Praktikum a 1

Laporan Praktikum Kimia Fisika Percobaan A-1 Termokimia

Nama

: Dimas Ramadhan Abdillah Fikri

NIM

: 13009096

Tanggal percobaan

: 16 Maret 2011

Tanggal pengumpulan

: 30 Maret 2011

Asisten

: Citra - 10508059

Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung 2011

Tujuan Percobaan 1. Menentukan kapasitas kalorimeter 2. Menentukan kalor pembakaran naftlena dan arang dengan parr adiabatic bomb calorimeter

Prinsip Percobaan 1. Bomb kalorimeter bekerja pada sistem adiabatik sehingga ∫ 2. Diagram pengukuran perubahan energi dalam adalah : reaktan T

ΔUk proses dalam bomb

produk T’

ΔUT yang ingin dihitung

produk T

selisih kalor terserap bomb ΔU’ = C(T’-T) ‘

Karena ΔUk = 0 (Q = 0), maka ΔUk = ΔUT + ΔU’ menjadi ΔUT = -C(T’-T) 3. Untuk menentukan C, digunakan asam benzoat yang sudah diketahui klaor pembakarannya. Bila ada pembentukan asam nitrat dan ada kalor yang dilepaskan kawat pemanas, maka dilakukan koreksi sehngga persamaan menjadi ( ) dengan ΔUT kalor pembakaran asam benzoat; U1 mL larutan Na2CO3 0,075 N yang diperlukan untuk menetralkan asam nitrat dikali dengan 1 kal/mL; U2 cm kawat terbakar dikali 2,3 kal/cm 4. Jika m gram zat terbakar menimbulkan perubahan suhu ΔT, maka kalor pembakaran zat tersebut adalah 5. Perubahan entalpi reaksinya gas produk dengan gas reaktan.

(

)

dengan Δn adalah selisih jumlah mol

Peralatan dan Bahan Bahan air asam benzoat naftalena arang gas oksigen larutan baku Na2CO3 0,075 N indikator metil red

Peralatan buret + klem stop watch botol semprot termometer bomb ember

Cara Kerja Penentuan Kapasitas Kalorimeter 1. Sebutir tablet asam benzoat ditimbang. 2. Asam benzoat dimasukkan ke dalam bomb, kawat pemanas dipasang pada kedua elektroda dan dibuat menyentuh tablet asam benzoatnya. 3. Bomb diisi dengan gas O2 hingga 30 atm. 4. Sebanyak 2 L air diisikan ke dalam ember. 5. Ember dimasukkan ke dalam kalorimeter, bomb diletakkan dalam ember. 6. Kalorimeter dinyalakan dan dibiarkan hingga mencapai suhu ruang. 7. Pembakaran dimulai setelah suhunya mencapai suhu ruangan. 8. Suhu setiap satu menit dicatat hingga konstan tiga kali pembacaan. 9. Kalorimeter dibuka dan bomb dikeluarkan. Gas oksigen harus dikeluarkan sebelum membuka bomb. 10. Bomb dicuci dengan botol semprot, air cuciannya ditampung dalam erlnmeyer kemudian dititrasi menggunakan natrium bikarbonat dan indikator metil red. 11. Kawat pembakar dilepaskan dan dihitung jumlah kawat yang terbakar. 12. Kapasitas kalorimeter dihitung. Penentuan Kalor Pembakaran Zat 1. Sebutir tablet naftalena atau arang ditimbang. 2. Naftalena atau arang dimasukkan ke dalam bomb, kawat pemanas dipasang pada kedua elektroda dan dibuat menyentuh tablet. 3. Bomb diisi dengan gas O2 hingga 30 atm. 4. Sebanyak 2 L air diisikan ke dalam ember. 5. Ember dimasukkan ke dalam kalorimeter, bomb diletakkan dalam ember. 6. Kalorimeter dinyalakan dan dibiarkan hingga mencapai suhu ruang. 7. Pembakaran dimulai setelah suhunya mencapai suhu ruangan. 8. Suhu setiap satu menit dicatat hingga konstan tiga kali pembacaan. 9. Kalorimeter dibuka dan bomb dikeluarkan. Gas oksigen harus dikeluarkan sebelum membuka bomb. 10. Bomb dicuci dengan botol semprot, air cuciannya ditampung dalam erlnmeyer kemudian dititrasi menggunakan natrium bikarbonat dan indikator metil red. 11. Kawat pembakar dilepaskan dan dihitung jumlah kawat yang terbakar. 12. Kalor pembakaran zat dihitung.

