Laporan Praktikum Kimia Fisika Kalorimetri Tak Langsung

I. TUJUAN

Menentukan PbCl 2 dalam air pada beberapa suhu yang berbeda. Menghitung tetapan kesetimbangan K sebagai fungsi suhu pada suatu kesetimbangan.

II. PENDAHULUAN

Pengaruh suhu pada pergeseran kesetimbangan berkaitaan dengan reaksi endoterm dan eksoterm. Menurut asas Le Chatelier , ketika suhu sistem dinaikkan, maka reaksi sistem adalah dengan menurunkan suhu. Akibatnya, kesetimbangan akan bergeser ke pihak reaksi yang menyerap kalor (endoterm). Sebaliknya, jika suhu sistem diturunkan, kesetimbangan akan  bergeser ke pihak reaksi yang melepaskan kalor (eksoterm). Contoh:  N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)

∆H = -92,2 kJ

Karena ∆H negatif, maka reaksi ke kanan adalah reaksi eksoterm. (Masih (Masih ingatkan ya konsep termokimia, hehe). Sebaliknya, reaksi ke kiri adalah reaksi endoterm.  N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)

∆H = -92,2 kJ

==> eksoterm

2NH3(g) ↔  N2(g) + 3H2(g)

∆H = +92,2 kJ ==> endoterm

Ketika suhu dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke pihak reaksi yang menyerap kalor (endoterm) atau ke kiri. Demikian juga sebaliknya, ketika suhu diturunkan, maka kestimbangan akan bergeser ke kanan. (Harjani, 2013) Dengan demikian terjadi perlawanan terhadap pengurangan temperatur itu, maka kesimpulan yang dapat diambil adalah : Reaksi eksoterm : kenaikan temperatur akan menambah reaktan o o Reaksi endoterm : kenaikan temperatur akan menambah produk Untuk meramalkan efek temperatur pada kesetimbangan yang lebih tepat adalah dengan mentabulasikan G0 (T) sedemikian rupa sehingga interpolasi yang tepat dapat dibuat di antara nilai-nilai yang tercantum. (Atkins, 1994) PbCl2 ⇄ Pb2+ (aq) + 2 Cl -(aq) K = [Pb2+] [Cl-] Menurut termodinamika berlaku: G = R T ln K Dan dari ini dapat diturunkan: log K =

H

0



1

0



S 

19,15 T 19,15 Kelarutan PbCl2 akan ditentukan dengan mengambil volume tertentu dari larutan PbCl 2 yang jenuh dan melekatkannya melalui suatu penukar kation dalam bentuk asam. Kemudian  jumlah asam yang dibebaskan oleh Pb Pb 2+ akan diukur secara volumetric. rezin digolongkan atas 4 jenis, yaitu: Rezin penukar ion kation bersifat asam kuat mengandung gugus HSO 3-  (asam monosulfat) Rezin penukar kation bersifat asam lemah mengandung gugus COOH Rezin penukar kation bersifat basa kuat mengandung gugus amina tersier atau kuartener 

 

Rezin penukar kation bersifat basa lemah mengandung gugus OH -  sehingga gugus labil Amberlite IR-120 yang dipakai dalam percobaan ini termasuk penukar kation bersifat asam kuat. 

III. BAHAN DAN METODA

Bahan : Gelas Beaker Kaca arloji Erlenmeyer Tabung reaksi Spatula Pipet ukur Pipet tetes Buret Statif dan klem Tak tabung reaksi Kolom Termometer Corong Asam Oksalat -  NaOH HNO3 PbCl2 Amberlite IR-120 Aquades Indikator: PP, MO, MR Kapas Metoda -

A. Persiapan Larutan Jenuh PbCl 2 pada Suhu-Suhu yang Berbeda 1) Ditimbang 1,5 gr PbCl 2. 2) Dilarutkan 1,5 gr PbCl 2 dalam 50 ml aquades pada beaker glass. 3) Ditempatkan larutan ini pada suhu 40°C dan dibiarkan sampai keadaan setimbang tercapai (minimal 1 jam). 4) Diaduk beberapa kali,setiap 5 menit sekali selama 1 menit agar kesetimbangan lebih cepat tercapai. 5) Diukur suhu larutan setiap 15 menit. 6) Dicatat suhu pada termometer . B. Standarisasi NaOH 1) 2) 3) 4)

Ditimbang 0,1 gr asam oksalat dan dilarutkan dalam 10 ml aquades pada erlenmeyer. Kemudian larutan ini diberi 2-3 tetes indikator PP. Dititrasi larutan ini dengan NaOH. Dicatat volume titrasi ke dalam tabel dan dihitung konsentrasi NaOH dari hasil titrasi.

