Friday, 9 September 2016

Tetapan Kalorimeter dan Konsentrasi H­2SO4 kimia fisik



Tetapan Kalorimeter dan Konsentrasi H­2SO4

I.       Tujuan

1.      Menentukan tetapan kalorimeter sebagai dasar percobaan yang lain
2.      Menentukan konsentrasi H2SO4

II.    Landasan Teori

Menurut  Syukri ( 1999 : 123) Kalorimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur perubahan panas. Hal ini karena kalorimeter meresap panasa sehingga tidak semua panas terukur. Kalorimeter yang digunakan dalam keadaan sederhana adalah kalorimeter adiabatik. Dilaboratorium alat ini merupakan alat ukur yng teliti dan secara sederhana kita menyatakan bahwa bejana panas mengalir kedalam atau keluar dari sistem.
Pada tekanan tetap hukum untuk suatu transformasi kalorimeter :
H = Q                                 P = O
Perubahan panas dalam keadaan ini dapat dinyatakan:
            K(T1) + R(T1) = K(T2) + R(T2)P = Konstan
Dimana :          K = Kalorimeter
                        R = Reaktan
                        P = Produk (Hasil Reaksi)
Karena sistem terisolasi maka temperatur akhir (T2) berbeda dengan temperatur awal (T1).
          Menurut Pettruci (1987 :146 )Kalor reaksi suatu reaksi kimia dapat ditentukan dengan menggunakan hukum Hess, berdasarkan data perubahan entalpi pembentukan standar, berdasarkan energi ikatan dan secara eksperimen. Pengukuran jumlah kalor reaksi yang diserap atau dilepaskan pada suatu reaksi kimia dengan eksperimen disebut kalorimeter. Proses dalam kalorimeter berlangsung secara adiabatik, yaitu tidak ada energi yang dilepas ataupun masuk daari dan ke dalam kalorimeter. Zat yang akan direaksikan dimasukkan dalam kalorimeter, dengan mengukur suhu sebelum dan sesudah reaksi dapat ditentukan kapasitas panas dan kalor reaksi.
          Tetapan kalorimeter adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu kalorimeter sebesar 1oC pada air dengan massa 1 gram. Biasanya dengan mencampurkan air dingin dengan air panas sehingga terjasi perpindahan panas sesuai azas black yaitu:
Q Lepas = Q Terima
Q air panas = Q air dingin + Q kalorimeter
M1 c (Tp - Tc) = M2 c (Tc - Td) + C (Tc – Td)
Dimana:
M1      = massa air panas
M2     = masaa air dingin
c        = kalor jenis air
C       = Kapasitas Kalorimeter
Tp      = Suhu air panas
Td      = Suhu air dingin
Tc      = Suhu air campuran
          Karena satuan standar energi panas telah digunakan selama bertahun-tahun, alat yang digunakan untuk mengukur perubahan kalo selama reaksi kimia adalah kalorimeter. Teknik untuk penggunaannya dikembangkan oleh lavoinser dan ahli kimia lama lainnya dan telah diperbaiki hingga dewasa ini berkecermatan tinggi dalam laboratoria seperti Biro Standar Nasioanl Amerika Serikat ( Keenan. 1980 : 251).
          Menurut Chanier( 1987 : 222)Asam sulfat (H2SO4) merupakan asam mineral (anorganik) yang kuat. Zat ini larut dalam air pada semua perbandingan. Asam sulfat merupakan komponen utama hujan asam, yang terjadi karena oksidasi sulfur dioksida di atmosfer dengan keberadaan air (oksidasi asam sulfit). Asam sulfat 98% umumnya disebut asam sulfat pekat. Asam sulfat terbentuk secara alami melalui oksidasi mineral sulfida, misalnya besi sulfida. Asam sulfat diproduksi dari belerang, oksigen dan air melalui proses kontak. Terdapat berbagai jenis konsentrasi asam sulfat yang digunakan untuk berbagai keperluan:
·    10%, asam sulfat encer untuk kegunaan laboratorium
·    33,53%, asam baterai
·    62,18%, asam bilik/pupuk
·    73,61%, asam menara/glover
·    97%, asam pekat
H2SO4 anhidrat adalah cairan yang sangat polar.
          Reaksi hidrasi asam sulfat sangatlah eksotermik. Selalu ditambahkan asam kedalam air daripada air kedalam asam. Air memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada asam sulfat dan cenderung mengapung diatasnya, sehingga apabila air ditambahkan dalam asam sulfat pekat, ia akan dapat mendidih dan bereaksi dengan keras (Edward. 1950 : 251).
Menurut sukardjo ( 1990 : 77 )Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor suatu reaksi yang diserap atau dilepas pada suatu reaksi kimia. Kalorimeter ini terdiri atas bejana yang dilengkapi dengan pengaduk dan termometer. Bejana diselimuti penyekat panas untuk mengurangi radiasi panas, seperti pada termos. Kalorimeter sederhana dapat dibuat menggunakan wadah styrofoam.
Menurut mundilarto (1993 : 43 )Pengukuran dan dalam melakukan percobaan (eksperimen) untuk menentukan kapasitas kalor atau kalor spesifik, terjadilah pertukaran kalor antara benda (zat) yang panas dengan benda (zat) yang dingin sampai diperoleh suatu keseimbangan formal pada waktu suhu tunak (steady) final tercapai.
Jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda (zat) yang panas sama dengan jumlah kalor yng diterima oleh benda (zat) yang dingin atau dapat ditulis dengan :Kalor yang diberikan = kalor yang diterima Q lepas = Q terima                                                 