Data Percobaan Penentuan Kapasitas Kalorimeter Besaran terukur massa asam benzoat= 1,24g T = 24,49 oC T’ = 28,03 oC l0 = 12,2 cm l’ = 4,9 cm = 5,7 mL

t (menit) 1 2 3 4 5 6 7 8

T (oC) 27,08 27,79 27,95 28,00 28,02 28,03 28,03 28,03

t (menit) 1 2 3 4 5 6 7 8

T (oC) 27,34 28,57 28,76 28,83 28,84 28,85 28,85 28,85

Penentuan Kalor Pembakaran Zat Besaran terukur massa naftalena = 1,03g T = 24,80 oC T’ = 28,85 oC l0 = 8,7 cm l’ = 1,3 cm = 10,7 mL

Pengolahan Data Penentuan Kapasitas Kalorimeter

(

)

( Penentuan Kalor Pembakaran Naftalena

(

)

)

(

)

(

)

(

)

Pembahasan Sebelum dilakukan pengukuran dengan kalorimeter bomb, kalorimeter diisi dengan gas oksigen hingga 30 atm. Tujuannya adalah memberikan jumlah oksigen yang cukup untuk pembakaran sekaligus menjaga agar saat reaksi berjalan volume kalorimeter tidak berubah. Setelah pengukuran, gas harus dikeluarkan dahulu lewat lubang sebelum kalorimeter dibuka agar tutup tidak terpental akibat tekanan dari gas oksigen. Air di dalam ember tempat kalorimeter berfungsi sebagai penyerap panas hasil reaksi pembakaran yang terjadi. Air tersebut akan mengalami kenaikan suhu akibat panas yang diterima. Kenaikan suhu inilah yang dijadikan dasar penghitungan kalor pembakaran zat. Sebelum pembakaran dilakukan, termometer kalorimeter harus disesuaikan dengan suhu air dalam ember. Penyamaan ini dilakukan dengan bantuan pemanas atau pendingin yang tersedia. Diharapkan, penyamaan suhu ini meminimalisasi hilang atau masuknya kalor dari lingkungan di dalam kotak kalorimeter ke dalam air di ember. Kemudian, suhu dicatat tiap satu menit. Pencatatan ini dilakukan hingga suhu konstan tiga kali pembacaan dan diharapkan pada saat itu suhu final sudah tercapai atau dengan kata lain reaksi sudah selesai. Pengukuran kalor pembakaran dengan kalorimeter bomb memungkinkan hasil pengukuran perubahan energi dalam yang cukup akurat karena sistemnya yang dirancang adiabatik. Faktor koreksi yang ada juga meminimalisasi galat dari alat yang terjadi. Dalam pembakaran di kalorimeter, terjadi oksidasi nitrogen dari udara yang mengakibatkan terbentuknya NO2 kemudian bereaksi dengan air hasil pembakaran dan membentuk asam nitrat. Pembentukan asam nitrat ini juga membutuhkan energi, sehingga diperlukan koreksi untuk energi tersebut. Kawat yang digunakan dalam pembakaran juga menyerap energi. Energi tersebut digunakan untuk membakar kawat sehingga kawatnya habis. Panjang kawat yang terbakar akan merepresentasikan jumlah energi yang dipakai untuk membakar kawat tersebut. Itulah sebabnya dibutuhkan faktor koreksi U1 dan U2 yang ditambahkan dalam perhitungan. Hasil penghitungan kapasitas kalor yang didapatkan cukup besar yaitu >1000 J. Ini berarti perubahan suhu yang kecil membutuhkan kalor yang cukup besar. Maka termometer yang digunakan pada percobaan ini khusus yang memiliki skala dua digit di belakang koma agar perubahan yang kecil bisa terdeteksi. Keunggulan dari kapasitas kalor yang besar adalah waktu