C. Persiapan Penukar Ion 1) 2) 3) 4) 5)

Ditimbang 6 gr amberlite IR-120 dalam bentuk asam. Didekantasi penukaran ion beberapa kali dengan air sampai tidak bereaksi dengan asam lagi dengan indikator MM. Dimasukaan kapas kedalam kolom lalu dipadatkan dimasukkan 10 ml air dalam tabung penukar ion,diusahakan aliran air satu tetes per detik. Dimasukkan amberlite kedalam tabung penukar ion Dituangkan suspensi penukar ion di atasnya dan menutupi kolom penukar ion dengan sumbat kapas kecil.

D. Penentuan Konsentrasi PbCl 2 1) 2) 3) 4) 5)

Dipipetkan 10 ml larutan PbCl 2 ke dalam gelas piala kecil. Dipindahkan seluruh larutan ke dalam kolom dan mengalirkan larutan ke dalam kolom. Dibilas beberapa kali dengan 50 ml air sampai cairan yang keluar tidak asam terhadap MO. Dititrasi semua larutan yang keluar dari penukaran ion dengan NaOH dengan indikator MM. Dicatat volume NaOH yang dibutuhkan pada setiap volume.

IV. HASIL

0 30 Suhu (C) Massa PbCl2 (gr/50 ml aquades) 1,00 1,25 Kelompok I II Massa ion exchanger yang digunakan = 6 gram Volume PbCl2 yang dititrasi = 10 ml Indikator MR yang ditambahkan = 2 tetes

45 1,50 III

Pengukuran suhu PbCl 2 ( @ 15 menit ) T(menit)

Freezer

Suhu ruang

40C

60C

15 30 45 60 Rata-rata

8 5 5 5 5,75

24 24 24 24 24

39 39 39 39 39

56 56 56 56 56

Standarisasi NaOH Titrasi Vol. Awal buret / ml Vol. Akhir buret / ml Vol. Penambahan /ml Rata-rata Vol. Rata-rata

I 0

II 23,4

III 25,3

22,5

46

48,1

22,5

22,6

22,8

22,55 ml = 22,55 ml

60 2,00 IV

100 10,00 V

0,1

 = 7,93 . 10-4 mol

Mol asam oksalat

=

Mol NaOH

= 2  mol Asam Oksalat = 2  7,93 . 10-4 mol = 1,58 . 10-3

M =

126

n V  -3

=

1,58 .10 mol -3

20,37.10 L = 0,07757 M

Penentuan Konsentrasi PbCl 2 Volume PbCl2 yang dititrasi Indikator MR yang ditambahkan

= 10 ml = 2 tetes

Freezer

Suhu ruang

40

60

Volume awal (ml)

18,5

7,2

27,7

0

Volume ahkir (ml)

27,7

18,5

43,6

20,3

Volume ditambahkan (ml)

9,2

11,3

15,9

20,3

Suhu (C)

V. JAWAB PERTANYAAN

1)

G H -

T . S

= R T ln K = R T ln K    S

ln K

=

 R T   S

log K

=

 (2,303) R T 

= - (2,303) R T

log K



S

(2,303) R 



= - (2,303  8,314)

log K

H

0

= - 19,15

log k



1 T



1 T



S

(2,303  8,314)

0



S 

19,15

2)

a. Perhitungan untuk setiap suhu  Nilai rata-rata volume NaOH 0,07757 M yang digunakan dan nilai ralat 1. Suhu ( C)

Freezer

Suhu ruang

40

60

Volume awal (ml)

18,5

7,2

27,7

0

Volume ahkir (ml)

27,7

18,5

43,6

20,3

Volume ditambahkan (ml)

9,2

11,3

15,9

20,3

Ralat pembacaan buret: Untuk suhu freezer = (9,2  0,1) mL = (11,3  0,1) mL - Untuk suhu ruang = (15,9  0,1) mL - Untuk suhu 40 C - Untuk suhu 60 C = (20,2  0,1) mL  Nilai rata-rata kelarutan PbCl2 dan nilai ralat -

2.