III. Prosedur Percobaan

3.1           Alat dan Bahan
1.      Alat
a.       Kalorimeter
b.      Pengaduk
c.       Bahan Isolasi
d.      Termometer
e.       Gelas Ukur 50mL
f.       Lampu Spritus
g.      Stopwatch



2.      Bahan
a.       Larutan H2SO4
b.      Aquades











3.2           Skema Kerja
1.      Menentukan Tetapan Kalorimeter
Text Box: Air Dingin


 
Dimasukkan dalm gelas kimia
Diukur suhu setiap 30 detik hingga detik ke 10
Diisi data pada tabel 1.1
Air pertama
 
 


Text Box: Air Panas



 
Dimasukkan dalam kalorimeter
Diukur suhu setiap 30 detik hingga detik ke 10
Diisi data ke tabel 1.1
Text Box: Air Kedua



Text Box: Air Pertama


 
Dimasukkan dalm kalorimeter
Diaduk
Dihitung suhu saat detik 12 dst
Text Box: HasilDiisi data pada tabel 1.1


2. Menentukan Konsentrasi H2SO4
Text Box: Aquades


 
Diisi kedalam kalorimeter seperti volumenya
Dicatat suhu setelah 5 menit
Ditambah 5mL H2SO4
Dicatat suhu campuran
Diaduk agar diperoleh suhu maksimum
Text Box: Air KeduaDiulangi dengan konsentrasi H2SO4 yang berbeda-beda









IV. Hasil dan Pemabahasan

4.1  Data Percobaan
Tabel 1.1 Penentuan Tetapan Kalorimeter
Detik ke-
Air dingin
Air panas
Setelah dilakukan pencampuran3
Waktu (detik)
Td (oC)
Waktu (detik)
Tp (oC)
Waktu (detik)
Tc (oC)
1
30
29
30
77


2
60
29
60
7165


3
90
29
90
68


4
120
29
120
66


5
150
29
150
65


6
180
29
180
64


7
210
29
210
63


8
240
29
240
62


9
270
29
270
61


10
300
29
300
60


11
        330                              waktu pencampuran
12
360



30
47
13
390



60
47
14
420



90
47
15
450



120
47
16
480



150
47
17
510



180
47
18
540



210
46.5
19
570



240
46.5
20
600



270
46.5
Vair yang digunakan = 50 ml


Tabel 1.2   Konsentrasi Larutan H2SO4
V H2SO4 Yang digunakan = 5 ml
Vair Yang digunakan = 25 ml
Pengenceran
Volume H2SO4, ml
Takhir/Tmaks, oC
Panas Pelarutan,DH
Mol zat terlarut
Konsentrasi larutan
0
5
32
27.942
0.20
0.04
2x
5
30
9.314
0.067
0.013
3x
5
29
0
0
0
4x
5
28.8
-1.8628
0.0134
0.0027
5x
5
29
0
0
0


