Laporan Praktikum Kimia Fisika

ENERGI REAKSI KIMIA PADA VOLUME KONSTAN

Tujuan Percobaan
Mempelajari perubahan energy yang menyertai suatu reaksi kimia
Menentukan perubahan energy dalam system (∆U) pembakaran asam bonzoat dan Naftalena
Menentukan panas pembakaran naftalena (q Naftalena)

Pendahuluan
Termodinamika merupakan cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari hubungan antara panas dan bentuk energi lain (kerja). Termodinamika sangat penting dalam kimia, sebab dengan menggunakan termodinamika kita dapat menduga apakah suatu reaksi akan berlangsung atau tidak, dan apabila reaksi itu berlangsung, dapat dicari kondisi yang bagaimana yang dapat memaksimalkan produk. Tetapi, kita tidak dapat mengetahui kecepatan reaksi yang berlangsung. Termodinamika mempelajari hubungan bermacam-macam bentuk tenaga dalam suatu sistem. Tenaga dari sistem adalah jumlah tenaga potensial dan tenaga kinetiknya. Untuk menghitung besar perubahan energi yang terjadi pada sistem akibat pembakaran senyawa seperti naftalena dan benzoat, digunakan sebuah alat yang dapat digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia, yaitu kalorimeter bom. Proses dilakukan dalam suatu sistem terisolasi (tidak ada perpindahan materi maupun energi dengan lingkungan di luar kalorimeter).

Dasar Teori
Energi dalam (E) atau U adalah total energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep) yang ada di dalam sistem. Oleh karena itu energi dalam bisa dirumuskan dengan persamaan
E = Ek + Ep
Namun karena besar energi kinetik dan energi potensial pada sebuah sistem tidak dapat diukur, maka besar energi dalam sebuah sistem juga tidak dapat ditentukan, yang dapat ditentukan adalah besar perubahan energi dalam suatu sistem. Energi dalam sistem tidak tergantung pada jalannya proses, besaran ini hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir. (Bird :1987)
Hukum pertama termodinamika tentang konsep kekekalan energy secara matematis dituliskan ∆U = Q + w. Persamaan tersebut memperlihatkan bahwa energy dalan ∆U sistem hanya berubah jika ada kerja w atau kalor yang menyertainya.
Kalor biasanya dilambangkan dengan q atau Q, merupakan salah satu bentuk energi yang dapat dipertukarkan oleh sistem dan lingkungan karena adanya perbedaan suhu. Q bernilai positif apabila system menerima kalor dari lingkungan. Sebaliknya, Q bernilai negatif apabila sistem melepaskan kalor ke lingkungan.






Perubahan kalor sistem yang terjadi menandakan bahwa perubahan kalor bergantung pada jalannya sistem sehingga kalor bukan fungsi keadaan. Jika sistem tidak mengalami pertukaran kalor, sistem ini disebut sistem adiabatik. (Rohman: 2004 halaman 41).
Kapasitas kalor (C) suatu zat adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sejumlah zat sebesar satu derajat Celcius.(Chang: 2004)

Pada sistem dengan volum konstan (∆V= 0), sistem tidak melakukan kerja, sehingga perubahan energy dalam sistem hanya dipengaruhi kalor. Secara matematis, ditulis ∆U= Qv. Reaksi pembakaran yang terjadi dalam calorimeter bom merupakan contoh sistem kimia dengan volume konstan.
Kalorimeter bom merupakan kalorimeter yang khusus digunakan untuk menentukan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran. Kalorimeter ini terdiri dari tabung baja tebal dengan tutup kedap udara, serta diisi dengan gas oksigen pada tekanan tinggi. Zat ditempatkan dalam cawan platin. Sebuah kumparan nikel yang diketahui massanya ditempatkan juga pada cawan platina sehingga menempel pada zat yang akan diuji.. Kalorimeter kemudian ditutup dan tutupnya dikencangkan. Setelah itu bom diisi O2 hingga tekanannya mencapai 25 atm kemudian bom dimasukkan ke dalam calorimeter yang diisi sejumlah air. Setelah semuanya tersusun, sejumlah aliran listrik dialirkan ke kawat nikel dan setelah terjadi pembakaran, tampak perubahan kenaikan suhu. Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom, akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air dan bom. Dalam sistem tertutup pada calorimeter bom, tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan. (Bird :1987)