1. Suhu Freezer ½ . M NaOH. V NaOH = MPbCl. VPbCl ½ . 9,2 mL  0,07 M = MPbCl  10 mL MPbCl =

0,322 10

= 0,0322 M 2. Suhu Ruang ½ . M NaOH.V NaOH

= MPbCl. VPbCl

½ . 11,3 mL  0,07M = MPbCl  10 mL MPbCl =

0,3955 10

= 0,03955 M 3. Suhu 40 C ½ . M NaOH. V NaOH

= MPbCl. VPbCl

½ . 15,9 mL  0,07 M= MPbCl  10 mL MPbCl =

0,5565 10

= 0,05565 M 4. suhu 60C ½ . M NaOH. V NaOH = MPbCl. VPbCl ½ . 20,3 mL  0,07 M = M PbCl  10ml MPbCl =

0,7105 10

= 0,07105 M  Nilai ralat untuk nilai ini: (0,07105)-

0,0322  0,07105 2

= 0,0194

3.  Nilai log K dan nilai ralat 1. Suhu Freezer M.V 0,07  9,2 [OH-]= = =0,0644M 10 mL 10 PbCl2 (s) Pb 2+(aq) + 2 Cl -(aq) [Pb2+] = 0,0322 M K

= [Pb2+] [OH-]2 = 0,0322  (0,0644) 2 = 1,335 . 10-4

log K = - 3,874 2. Suhu Ruang [OH]=

M.V 10 mL

=

0,07  11,3 10

=0,0791

PbCl2 (s) Pb 2+(aq) + 2 Cl -(aq) [Pb2+]

= 0,03955 M

K

= [Pb2+] [OH-]2 = 0,03955

 (0,0791)

2

= 2,474 . 10-4 log K

= - 3,606

3. Suhu 40 C [OH]=

M.V 10 mL

=

0,07  15,9 10

=0,1113 M

PbCl2 (s) Pb 2+(aq) + 2 Cl -(aq) [Pb2+]

= 0,05565 M

K

= [Pb2+] [OH-]2 = 0,05565  (0,1113) 2 = 6,893 . 10-4

log K

= - 3,161

4. Suhu 60 C [OH]=

M.V 10 mL

=

0,07  20,3 10

=0,1421 M

PbCl2 (s) Pb 2+(aq) + 2 Cl -(aq) [Pb2+]

= 0,07105 M

K

= [Pb2+] [OH-]2 = 0,07105

 (0,1421)

2

= 1,434 . 10-3 log K

= - 2,843

Ralat: -2,843 -

(- 3,874



(- 2,843))

2

=0,5155

 b. Fluktuasi nilai untuk T dan dalam 1/T tidak dapat ditentukan sehingga suhu dianggap sama yang dapat kita lihat dari suhu yang dicatat setiap 15 menit menunjukkan nilai yang berubah-ubah namun tidak terlalu jauh. Sedangkan nilai ralatnya diambil dari ralat termometer dengan ketelitian 0,1C. 1. Untuk T: 1. Suhu 6C = 279,15 K Ralat = (279,15  0,1) K 2. Suhu 24 C = 297,15 K Ralat = (297,15  0,1) K 3. Suhu 39 C = 312,15 K Ralat = (312,15  0,1) K 4. Suhu 56 C = 329,15 K Ralat = (329,15  0,1) K 2. Untuk 1/T: 1. Suhu 6C = 279,15 K 1/T = 3,58 (1  0,1) . 10-3 /K 2. Suhu 24 C = 297,15 K 1/T = 3,36 (1  0,1) . 10-3 /K 3. Suhu 39 C = 312,15 K 1/T = 3,20 (1  0,1) . 10-3 /K 4. Suhu 56 C = 329,15 K 1/T = 3,03 (1  0,1) . 10-3 /K c. Tabel

Kelarutan PbCl2 Log K (mol/L) 0,0322

(- 3,874 0,515)

T (K)

1/T (1/K)

(279,15  0,1) K

3,58 (1 /K

  0,1)

. 10-3

  0,1)

. 10-3

  0,1)