4.2 Pembahasan
Pada percobaan ini digunakan kalorimeter sederhana yang digunakan untuk menentukan kalor jenis dari suatu larutan. Azas yang digunakan pada prinsip kerja kalorimeter ini yaitu azas black. Setiap dua benda atau lebih dengan suhu berbeda dicampurkan maka benda yang bersuhu lebih tinggi akan melepaskan kalornya, sedangkan benda yang bersuhu lebih rendah akan menyerap kalor hingga mencapai keseimbangan. Pertukaran energi kalor merupakan merupakan dasar teknik yang dikenal dengn kalorimeter.
Untuk mengukur kalor jenis suatu larutan pertama yang harus diketahui terlebih dahulu adalah tetapan kalorimeter yaitu banyakya panas yang diserap kalorimeter beserta termometer dan pengaduknya. Pada percobaan pertama dilakukan pencampuran antara air dingin dan air panas pada kalorimeter untuk menentukan kapasitas yang dimiliki kalorimeter sederhana tersebut.
1.       Penentuan Tetapan Kalorimeter
Pada pengukuran air dingin dengan periode setiap 30 detik diperoleh suhu konstan dari air dingin setelah 10 kali pengukuran yaitu 29˚C sedangkan suhu air panas konstan yaitu 60˚C, setelah kedua air tersebut dicampurkan diperoleh suhu campurannya yaitu 46.5˚C. Dari pengukuran suhu tersebut terjadi proses yang tidak adiabatik dimana saat air dimasukkan kedalam kalorimeter terjadi perubahan dari kalor pada larutan. Hilangnya sifat kalorimeter yang adiabatik dikarenakan kondisi yang tidak lagi sesuai dengan ketentuannya karena masih ada kalor yang terserap oleh kalorimeter maupun pengaduk. Setelah diperoleh data dari beberapa keadaan suhu tersebut, barulah dicari kapasitas panas yang dimiliki kalorimeter tersebut dan diperoleh kapasitas kalornya sebesaar -47.7.
Nilai negatif pada tetapan kalorimeter merupakan suatu kesalahan yang menyebabkan nilai kalor yang diterima air dingin lebih besar dibanding nilai kalor yang diterima air panas. Dalam hal ini terjadi reaksi eksoterm dimana kandungan panas dari sistem menurun sehingga sistem melepaskan kalor ke lingkungan. Hal ini melenceng dari teori dimana kalorimeter dapat menjaga atau mempertahankan kalor dari suatu larutan. Grafik hubungan antara waktu terhadap suhu dapat dilihat sebagai berikut:
Grafik 1. Hubungan Waktu Terhadap Suhu
            Dari grafik  antara waktu dan suhu pada percobaan ini dapat dilihat bahwa suhu air dingin awalnya tinggi kemudian turun dan setelah dingin awalnya tinggi kemudian turun dan setelah itu stabil pada suhu 29˚C, sedangkan air panas mengalami penurunan sampai pada suhu 60˚C, hal ini terjadi karena kalorimeter yang tidak dapat menjaga kalor dari larutan tersebut. Pada grafik air campuran dan lebih tinggi dari air dingin karena merupakan campuran keduanya sehingga kalor akan stabil pada suhu tertentu.
2.      Menentukan Konsentrasi Larutan H2SO4
Pada percobaan untuk menentukan konsentrasi larutan H2SO4 ini dilakukan pada beberapa konsentrasi. Ketika H2SO­4 dilarutkan dalam air terjadi reaksi eksoterm yang kuat. Reaksi eksoterm yaitu reaksi yang membebaskan kalor, kalor mengalir dari sistem ke lingkungan. Pada reaksi eksoterm umunya suhu sistem menjadi naik, adanya kenaikan suhu inilah yang menyebabkan sistem melepaskan kalor ke lingkungan.
Dari data data suhu dan H2SO4 yang diukur dalam kalorimeter diperoleh data panas pelarutan larutan tersebut yaitu pada H­2SO4 1M suhu akhirnya yaitu 29˚C dan panas pelarutannya 27.942 J, pada pengenceran kedua  = 9.314 J, pada pengenceran selanjutnya diperoleh = 0 J, kemudian diencerkan lagi sehingga diperoleh H = -1.8628 J begitu juga pada pengenceran terakhir diperoleh hasil yang sama yaitu = 0 J.
Dilihat dri data perubahan panas pelarutan atau entalpi tersebut dapat dianalisis bahwa terjadi kesalahn pada percobaan ini karena entalpi dari H2SO4 dan air yang dicampurkan tersebut seharusnya bernilai negatif seharunya karena reaksi antara H2SO4 dan air yang dapat dituliskan reaksinya sebagai berikut:
            Reaksi tersebut merupakan reaksi hidrasi dan merupakan reaksi yang bersifat eksoterm sehingga H seharusnya bernilai negatif karena kalor dari sistem pindah kelingkungan. Karena data H yang diperoleh kurang tepat maka data dari mol zat terlarut dan konsentrasi larutan yang diperoleh juga tidak benar karena ketiganya saling berhubungan dalam perhitungannya secara teoritis.
            Kesalahan-kesalahan yang terjadi pada percobaan ini terjadi bisa karena beberapa faktor, salah satu faktor yang menyebabkannya yaitu kalorimeter sederhana yang digunakan tidak dalam keadaan adiabatik sehingga kalor dari larutan tidak terjaga dan membuat data yang diperoleh tidak valid.


