Eksperimen ini bertujuan untuk menentukan perubahan entalpi pembakaran (ΔHC) naftalen menggunakan kalorimeter bom. Perubahan entalpi diukur dengan membakar sampel di dalam kalorimeter yang berisi air, dan mengukur kenaikan suhu air. Kenaikan suhu ini digunakan untuk menghitung jumlah kalor yang diserap air dan kalorimeter. ΔHC naftalen dihitung dengan menggunakan persamaan kesetimbangan kalor yang melibatkan kalor re
1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. (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
10. 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 =
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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
16. 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
17. ∆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)
18. (Gambar pengukuran panjang kawat)
(Gambar pelet digantung pada kawat)
(Gambar elektroda)
(Gambar alat bom)
(Gambar rangkaian kalorimeter bom)