. 10-3

0,03955

(- 3,606 0,515)

(297,15  0,1) K

3,36 (1 /K

0,05565

(- 3,161 0,515)

(312,15  0,1) K

3,20 (1 /K

0,07105

(- 2,843 0,515)

(329,15  0,1) K

3,03(10,1) . 10-3 /K

3) log K sebagai fungsi 1/T a. Grafik 

Grafik log K sebagai Fungsi 1/T 0.00 -0.50

3.03

3.20

3.36

3.58

-1.00     )    K-1.50    G    O-2.00    L     (    6    1    3 -2.50    1  ,    1 -3.00

LOG K -2.84 -3.16

-3.50

-3.60 -3.87

-4.00 -4.50

(1

0,1) . 10-3 (1/T)

 b. Ditentukan dari grafik : I.  Nilai rata-rata H0 dan S0 0,0322 - (-3,784) 2. Hmax = . 19,15= 132873,145J/mol (3,58 - 3,03) . 10 -3

Hmin

= 132,873 kJ/mol 0,071 - (-2,843) . 19,15 = 101460,1818J/mol = (3,58 - 3,03) . 10 -3 = 101,46 kJ/mol

Hrata-rata

=

132873,145  101460,18 2

= 117,166 kJ/mol

 = 117166,6634J/mol

-

log K min

=-

H

0

0

min

19,15 T

S 



19,15

= (log K min + Smax

max

H

0

Smax

min

19,15 T

)  19,15

132873,145

= (- 3,784 +

19,15 (279,15)

)

  19,15

= 403,528 J/K

  19,15

= 253,805 J/K

mol

Smin

= (log K max+

Smin

= (-2,843 +

H

0

max

19,15 T

)  19,15

101460,1818 19,15 (329,15)

)

mol Srata-rata

II.

=

403,528  253,805

 Nilai Ralat - Ralat nilai H Hrata-rata - Ralat nilai S Srata-rata

2

 = 328,66J/K mol

= (132,873 –   101,46) = 31,413 kJ/mol = (117,166  31,413) kJ/mol = (403,528 –  253,805) = 149,723 J/K mol = (328,66 149,723) J/K mol

4) Kesimpulan reaksi (1) dari nilai H, G dan S

a.

H  0,

menyatakan reaksi tersebut adalah reaksi endoterm (reaksi yang menyerap kalor).  b. S 0, menyatakan bahwa entropi/derajat ketidakteratuan sistem  bertambah karena adanya reaksi yang berlangsung spontan pada pelarutan PbCl2. c. G = - R T ln K, karena ln K bernilai negatif maka G bernilai positif. G  0, berarti reaksi cenderung bergeser ke kiri. Pada keadaan baku,  pelarutan PbCl2  merupakan reaksi yang tidak spontan. Untuk melarutkan PbCl2 diperlukan usaha yang lebih. Pada reaksi ini, jika suhu dinaikkan maka reaksi akan bergeser ke kiri, tetapi pada suhu tinggi reaksi akan cenderung berlangsung secara spontan. 5) PbCl2 : Hf = - 359,2 kJ/mol S = 136 J/K mol (Barrow, 1988)  Nilai yang didapat dari percobaan jauh berbeda dengan yang ada di literatur. Kemungkinan yang menyebabkan perbedaan ini adalah kurang telitinya saat melakukan percobaan sehingga didapatkan data yang berbeda dengan nilai literatur. 6)  Nilai H  pada reaksi (1) tidak mungkin ditentukan secara kalometri. Hal ini dikarena kelarutan PbCl 2 yang nilainyaterlalu kecil. Selain itu H = U + PV dimana saat U dihitung, maka Q dan W akan diketahui pula ( U = Q + W) hal ini menyebabkan kesulitan dalam pengukuran.