V.    KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang diperoleh dari praktikum ini adalah sebagai berikut:
1.      Tetapan kalorimeter adalah kapasitas kalor kalorimeter yang dapat ditentukan menggunakan data dari pengukuran suhu campuran antara air panas dan air dingin dan diperoleh nilai dari tetapan kalorimeter yang digunakan yaitu -60,8 J/˚C.
2.      Konsentrasi H2SO4 dapat ditentukan dengan menggunakan kalorimeter dengan mencari entalpinya terlebih dahulu untuk mendapatkan mol dari larutan tersebut dan pada percobaan ini konsentari yang diperoleh untuk asam sulfat tidak tepat karena kalorimeter yang digunakan yang tidak adiabatik.



DAFTAR PUSTAKA

Chenier, Philip. J.1987. Survey of Industrial Chemistry. New York : ISBN
Edward, M Jones. 1950.Industial and Engineering Chemistry. New York: Oxford
Keenan. 1980. Kimia Untuk Universitas Jilid I. Jakarta : Erlangga
Mundilarto. 1983. Materi Pokok Fisika Dasar II. Jakarta : UI-Press
Pettruci, Ralph H. 1987. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modrean Jilid 2, Edisi4.  Jakarta: Erlangga
Sukardjo. 2002. Kimia Fisika. Yogjakarta : Rineka Cipta
Syukri, S. 1999. Kimia Dasar I. Bandung : ITB





LAMPIRAN

PERHITUNGAN
I. Menentukan Tetapan Kalorimeter
Td=290c                      M=50 gram
Tp=600c                       c=4.18 j/0c
Tc=46.50c
                    

II. Menghitung Panas Pelarut





Jumlah mol H2SO4



Konsentrasi Larutan secara percobaan



Pertanyaan
1. tentukan tetapan kalorimeter?
2. Hitung beberapa energi yang diserap 1gram air untuk setiap kenaikan suhu 1˚C.
3. Hitung beberapa perubahan panas pelarutan H2SO4 !


4. Hitung beberapa konsentrasi larutan H2SO4!
Jumlah mol H2SO4
Konsentrasi Larutan secara percobaan


5. Mengapa energi yang diterima air dingin tidak sama dengan yang dilepas oleh air panas?
- karena kalorimeter dan pengaduk menyerap energi air panas jadi selain air dingin yang menyerap kalorimeter juga menyerap energi air panas.
6. Bagaimana anda dapat menghitung kapasitas kalorimeter?