Termokimia

TERMOKIMIA

Gabrielle Zhe (2101631033)

I.      Tujuan :

1.     Menentukan reaksi eksotermis dan endotermis

2.     Menentukan tetapan kalorimeter

3.     Menentukan kalor reaksi suatu reaksi kimia

II.    Tinjauan Pustaka

Ilmu kimia yang mempelajari perubahan kalor atau panas suatu zat yang menyertai suatu reaksi atau proses kimia dan fisika disebut termokimia. Dalam termokimia, kita akan mengenal istilah yang dinamakan system dan lingkungan. Sistem merupakan sesuatu / area yang sedang terjadi suatu proses. Sedangkan lingkungan adalah area yang berada di sekitar system. Oleh karena itu kita juga mengenal system terbuka dan system tertutup. Sistem terbuka dapat terjadi karena ada pertukaran materi antara system dan lingkungannya. Ini membuat adanya perubahan massa dan energy. Contohnya seperti kapur barus yang menguap di udara atau uap dari pemanasan air yang lepas ke udara. Sedangkan system tertutup hanya terjadi pertukaran energy pada lingkungan. Contohnya seperti bungkus es krim yang dingin karena adanya es krim didalamnya. Sedangkan system terisolasi adalah tidak adanya proses pertukaran materi maupun energy. Contohnya termos yang tahan terhadap lingkungan di luarnya namun juga menahan air agar tetap hangat / dingin.

Berdasarkan panas atau kalor atau energi yang dihasilkan, suatu reaksi kimia dibedakan menjadi reaksi eksoterm dan reaksi endoterm. Reaksi dikatakan eksoterm bila proses reaksi tersebut menghasilkan panas atau kalor. Sedangkan suatu reaksi dikatakan endoterm bila menyerap kalor atau panas atau energi dari lingkungannya untuk proses reaksi tersebut. Contoh reaksi eksoterm adalah reaksi karbit dengan air. Kalsium oksida yang digunakan dalam beberapa produk makanan / food military (MRE) agar makanan yang dibawa dapat hangat saat dikonsumsi. Selain itu ada juga proses respirasi yang melibatkan oksigen untuk melakukan metabolisme sehingga mampu menghasilkan energy dalam bentuk Adenosin TriPhospat. Sedangkan contoh reaksi endoterm adalah proses fotosintesis yang menyerap energy untuk menghasilkan glukosa. Lalu pelarutan urea dalam air yang hasilnya terasa dingin di kulit kita.

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan / reaksi kimia. Kalorimeter terdirir atas sebuah bejana logam yang kalor jenisnya sudah diketahui sebelumnya. Bejana itu ditempatkan dalam suatu wadah bejana lain dengan cara dipisahkan (tidak terdapat kemungkinan bersinggungan secara langsung) diantara kedua bejana tadi diberi isolator yang mencegah terjadinya pertukaran kalor dengan udara luar (Purwoko, 2007). Pengukuran jumlah kalor dalam suatu reaksi kimia disebut dengan kalorimetri. Prinsip dari calorimeter menggunakan prinsip hukum Hess. Hukum Hess berbunyi “kalor reaksi tidak bergantung pada lintasan, tetapi hanya ditentukan keadaan awal dan keadaan akhir”. Artinya kalor dari suatu reaksi yang kurang lebih sejenis, walaupun menggunakan 1 langkah / lebih dari satu langkah kalor reaksinya akan berjumlah sama. Karena penentu kalor tersebut hanyalah keadaan awal dan akhirnya saja.  Jadi hukum Hess adalah suatu hukum yang mengemukkan bahwa setiap reaksi memiliki ∆H tetap dan tidak bergantung pada jalan reaksinya atau jumlah tetap reaksi melainkan hanya tergantung dari keadaan awal dan keadaan akhir. Tak hanya itu, calorimeter juga menggunakan prinsip dari asas Black. Prinsip kerja kalorimeter didasarkan pada Azas Black yang dinyatakan sebagai berikut :

·       Jika dua benda yang mempunyai suhu berbeda didekatkan sehingga terjadi kontak maka temperatur akhir kedua benda yang mempunyai suhu berbeda setelah keseimbangan termis tercapai akan sama.

·       Jumlah kalor yang diterima = jumlah kalor yang diberikan. (Wahyuni, 2010).

Azas Black berbunyi sebagai berikut : “Jumlah kalor yang diterima ama dengan jumlah kalor yang dilepaskan (Purwoko, 2007).

Aplikasi calorimeter dalam kehidupan manusia adalah kita dapat menentukan kalor jenis suatu bahan yang belum kita ketahui kalor jenisnya. Karena calorimeter dapat berhubungan dengan listrik, maka pengaplikasiannya juga sangat dekat dengan kehidupan sehari – hari adalah  setrika listrik, rice cooker, microwave, pengasap ikan, pemanas air listrik dan lain-lain.

Q_lepas = Q_terima

 M₁ X C₁ X (T₁-T_Campuran) = M₂ X C₂ X (T_Campuran-T₂)

Oleh karena itu, dalam perhitungan kalorimetri, sangat penting untuk mengetahui bagaimana perubahan – perubahan suhu yang terjadi dalam reaksi tersebut.

III.  Metodologi

3.1 Alat

·       Kalorimetri

·       Erlenmeyer

·       Gelas ukur 100 mL

·       Breaker glass 250 mL

·       Pipet ukur 5 mL

·       Timbangan

·       Termometer

·       Hot plate

·       Stopwatch

·       Bulb

3.2 Bahan

·       HCl (1 M)

·       NH₄Cl (1 M)

·       Aquadest

·       NaOH (1 M)

·       Pita Magnesium

IV.  Langkah Kerja

A.    Reaksi eksotermis dan endotermis

1.     HCl dan NH₄Cl

a.     Masukkan 3 mL larutan HCl 1 M ke dalam tabung reaksi.

b.     Tambahkan 3 mL larutan NH₄Cl 1 M .

c.     Amati dan sentuh dinding tabung reaksi

B.    Tetapan Kalorimetri

1.     Standarisasi kalorimetri

a.     Siapkan 2 buah thermometer

b.     Masukkan keduanya kedalam aquadest 150 mL.

c.     Perhatikan temperaturnya setelah 1 menit.

2.     Masukkan 50 mL aquadest hasil kalibrasi ke dalam Erlenmeyer dan panaskan hingga 50⁰C. 

3.     Catat waktu setiap menit dimulai dari suhu 50⁰C selama 3 menit.

4.     Sambil mengerjakan langkah kedua, timbang calorimeter dalam keadaan kering dan bersih.

5.     Masukkan 50 mL aquadest kalibrasi yang telah dingin bersuhu 20⁰C ke dalam gelas kimia.

6.     Amati suhu aquadest dingin setiap menit dimulai dari suhu 20⁰C  hingga menit ketiga.

7.     Masukkan air dingin dan air panas ke dalam calorimeter secara cepat. Kemudian timbang kembali massa calorimeter.

8.     Ukur suhu aquadest campuran dalam calorimeter setiap menit selama 3 menit berikutnya sambil dilakukan pengadukan . 

9.     Hitung perubahan temperature, kalor yang dilepas air panas dan kalor yang diterima air dingin, serta kalor yang diterima kalorimetri.

C.    Kalor Netralisasi

a.     Masukkan 20 mL larutan HCl 1 M ke dalam calorimeter dan 20 mL larutan NaOH 1 M ke dalam Erlenmeyer.

b.     Ukur suhu keduanya setiap menit selama 3 menit.

c.     Tuang NaOH ke dalam calorimeter yang berisi 20 mL larutan 20 mL larutan HCl 1 M.

d.     Ukur suhunya setiap menit selama 3 menit.

e.     Hitung perubahan temperature, kalor yang diterima NaOH dan HCl , serta kalor yang diterima kalorimetri dan perubahan entalpinya.

V.    Hasil dan Pembahasan

5.1 Hasil

Tabel A Reaksi Eksotermis dan endotermis

Larutan 1	Larutan 2	Hasil
HCl	NH4Cl	Larutan menjadi dingin.

Tabel B. Tetapan calorimeter

	Berat (Gram)	Temperatur pada menit ke ---
		1	2	3	4	5	6	7
Air panas	17.2	49	48	47
Air dingin	49.4	19	18	17
Campuran	342.4					31,5	31	30.5

Perhitungan :

_{Air dingin} = T₅ – T₃ = 31.5 – 17 = 14.5

_{Air panas} = T₃ – T₅ = 47 – 31.5 = 15.5

_Kalorimeter = T₅ – T_{3 rerata} = 31.5 – ( ) = 31.5 – 32 = -0.5

Q_{Air dingin} = m_{Air dingin} x_. C_Air x _{Air dingin}

             = 49.4 x 10^-3 x 4200 x 14.5

             = 3,008.460 J

Q_{Air panas} = m_{Air panas} x_. C_Air x _{Air panas}

             = 17.2 x 10^-3 x 4200 x 15.5

             = 1,119.720 J

Q_Lepas = Q_Terima

Q_{Air panas} =  Q_{Air dingin} + Q_Kalorimeter

1,119.720 J = 3,008.460 J + Q_Kalorimeter

-1,888.74 J = Q_Kalorimeter

-1,888.74 J = C_Kalorimeter x _Kalorimeter

-1,888.74 J = C_Kalorimeter x (T₅ – T_{3 rerata})

944.37 Joule / c = C_Kalorimeter

Tabel C. Kalor Netralisasi

	Volume    (mL)	Temperatur pada menit ke ---
		1	2	3	4	5	6	7
HCl 1 M	20	23.5	24	24.5
NaOH     1 M	20	29.5	28	27.5
Campuran	40					28	28.5	28

Perhitungan :

_HCl = T₅ – T₃ = 28 – 24.5 = 3.5

_NaOH = T₅ – T₃ = 28 – 27.5 = 0.5  

_Kalorimeter = T₅ – T_{3 rerata} = 28 – ( ) = 28 – 26 = 2

Q_HCl = m_HCl x_. C_Air x _HCl

       = 20 x 10^-3 x 4200 x 3.5

       = 294 J

Q_NaOH = m_NaOH x_. C_Air x _NaOH

          = 20 x 10^-3 x 4200 x  0.5

          = 42  J

Q_Kalorimeter = C_Kalorimeter x _Kalorimeter

                  =  x 2

               = 1,888.74 J

Q_Lepas = Q_Terima

Q_NaCl =  Q_Hcl + Q_NaOH + Q_Kalorimeter

Q_NaCl =  294 + 42 + 1,888.74

Q_NaCl =  2,224.74 J

n_HCl = Molaritas x volume(liter) = 1 x (0.02) = 0.02 mol

n_NaOH = Molaritas x volume(liter) = 1 x (0.02) = 0.02 mol

     NaOH_(Aq) + HCl_(Aq) àNaCl_(Aq) + H₂O_(l)

m : 0.02 mol   0.02 mol     -               -

r   : 0.02 mol   0.02 mol  0.02 mol   0.02 mol 

s  :       -               -          0.02 mol   0.02 mol 

 

 = - 111,237

5.2 Pembahasan

Pada percobaan pertama, kita hanya menetukan apakah reaksi kimia tersebut termasuk reaksi eksoterm atau endoterm. Berdasarkan hasil percobaan kami, kami mendapati bahwa setelah terjadi reaksi tersebut, tabung reaksi terasa lebih dingin dari sebelum reaksi dimulai.  Maka dalam reaksi ini terjadi penyerapan kalor dari lingkungan / area sekitarnya ke dalam system. Sehingga inilah yang membuat hasil reaksi terasa dingin. Dari ciri khas hasil larutan yang dingin, maka dapat ditentukan bahwa reaksi dari ammonium klorida dan asam klorida adalah reaksi endoterm.

Pada percobaan kedua, kita mencari berapa kalor jenis dari calorimeter. Mengikuti hukum hess dan asas black. Maka dalam keadaan ini, air panas merupakan kalor yang dilepas. Sedangkan air dingin dan calorimeter mendapat / menyerap panas dari air panas. Sehingga saat keduanya dicampurkan dalam calorimeter, mereka mampu menghasilkan suhu campuran. Mengikuti hukum hess, yang mengatakan bahwa kalor hanya terlihat dari reaksi awal dan akhir, maka perhitungan perbedaan suhu hanya terjadi pada sebelum dicampurkan di menit ke 3 dan menit awal setelah dicampurkan. Lalu diambil suhu ke 5 karena di saat itulah proses pelepasan dan penerimaan kalor terjadi secara optimal.

Pada percobaan ketiga, kita harus menentukan berapa perubahan entalpi dari suatu reaksi. Entalpi merupakan total energy dari suatu termodinamika. Dalam perhitungan, entalpi didapat dari minus kalor total / kalor NaCl yang telah kita dapatkan dibagi dengan mol air. Walaupun kita menggunakan larutan asam klorida dan natrium hidroksida, namun kita tetap menggunakan kalor jenis dan massa jenis air. Hal ini karena konsentrasi HCl dan NaOH masih rendah, sehingga penyusunnya dominan air. Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan, ternyata reaksi yang terjadi antara asam klorida dan natrium hidroksida adalah reaksi eksoterm. Hal ini karena perubahan entalpinya bernilai negatif.

VI.  Kesimpulan

Bahwa dari percobaan ini, disimpulkan bahwa reaksi ammonium klorida dan asam klorida adalah reaksi endoterm. Kalor jenis dari calorimeter yang digunakan adalah  Sedangkan kalor reaksi NaCl adalah 2,224.74 Joule, sehingga perubahan entalpinya adalah - 111,237 .

VII.                    Daftar Pustaka

Gunadarma. (Tanpa Tahun). Termokimia. Diperoleh 21 Oktober 2017

file:///C:/Users/User/Downloads/Termokimia.pdf

Universitas Jember. (2013). Kalorimeter. Diperoleh 18 Oktober 2017

http://rizkafs.web.unej.ac.id/2015/03/17/18/

Universitas Jember. (2013). Penerapan Kalorimeter dalam Fisika. Diperoleh 18 Oktober 2017

http://diahchemistry27.blogspot.co.id/2014/05/penerapan-kalorimeter-dalam-fisika.html

Wijayanti, Widya. (Tanpa Tahun).Pengindentifikasian Entalpi Bahan Bakar Padat (Char) dan Cair (Tar) Hasil Proses Pirolisis Biomasa. Diperoleh 18 Oktober 2017

file:///C:/Users/User/Downloads/1597-1-3154-1-10-20150707.pdf

Widjajanti, Endang. (2004). Termokimia. Diperoleh 18 Oktober 2017 

file:///C:/Users/User/Downloads/ppm-termokimia.pdf