percobaan yang dibutuhkan untuk mencapai nilai stabil akan cenderung lebih singkat. Namun kerugiannya adalah akurasi yang kecil akibat faktor pengali perubahan suhu yang besar. Pada percobaan penentuan kalor pembakaran naftalena, hasil penghitungan mendapatkan nilai -9381,7787 kal/g. Hasil ini melenceng dari data literatur yang seharusnya -9628,0099 kal/g. Perbedaan nilai ini disebabkan oleh beberapa hal. Salah satunya adalah kapasitas kalor kalorimeter yang besar. Seperti yang sudah dijelaskan, kapasitas kalor yang besar menyebabkan perubahan temperatur yang kecil menghasilkan perbedaan nilai kalor penghitungan yang besar. Meskipun termometer yang digunakan sudah mampu mendeteksi perubahan 0,01 K, tetap saja hasil penghitungan kalor bisa berbeda. Faktor ini ditambah dengan adanya kesalahan pembacaan suhu baik akibat kalibrasi atau kesalahan paralaks. Kesalahan lainnya dapat dikontribusikan oleh kesalahan dalam penghitungan koreksi pembentukan asam nitrat. Kesalahan ini dimulai dari kesalahan pada saat pencucian ember. Bisa terjadi asam nitrat menempel pada dinding ember dan tidak tercuci dengan air. Kesalahan juga dapat terjadi ketika memindahkan hasil cucian ke dalam erlenmeyer. Kesalahan berikutnya ketika menitrasi dengan sodium karbonat standar. Warna indikator bisa terlalu pekat yang berarti titran yang ditambahkan berlebih. Pembacaan nilai pada buret juga bisa menyumbangkan kesalahan paralaks. Sumbangan lain kesalahan diberikan oleh pengukuran panjang kawat yang terbakar. Kawat yang digunakan agak bengkok sehingga panjang yang terukur bisa memiliki kesalahan estimasi. Kalibrasi mistar dan ketelitiannya juga berpengaruh terhadap pengukuran ini. Penimbangan massa sampel juga bisa berkontribusi terhadap kesalahan ini. Transportasi sampel dari tempat percobaan ke timbangan kemudian ke dalam kalorimeter juga dapat mengurangi massa tablet sampel karena bisa menempel ke tangan atau terbang ke udara. Terakhir, sistem adiabatik tidak mungkin murni adiabatik. Bagaimanapun akan tetap terdapat kalor yang lepas ke lingkungan karena isolator yang kurang sempurna. Kesalahan dapat diminimalisasi dengan beberapa cara. Transportasi tablet sebaiknya menggunakan kertas timbang atau cawan petri sehingga kemungkinan tablet tergerus oleh tangan semakin kecil. Mistar yang digunakan juga dipilih yang ketelitiannya tinggi. Pembilasan asam nitrat dalam ember dan pemindahannya menuju erlenmeyer juga harus dipastikan agar tidak ada yang tercecer. Saat dititrasi, dipastikan juga tidak berlebih dan pembacaan tidak menyebabkan kesalahan paralaks.

Kesimpulan 1. Kapasitas kalorimeter terhitung sebesar 2392,828 kal/K 2. Kalor pembakaran naftalena terhitung sebesar – 9381,7787 kal/g

Daftar Pustaka C.J. Geankoplis.2003.Transport Processes and Separation. Process Principles 4th ed. Prentice Hall, NJ, C.J. Lide, David R.2005.CRC Handbook of Chemistry and Physics.Boca Raton : CRC Press LCC

Lampiran Data Fisik Senyawa 1. ΔcHobenzoic acid = -6813 kal/g 2. ΔcHonaphtalene = -9628,0099 kal/g Jawaban Pertanyaan 1. ΔUT adalah energi dalam reaksi pada suhu tetap yang besarnya sama dengan kalor yang dihasilkan dari reaksi pada volume tetap. Pada volume tetap, dV = 0 sehingga W = 0, maka ΔUT = QV ΔHT adalah entalpi reaksi pada suhu tetap yang besarnya sama dengan kalor yang dihasilkan dari reaksi pada tekanan tetap. Pada tekanan tetap, dP = 0 sehingga dH = dU + d(PV) = -PdV + Q + PdV + VdP = QP. 2. ΔUk = 0 karena sistem dalam kalorimeter ini dibuat adiabatik sehingga tidak ada kalor yang keluar dari sistem. ( ) ( ) 3. ∫ ( 4. Tabel energi ikatan : Ikatan C-C C-H C=C C=O O=O O-H (

)

(

)

Energi ikatan (kJ/mol) 348 413 614 803 498 366 ) (

)