurkan, dicatat suhu campurannya

selama 5 menit dengan selang ½ menit sampai mencapai titik konstan. Data yang diperoleh

kemudian dibuat grafik suhu terhadap selang waktu untuk memperoleh perubahan suhu

akibat reaksi ini. Perhitungan dilakukan untuk menentukan perubahan entalpi penetralan

dengan rumusan ΔH = Q/mol (J/mol).

Percobaan terakhir yaitu penentuan kalor reaksi Zn dengan CuSO4. Langkah

pertama yaitu CuSO4 diuur sebanyak 40 ml, kemudian dimasukkan ke dalam kalorimeter

dan dicatat suhunya selama 2 menit dengan selang waktu ½ menit. Bubuk Zn ditimbang

sebanyak 3 gram yang kemudian dicampurkan dengan larutan CuSO4 dalam kalorimeter.

Setelah pencampuran suhu dicatat selama 10 menit dengan selang waktu 1 menit sampai

mencapai titik konstan. Kemudian hasil pengamatan dinyatakan dalam grafik perubahan

suhu terhadap waktu. Rumusan yang digunakan dalam perhitungan adalah ΔHr = Q/mol.

Hasil Dan Pembahasan

Pada percobaan termokimia didapatkan data yang disajikan dalam bentuk tabel dan

grafik. Pada percobaan pertama yakni penentuan tetapan kalorimeter, didapatkan data yang

disajikan ke dalam bentuk Tabel 1 dan Grafik 1.

Tabel 1. Suhu campuran air panas dan air dingin

Waktu (menit) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Suhu ( C) 38 36 34 32 32 32 32 32 32 32

Grafik 1. Perubahan suhu campuran air panas dan air dingin terhadap waktu

Yintercept (x=0) = - 0,5576x + 36,267 = 36,267

Volume air dingin = Volume air panas = 20 ml = 20 cm3

Kalor jenis air = 4,2 J/gK

Massa jenis air = 1 gr/cm3

Massa air dingin = Massa air hangat = ρ x v = 1 gr/cm3 x 20 cm

3 = 20 g

Temperatur awal air dingin = 26 oC

Temperatur awal air panas = 35 oC

Temperatur campuran (t=0) = 36,267 oC

Perhitungan :

a. Kalor yang diserap air dingin

Q1 = mair x cair x ΔT1

= 20g x 4,2 J/gK x (36,267 oC - 26

oC) = 862,428 Joule

b. Kalor yang dilepas air panas

Q1 = mair x cair x ΔT2

= 20g x 4,2 J/gK x (36,267 oC - 35

oC) = 106,428 Joule

c. Kalor yang diterima kalorimeter

Q3 = Q2 – Q1

= 862,428 - 106,428 = 756 Joule

d. Tetapan kalorimeter

y = -0,5576x + 36,267 R² = 0,6166

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Suh

u (C

)

waktu (menit)

Grafik suhu terhadap waktu

C =

=

= 73,63 J/K

Sesuai dengan hukum termodinamika, dimana kalor yang diserap sama dengan kalor

yang dilepaskan. Dalam perhitungan di atas, kalor yang diserap air dingin adalah 106,428

Joule dan kalor yang dilepas air panas adalah 862,428 Joule. Terdapat perbedaan antara

kalor yang dilepas dan diterima. Hal ini dikarenakan sebagaian kalo r yang dilepas air panas

diserap oleh kalorimeter. Maka, kalor yang diserap kalorimeter adalah 862,428 J - 106,428 J

= 756 Joule. Tetapan kalorimeter adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk

meningkatkan suhu kalorimeter sebesar 1 derajat. Sehingga tetapan kalorimeter adalah 756

Joule / 10,267 K = 73,63 J/K.

Pada percobaan selanjutnya yakni penentuan kalor penetralan HCl dengan NaOH,

larutan NH4OH dengan HCl dan larutan NaOH dengan CH3COOH. Untuk yang pertama

yaitu penentuan kalor penetralan HCl dan NaOH, dimana data disajikan ke dalam bentuk

Tabel 2 dan Grafik 2.

Tabel 2. Suhu campuran larutan HCl dan NaOH

Waktu

(menit) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Suhu (oC) 42 46 49 52 55 58 60 63 65 67 67

Grafik 2. Perubahan suhu campuran larutan HCldan NaOH terhadap waktu

Yintercept (x=0) = 2,5818x + 41,236 = 41,236

k = 73,63 J/K

Clarutan = 3,96 J/gK

n NaCl = 0,04 mol

Volume HCl = Volume NaOH = 20 ml

y = 2,5818x + 41,236 R² = 0,98

0

20

40

60

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Suh

u

Waktu (menit)


Volume total = 40 ml

Massa larutan = 40 x 1,03 g/ml = 41,2 g

Tawal HCl = 29oC

Tawal NaOH = 26 oC

Tawal (HCl+NaOH)

= 27,5

oC

Takhir = 41,236 oC

Perhitungan :

a. Kalor yang diserap larutan

Q4 = mlarutan x clarutan x ΔT

= 41,2g x 3,96 x (41,236 oC - 27,5

oC) = 2241 Joule

b. Kalor yang diserap kalorimeter

Q5 = k x ΔT = 73,63 J/K x (41,236 oC - 27,5

oC) = 1011,4 Joule

c. Kalor reaksi

Q6 = Q4 + Q5

= 2241 + 1011,4 = 3252,4 Joule

d. Kalor penetralan

ΔH = -

= -

= - 81,31 J/mol

Kedua yaitu penentuan kalor penetralan NH4OH dan HCl, dimana data disajikan ke

dalam bentuk Tabel 3 dan Grafik 3.

Tabel 3. Suhu campuran larutan NH4OH dan HCl

Waktu

(menit) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

Suhu (oC) 30 29 29 28 28 28 28 28 28 28 28

Grafik 3. Perubahan suhu campuran larutan NH4OH dan HCl terhadap waktu

Yintercept (x=0) = -0,1818x + 29,4 = 29,4

k = 73,63 J/K


n NH4Cl = 0,04 mol

Volume HCl = Volume NH4OH= 20 ml



Tawal HCl = 26oC

Tawal NH4OH = 29 oC

Tawal (HCl+NH4OH)

= 27,5

oC

Takhir = 29,4 oC

Perhitungan :



= 40,6 g x 3,96 x (29,4 oC - 27,5

oC) = 305,47 Joule


Q5 = k x ΔT = 73,63 J/K x (29,4 oC - 27,5

oC) = 139,9 Joule

c. Kalor reaksi

Q6 = Q4 + Q5

= 305,47 + 139,9 = 445,37 Joule

d. Kalor penetralan

ΔH = -

=

= -11134,25 J/mol

Ketiga yaitu penentuan kalor penetralan NaOH dan CH3COOH, dimana data

disajikan ke dalam bentuk Tabel 4 dan Grafik 4.

y = -0,1818x + 29,4 R² = 0,6198

26

27

28

29

30

31

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Suh

u (C

)

Waktu (menit)


Tabel 4. Suhu campuran larutan NaOH dan CH3COOH

Waktu

(menit) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

Suhu (oC) 39 38 37 37 37 36 36 35,5 35,5 35 35

Grafik 4. Perubahan suhu campuran larutan NaOH dan CH3COOH terhadap waktu

Yintercept (x=0) = -0,3392x + 38,538 = 38,538

k = 73,63 J/K


n CH3COONa = 0,04 mol

Volume NaOH = Volume CH3COOH= 20 ml



Tawal NaOH = 26oC

Tawal CH3COOH = 30 oC

Tawal (NaOH+CH3COOH) =

= 28

oC

Takhir = 38,538 oC

Perhitungan :



= 43,92g x 4,02 x (38,538 oC - 28

oC) = 466,85 Joule


Q5 = k x ΔT = 73,63 J/K x (38,538 oC - 28

oC) = 775,9 Joule

c. Kalor reaksi

y = -0,3392x + 38,538 R² = 0,9055

32

34

36

38

40

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

Suh

u (C

)