7) Hasil dari percobaan untuk volume NaOH yang didapat oleh kelompok kami tidak dapat dibandingkan dengan kelompok lain karena setiap kelompok melakukan  percobaan pada suhu yang berbeda sehingga hasil kelompok yang satu digunakan untuk melengkapi kelompok lain. Sehingga pada akhir percobaan didapat data yang sama pada setiap kelompok. Dan data tersebut digunakan bersama-sama oleh semua kelompok. VI. PEMBAHASAN

Pada percobaan ini, dilakukan beberapa tahap untuk mengetahui konsenrasi PbCl 2 dan pengaruh suhu terhadap kesetimbangan kalorimetri tak langsung. Penukar ion yang digunakan pada percobaan ini adalah amberlite IR-120. Sebelum digunakan amberlite didekantasi menggunakan akuades terlebih dahulu sehingga amberlite yang terkandung  bersifat netral. Proses dilakukan sampai akuades dalam amberlite tidak bereaksi asam saat ditetesi indikator MO yaitu berwarna kuning. Setelah itu kolom dipreparasi sebelum dimasukkan amberlite. Kolom diatur laju tetesan dengan memasukkan kapas ke dalam kolom sampai tetesan tidak lebih dari 1 tetes / detik. Saat memasukkan amberlite dijaga agar bahan tersebut tetap basah agar tidak terjadi keretakan pada kolom saat nanti digunakan. Standarisasi NaOH dilakukan untuk mengetahui konsentrasi NaOH yang nantinya akan digunakan untuk menitrasi H + yang dihasilkan dalam kolom penukar ion. Setelah melalui proses perhitungan, konsentrasi NaOH yang akan dipakai untuk menitrasi hasil kolom penukar ion sebesar 0,07757 M. Kemudian PbCl 2 jenuh dimasukkan dalam kolom penukar ion. Pada proses ini ion Pb  akan diikat oleh amberlite menggantikan H +, sehingga hasil dalam kolom ini adalah H+. Kemudian hasil dari kolom penukar ion ini dititrasi menggunakan NaOH yang telah distandarisasi. Setelah dititrasi, volume NaOH yang ditambahkan dapat dimasukkan ke  perhitungan dan akan didapat konsentrasi H +. Konsentrasi H+ akan sebanding atau sama  besar dengan ion Pb2+ yang diikat oleh amberlite. 2+

Jika dilihat dalam tabel, semakin tinggi suhu maka volume NaOH yang ditambahkan dalam titrasi juga semakin banyak. Semakin besar suhu maka kelarutan PbCl 2 semakin  banyak dan ion Pb 2+ juga meningkat. Sehingga saat dimasukkan dalam kolom penukar ion, jumlah ion Pb 2+  yang diikat menjadi meningkat dan H +  yang dihasilkan juga ikut meningkat. Maka dari itu saat dititrasi, volume yang ditambahkan untuk menetralkan H +  juga ikut bertambah. Suhu berpengaruh terhadap tetapan kesetimbangan K. Semakin tinggi suhu maka tetapan kesetimbangan K akan semakin kecil dengan kata lain suhu berbanding terbalik dengan nilai tetapan kesetimbangan K. Sehingga dalam percobaan ini dapat dihitung nilai suatu tetapan kesetimbangan K sebagai fungsi suhu untuk kesetimbangan. Nilai H dapat ditentukan dengan melihat kemiringan grafik log K sebagai fungsi 1/T . Nilai dari Hdan S 0.

VII.KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1) Kelarutan PbCl2 dalam air pada suhu freezer sebesar 0,00536 M, pada suhu ruang sebesar 0,0065 M, pada suhu 40 C sebesar 0,0097 M, dan pada suhu 60C sebesar 0,0118 M . 2) Tetapan kesetimbangan K pada suhu freezer sebesar 6,1366 × 10− pada suhu ruang sebesar 1,0985 × 10− , pada suhu 40 C sebesar 3,165 × 10−  , dan pada suhu 60 C sebesar 6,572 × 10− .

VIII.DAFTAR PUSTAKA Atkins, 1994, Kimia Fisika jilid 1, Jakarta : Penerbit Erlangga Barrow, Gordon. M. 1988. Physical Chermistry. New York. Mc. Grow Hill. Inc. Harjani, T., dkk.(2013). KIMIA: Untuk SMA/MA Kelas XI. Masmedia: Sidoarjo

IX. LAMPIRAN -

Tugas Awal Laporan sementara

LAPORAN PRAKTIKUM TERMODINAMIKA DAN KESETIMBANGAN Pengaruh Suhu terhadap Kesetimbangan; Kalorimetri tak Langsung

Disusun Oleh: Fransiskus Tri Wahyu Hananto (652016021)

PROGDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA