Hukum Hess

Nama : Ika Fatmawati
NIM : 4301409022
Prodi : Pendidikan Kimia
Rombel :2
Kelompok :6

LAPORAN PRAKTIKUM

PANAS PELARUTAN DAN HUKUM HESS

A.
TUJUAN
a. Menentukan panas pelarutan.
b. Menggunakan Hukum Hess untuk menentukan panas reaksi secara tidak
langsung.
B.
DASAR TEORI
Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.
Jika suatu benda menerima / melepaskan kalor maka suhu benda itu akan naik/turun
atau wujud benda berubah. Nilai positif untuk q menyatakan bahwa kalor diserap
oleh sistem dari sekelilingnya. Suatu nilai negatif dari q berarti bahwa sistem
memberikan kalor kepada sekelilingnya. Perubahan energi dalam, U yang dihasilkan
oleh perpindahan kalor q ke sistem, bila tak ada kerja yang dilakukan dinyatakan
sebagai:
∆U = q (tidak ada kerja yang dilakukan)
Panas pelarutan adalah panas yang dilepaskan atau diserap ketika satu mol
senyawa dilarutkan dalam sejumlah pelarut. Secara teoritis, panas pelarutan suatu
senyawa harus diukur pada proses pelarutan tak terhingga, tetapi dalam prakteknya,
pelarut yang ditambahkan jumlahnya terbatas, yaitu sampai tidak lagi timbul
perubahan panas ketika ditambahkan lebih banyak pelarut.
Perubahan entalpi pelarutan adalah kalor yang menyertai proses penambahan
sejumlah tertentu zat terlarut terhadap zat pelarut pada suhu dan tekanan tetap.
1
Terdapat dua macam entalpi pelarutan yaitu entalpi pelarutan integral dan entalpi
pelarutan diferensial. Entalpi pelarutan integral adalah perubahan entalpi jika satu
mol zat terlarut dilarutkan ke dalam n mol pelarut. Jika pelarut yang digunakan
adalah air, maka persamaan reaksi pelarutnya dituliskan sebagai berikut:
X + n H2 O
X. nH2O
ΔHr = ........kJ
Persamaan tersebut menyatakan bahwa satu mol zat x dilarutkan ke dalam n
mol air. Sebagai contoh entalpi pelarutan integral dalam percobaan kita kali ini
adalah CuSO4:
CuSO4 + 5 H2O
CuSO4. 5 H2O
ΔHr = ........kJ
Pelarut yang kita gunakan dalam hal ini adalah air. Karena air mempunyai sifat
khusus. Salah satu sifatnya adalah mempunyai kemampuan melarutkan berbagai
jenis zat. Walaupun air bukan pelarut yang universal (pelarut yang dapat melarutkan
semua zat), tetai dapat melarutkan banyak macam senyawa ionik, senyawa organik
dan anorganik yang polar dan bahkan dapat melarutkan senyawa-senyawa yang
polaritasnya rendah tetapi berinteraksi khusus dengan air.
Salah satu sebab mengapa air itu dapat melarutkan zat-zat ionik ialah karena
kemampuannya menstabilkan ion dalam larutan hingga ion-ion itu dapat terpisah
antara satu dengan lainnya. Kemampuan ini disebabkan oleh besarnya tetapan
dielektrika yang dimiliki air. Tetapan dielektrik adalah suatu tetapan yang
menunjukkan kemampuan molekul mempolarisasikan dirinya atau kemampuan
mengatur muatan listrik yang tedapat dalam molekulnya sendiri sedemikian rupa
sehingga dapat mengarah pada menetralkan muatan-muatan listrik yang terdapat di
sekitarnya. Dalam hal ini, kekuatan tarik menarik muatan yang belawanan akan
sangat diperkecil bila medianya mempunyai tetapan dielektrik besar.
Dalam percobaan ini akan dicari panas pelarutan dua senyawa yaitu
CuSO4.5H2O dan CuSO4 anhidrat. Biasanya panas reaksi senyawa sangat sulit untuk
ditentukan, tetapi dengan menggunakan hukum Hess panas reaksi ini dapat dihitung
secara tidak langsung. Hukum Hess menyatakan bahwa entalpi reaksi adalah jumlah
total perubahan entalpi untuk setiap tahapnya atau bisa disimpulkan kalor reaksi
tidak bergantung pada lintasan, tetapi hanya ditentukan keadaan awal dan akhir. Jadi
2
jika suatu reaksi dapat berlangsung menurut dua tahap atau lebih maka kalor reaksi
totalnya sama dengan jumlah aljabar kalor tahapan reaksinya. Oleh karena itu hukum
Hess disebut juga hukum penjumlahan kalor. Dengan mengetahui ΔHf (perubahan
entalpi pembentukan) dari reaktan dan produknya, dapat diramalkan perubahan
entalpi reaksi apapun, dengan rumus:
ΔH = ΔHf Produk - ΔHf Reaktan
Pada percobaan ini, digunakan kalorimeter untuk mengukur ∆U. Perubahan
temperatur ∆T dari kalorimeter yang dihasilkan dari reaksi sebanding dengan energi
yang dibebaskan atau diserap sebagai kalor. Oleh karena itu, dengan mengukur ∆T,
kita dapat menentukan q. Sehingga rumusnya:
q = m.c.∆T dan q = C.∆T
C.
ALAT DAN BAHAN
a. Alat:
1. Kalorimeter dan pengaduk
2. Mortal dan pastel
3. Termometer 0-100oC
4. Gelas ukur 100 ml
Kalorimeter
5. Cawan porselin
6. Stopwatch
7. Desikator
8. Pembakar bunsen dan kaki tiga
b. Bahan
1. Kristal CuSO4.5 H2O 10 gram
2. Aquades 100 mL
3
D.
CARA KERJA
a. Menentukan tetapan kalorimeter
1. Menyiapkan kalorimeter, termometer dan pengaduknya.
2. Memasukkan 50 mL air dingin dalam kalorimeter tersebut, menyiapan juga
50 mL air panas yang telah diukur suhunya terlebih dahulu, kemudian aduk.
3. Mencatat suhu dalam kalorimeter setiap 30 detik sampai suhunya konstan
dan catatlah temparatur konstan.
b. Menentukan kalor reaksi CuSO4. 5 H2O
Haluskan 10 gram kristal CuSO4.5H2O
Serbuk
Timbang
5 gram CuSO4.5H2O
Masukkan
Catat temperatur kesetimbangannya
4
c. Menentukan kalor reaksi CuSO4 anhidrat
Haluskan 10 gram kristal CuSO4.5H2O
Serbuk
Timbang
5 gram CuSO4.5H2O
Panaskan hingga air kristal menguap
Di cawan porselin (warna biru hilang)
Serbuk CuSO4 anhidrat
Simpan hingga dingin di Desikator
Timbang sebuk CuSO4 anhidrat
Masukkan dalam kalorimeter
Catat Temperatur Kesetimbangan
5
E.
DATA PENGAMATAN
a. Menghitung tetapan kalorimeter
Suhu awal air dingin = 30 0C
Suhu awal air panas = 60 0C
Tetapan kalorimeter hasil perhitungan = 0,42 kJ oC-1
Waktu (menit) Suhu air dingin (oC) Suhu air panas (oC)
0.0 30 48
0.5 30 47
1.0 30 46,5
1.5 30 46
2.0 30 45
2.5 30 44
3.0 30 44
3.5 30 44
4.0 30 44
b. Menghitung panas pelarutan CuSO4. 5 H2O
Panas pelarutan hasil perhitungan (∆H) = -32262,651 J/mol
Waktu (menit) Suhu air (oC) CuSO4. 5 H2O (oC)
0.0 30 31,5
0.5 30 31,5
1.0 30 31,5
1.5 30 31,5
6
2.0 30 31,5
2.5 30 31
3.0 30 31
3.5 30 31
4.0 30 31
4.5 30 31
c. Menghitung panas pelarutan CuSO4 anhidrat
Panas pelarutan hasil perhitungan (∆H) = -121531,797 J/mol
Waktu (menit) Suhu air (oC) CuSO4 Anhidrat (oC)
0.0 29,5 38
0.5 29,5 39
1.0 29,5 39
1.5 29,5 40
2.0 29,5 40,5
2.5 29,5 41
3.0 29,5 42
3.5 29,5 42
4.0 29,5 43
4.5 29,5 43
5.0 29,5 43
5.5 29,5 43
7
F.
PEMBAHASAN
Dalam percobaan ini bertujuan untuk menentukan panas pelarutan dari
CuSO4.5H2O dan CuSO4 anhidrat. Sebelumnya, kita mencari tetapan kalorimeter
dengan mencampurkan air panas dan air dingin sampai menemukan suhu konstan,
diukur dengan termometer tiap 30 detik. Tetapan kalorimeter dapat diperoleh dari
pencampuran air dingin dengan air panas dalam kalorimeter dan mencatat suhunya
(suhu awal dan akhir).
Jika kalorimeter tidak menyerap kalor dari campuran air, maka kalor yang
diberikan oleh air panas sama dengan kalor yang diserap oleh air dingin (Azaz
Black). Tetapi karena kalorimeter juga ikut menyerap kalor, maka kalor yang diserap
oleh kalorimeter adalah selisih kalor yang diberikan Oleh air panas dikurangi dengan
kalor yang diserap oleh air dingin (q3 = q2 – q1). Harga tetapan kalorimeter diperoleh
dengan cara membagi jumlah kalor yang diserap oleh kalorimeter (q3) dengan
penghangatan perubahan suhu pada kalorimeter.
C
q3
t
Ket:
C = tetapan kalorimeter (JoC-1)
q = kalor yang diserap (J)
Δt = perubahan suhu (oC)
Zat yang melepas kalor adalah zat yang suhunya tinggi, sedangkan zat
yang menerima kalor adalah zat yang bersuhu rendah. Kalor merupakan salah satu
bentuk energi
yang dapat dibuktikan melalui percobaan air dalam kalorimeter
(James Joule). Penerapan Hukum pertama disebut Hukum Hess, yakni entalpi reaksi
secara keseluruhan adalah jumlah entalpi reaksi dari reaksi-reaksi individual yang
merupakan bagian dari suatu reaksi.
Harga tetapan kalorimeter juga dapat diukur dengan rumus:
Q serap = Q terima
8
C.∆T + m1.c.∆T = m2.c.∆T
Grafik dari pencampuran air dingin dan air panas yaitu sebagai berikut:
Dari grafik diatas diperoleh bahwa suhu campuran mula-mula 48 °C dan suhu
campurannya 44 °C sehingga diperoleh tetapan kalorimeter (C) yaitu 30 J °C -1.
Dalam penentuan panas pelarutan CuSO4.5H2O, reaksi antara air dengan
CuSO4.5H2O dianggap melalui proses adiabatis sehingga tidak ada panas yang
dibebaskan. Rumus yang digunakan yaitu:
Q = Q air + Q kalorimeter
Pengamatan pertama yakni saat CuSO4.5H2O dimasukkan ke dalam air yang
ada di kalorimeter, suhu air mengalami penurunan. Turunnya suhu air dalam
kalorimeter ini dikarenakan serbuk CuSO4.5H2O telah mengandung air sehingga
pada saat dilarutkan ke dalam air terjadi interaksi antara keduanya yang
menyebabkan suhu larutan menjadi turun seperti grafik berikut:
9
Dari grafik diperoleh suhu campuran konstan yaitu 31 °C dengan suhu awal
air dingin 30 °C dan suhu awal campuran 31,5 °C. Sehingga panas pelarutan
CuSO4.5H2O diperoleh Q = 240 J dan ∆H = - 12.000 J/mol. Karena tanda negatif
maka reaksi tersebut termasuk reaksi eksoterm yaitu reaksi yang melepaskan kalor.
CuSO4.5H2O + H2O
CuSO4 + 6H2O ∆H = - 12 kJ/mol
Berdasarkan percobaan kedua yakni saat CuSO4 anhidrat dimasukkan ke
dalam air yang ada di kalorimeter, suhu air mengalami kenaikan. Hal ini terjadi
karena sistem menyerap panas dari lingkungan sehingga suhunya naik atau disebut
reaksi endoterm.
Naiknya suhu air dalam kalorimeter ini dikarenakan sebuk CuSO4 anhidrat
sudah tidak mengandung air akibat proses pemanasan yang telah dilakukan
sebelumnya pada CuSO4.5H2O sehingga air kristal dalam CuSO4.5H2O hilang atau
berkurang yang berakibat massanya berkurang. Sehingga saat CuSO4 anhidrat
dilarutkan ke dalam air terjadi interaksi antara keduanya yang menyebabkan suhu
larutan menjadi naik. Selain itu juga didapatkan panas pelarutan CuSO 4 anhidrat
sebesar -108 kJ/mol. Nilai positif
pada entalpi pelarutan menunjukkan bahwa
reaksinya melepaskan kalor (Eksoterm).
Berikut adalah grafik hubungan antara suhu terhadap waktu CuSO4
anhidrat.
10
Dalam percobaan ini, dihasilkan panas pelarutan CuSO4 anhidrat lebih tinggi
daripada CuSO4.5 H2O. hal ini disebabkan karena beberapa faktor, antara lain:
1. Massa CuSO4 murninya lebih banyak CuSO4 anhidrat daripada
CuSO4.5H2O. CuSO4. 5 molekur air yang terikat pada CuSO4.5H2O akan
memperkecil massa CuSO4 murni. Karena kalor berbanding lurus dengan
massa, maka zat yang massanya lebih besar (CuSO4 anhidrat)
menghasilkan kalor yang lebih besar.
2. Perbedaan suhu. Molekul air yang terikat pada CuSO4.5H2O adalah air
dingin. Ini jelas berpengaruh pada kalor yang dihasilkan. Tambahan 5
molekul air (yang tidak ada pada CuSO4 anhidrat mengakibatkan panas
pelarutan menjadi lebih kecil.
G.
JAWABAN PERTANYAAN
Untuk menghitung panas reaksi secara langsung dapat dilakukan sebagai
berikut adalah
1. Dilakukan dengan mereaksikan reaktan dalam kalorimeter, dimana wadah
dicelupkan pada bak yang terisolasi dengan air yang diketahui massanya.
Dengan mengukur suhu, sebelum, dan sesudah reaksi maka dapat ditentukan
besarnya ∆H yakni dengan :
11
a. Membuat grafik T (suhu) Vs t ( waktu)
-m. ∆His/ N = W.∆T + A. Cp. ∆T
Ket:
M = massa (gram) ∆His= panas pelarutan integral
N = berat molekul W= kapasitas kalor
∆T = suhu Cp= Kalor jenis iar
A = Massa larutan
b.
Membuat grafik antara ∆His
-d (m.∆His)/ dm = slope, dan intersep = ∆H ds, sehingga ∆H diketahui.
2. Dengan menggunakan hukum Hess (kalor reaksi hanya ditentukan oleh
keadaan awal dan akhir reaksi). ΔH = q CuSO4. 5 H2O – q CuSO4.
H.
KESIMPULAN
Dari percobaan ini bisa disimpulkan beberapa hal diantaranya adalah:
1. Tetapan kalorimeter hasil percobaan adalah 30 J/°C.
2. Panas pelarutan CuSO4.5H2O hasil percobaan adalah -12.000 J.mol-1.
3. Panas pelarutan CuSO4. anhidrat hasil percobaan adalah -108.000 J.mol-1.
4. Panas pelarutan air per mol hasil percobaan adalah + 3200 kJmol-1.
5. Panas pelarutan CuSO4 anhidrat lebih tinggi daripada CuSO4.5H2O karena
CuSO4 anhidrat mengikat 5 molekul air.
I.
DAFTAR PUSTAKA
Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Edisi Keempat Jilid 1. Jakarta : PT Gelora Aksara
Pratama.
Kasmadi,dkk. 2006. Kimia Dasar II. Semarang : FMIPA UNNES.
Tim Dosen Kimia Fisika. 2011. Diktat Petunjuk Praktikum Kimia Fisika. Semarang.
Jurusan Kimia FMIPA UNNES.
12
Semarang, 12 Oktober 2011
Mengetahui,
Dosen Pengampu Praktikan
Ir. Sri Wahyuni, M.Si Ika Fatmawati
NIP NIM 4301409022
13
J.
LAMPIRAN
1. Menghitung tetapan kalorimeter
Diketahui: Ta air panas = 60
Tc = 44
Ta air dingin = 30
m = 50 gram
Jawab:
Q lepas = Q terima
Q air panas = Q air dingin + Q kalorimeter
m. c. ∆T = m. c. ∆T + C. ∆T
50. 4,2 . (60-44) = 50. 4,2. (44-30) + C. (44-30)
3360 = 2940 + C. 14
420 = C. 14
C = 30 J°C-1
2. Menghitung panas pelarutan (ΔH) CuSO4.5H2O
Diket : T1 = 30oC
T2 = 31oC
ΔT = 1oC
Massa air = 50 gram
C = 30 J°C-1
Jawab:
14
Q = Qair + Qkalorimeter
= m.c.ΔT + C.ΔT
= 50.4,2.1 + 30.1
= 240 J
Massa CuSO4.5H2O = 5,0356 gr
n = 5,0356/249,5 = 0,02 mol
ΔH = - ( Q/n)
= - (240/0,02)
= - 12.000 J/mol (eksoterm)
3. Menghitung panas pelarutan CuSO4 Anhidrat
Diket : T1 = 29,5 oC
T2 = 43 oC
ΔT = 13,5 oC
Massa air = 50 gram
C = 30 J/ oC
Jawab:
Q = Qair + Qkalorimeter
= m.c.ΔT + C.ΔT
= 50.4,2.(13,5) + 30 (13,5)
= 2835 + 405
= 3240 J
Massa CuSO4.5H2O = 5,062 gr
15
n = 5,062/159,5 = 0,03 mol
ΔH = - (Q/n)
= - (3240/0,03)
= - 108.000 J/mol (eksoterm)
Dengan menggunakan Hukum Hess maka panas pelarutan adalah
CuSO4 + 5H2O
CuSO4.5H2O
∆H = ∆H CuSO4.5H2O - ∆H CuSO4
= -12.000 J/mol + 108.000 J/mol
= + 96000 J/mol
= + 96 kJ/mol
∆H aq per mol = + 96/ 0,03
= + 3200 kJ/mol (endoterm)
16