Waktu (menit)


Q6 = Q4 + Q5

= 466,85 + 775,9 = 1222,75 Joule

d. Kalor penetralan

ΔH =

=

= -30568,75 J/mol

Pada percobaan pertama, kedua, dan ketiga terjadi pencampuran asam dan basa,

sehingga terbentuk garam. Reaksi tersebut disebut reaksi netralisasi, sehinga entalpinya

disebut ΔH neutralization / ΔHn. Sesuai dengan hasil percobaan, terjadi kenaikan suhu,

yang berarti bahwa ketiga reaksi tersebut termasuk reaksi eksoterm (kenaikan suhu

diakibatkan karena reaksi melepas energi), maka ΔH bernilai negatif. ΔHn adalah jumlah

kalor reaksi dibagi dengan mol garam yang terbentuk. Sedangkan kalor reaksinya adalah

total kalor yang terlibat dalam reaksi, yaitu jumlah kalor larutan ditambah jumlah kalor

yang diserap kalorimeter.

Percobaan yang terakhir adalah penentuan kalor reaksi Zn dan larutan CuSO4. Hasil

percobaan disajikan ke dalam bentuk tabel 5 dan grafik 5.

Tabel 5. Suhu campuran Zn dan larutan CuSO4

Waktu

(menit) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Suhu (oC) 34 34 34 32 32 32 32 32 32 32

Grafik 4. Perubahan suhu campuran Zn dan larutan CuSO4 terhadap waktu

Yintercept (x=0) = -0,2545x + 34 = 34

Tawal CuSO4 = 28oC

Perhitungan :


y = -0,2545x + 34 R² = 0,6364

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Suh

u (C

)

Waktu (menit)


Q1 = mZnSO4 x cZnSO4 x ΔT

= 45,6g x 3,52 x (34 oC - 28

oC) = 963,07 Joule


Q2 = k x ΔT = 73,63 J/K x 6 oC = 441,78 Joule

c. Kalor reaksi

Q3 = Q1 + Q2

= 963,07 + 441,78 = 1404,85 Joule

d. Entalpi reaksi

ΔH =

=

= -35121,25 J/mol

Suhu mula-mula CuSO4 adalah 28ºC. Kemudian setelah padatan Zn dicampurkan

ke dalam CuSO suhu meningkat. Maka dapat dikatakan bahwa reaksi merupakan reaksi

eksoterm yaitu reaksi yang melepas energi. Energi yang dilepas itulah yang menyebabkan

kenaikan suhu.

Kesimpulan

Dari percobaan yang telah dilakukan dapat ditarik garis kesimpulan bahwa setiap

larutan yang dicampur akan terjadi perubahan suhu, baik mengalami kenaikan maupun

penurunan. Karena terjadi proses menyerap dan melepas kalor dari suatu sistem pada

larutan. Selain itu, pada percobaan kali ini didapatkan hasil tetapan kalorimeter sebesar

73,76 J/K, ΔH penentuan kalor CuSO4 sebesar 35121,25 J/mol, ΔH penentuan kalor

penetralan HCl+NaOH sebesar 81,31 J/mol, ΔH penentuan kalor penetralan HCl+NH4OH

sebesar 11134,25 J/mol dan ΔH penentuan kalor penetralan NaOH+CH3COOH sebesar

30568,75 J/mol.

Daftar Pustaka

Achmad, Hiskia, Tupamahu. 2001. Stoikiometri Energetika Kimia. Bandung: PT Citra Aditya Bakti.

Brady, James E. 1999. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Jilid kesatu. Jakarta: Binarupa Aksara.

Chang, Raymon. 2005. Kimia Dasar Konsep Inti Jilid I. Erlangga : Jakarta

Sutrisno, E. T. dan Nurminabari, I. S. 2013. Penuntun Praktikum Kimia Dasar. Universitas Pasundan, Bandung.

Tim Dosen Kimia Dasar. 2014. Buku Petunjuk Eksperimen Kimia. Universitas Negri Semarang.

jurnal termokimia

Education