Asam benzoat yang dikenal juga sebagai asam benzena karboksilat dengan rumus kimia C5H6COOH dan ada bermacam-macam proses dalam pembuatan asam benzoat. Secara umum pengertian asam benzoat adalah Asam Benzoat teknis, yaitu kristal putih sampai kekuning-kuningan, halus, ringan, tidak berbau, bagian terbesar terdiri dari Asam benzoat (C6H5COOH). Panas pembakaran asam benzoate setiap 1 gram adalah – 6318 kal/gram http://etd.eprints.ums.ac.id/9071/1/D500000038.pdf/ 29 Desember 2010/17:55
Asam benzoate



Naftalena adalah salah satu komponen yang termasuk benzena aromatik
hidrokarbon, tetapi tidak termasuk polisiklik. Naftalena memiliki kemiripan sifat yang
memungkinkannya menjadi aditif bensin untuk meningkatkan angka oktan. Sifat-sifat
tersebut antara lain: sifat pembakaran yang baik, mudah menguap sehingga tidak
meninggalkan getah padat pada bagian-bagian mesin.(http://www.chemeng.ui.ac.id/~wulan/Materi/port/BAHAN%20CAIR.PDF / 29 Desember 2010/ 12.15)
Naftalena

 
Alat dan Bahan
Alat
Kalorimeter bom 1 set
Multimeter
Stopwatch
Alat pembuat pellet
Thermometer
Sendok sungu
Gelas arloji
Gelas beker 500 mL
Penggaris
Gunting
Bahan
Gas Oksigen
Naftalena
Asam benzoate
Kawat nikel
 
Cara Kerja
Penentuan kapasitas panas calorimeter (C)















Hasil Pengamatan
Penentuan kapasitas panas calorimeter (C)
Massa asam benzoate : 0,978 gram
T1¬ : 28,96 0C
T2 : 32,62 0C
Panjang kawat terbakar : 2,3 cm
Cv = -1657,4712 kal/0C
∆U = -6066,308 kal
Penentuan kalor pembakaran naftalena (Qnaftalena)
Massa asam naftalena : 1 gram
T1 : 28,64 0C
T2 : 34,52 0C
Panjang kawat terbakar : 3,5 cm
Qnaftalena = -9753,9219 kal
∆U = -9745,8719 kal


Pembahasan
Percobaan yang berjudul Energi reaksi kimia pada volume konstan ini bertujuan untuk mempelajari perubahan energi yang menyertai suatu reaksi kimia, menentukan perubahan energi dalam sistem (∆U) pembakaran asam bonzoat dan Naftalena, serta menentukan panas pembakaran naftalena (Q Naftalena).
Prinsip calorimeter bom yaitu bekerja pada Sistem terisolasi, dimana tidak ada perpindahan baik energi maupun massa.
Tujuan penggunaan air yang diletakkan dalam calorimeter yaitu untuk menstabilkan suhu dalam sistem sehingga panas dalam sistem tertutup ini merata pada semua sisi calorimeter. Selain itu, air merupakan cairan penghantar listeik yang baik.
Asam benzoat atau naftalena yang telah diikat dengan kawat nikel yang telah diketahui panjangnya dimasukkan ke dalam bom. Lalu ditutup rapat dan diberi gas O2. Penambahan gas O2 ini bertujuan agar terjadi reaksi pembakaran Persamaan reaksi untuk pembakaran 1 mol asam benzoate adalah sebagai berikut.
C6H5COOH(s) + 15/2 O2 (g)  7 CO2(g) + 3 H2O(g)
Dan pada naftalena sebagai berikut.
C10H8 (s) + 12 O2 (g)  10 CO2 (g) + 4 H2O(g)
Tujuan menekan sakelar selama 3 detik yaitu agar arus benar-benar sampai mengalir ke sistem. Jika terlalu cepat, dikhawatirkan arus tidak sampai ke sistem. Ketika arus sampai ke sistem, antara arus + (positif) dan – (negative) bertemu akibat arus pendek. Sehingga terjadilah peristiwa pembakaran asam benzoate atau naftalena.
Setelah bom dikeluarkan, kawat nikel pada pembakaran asam benzoat terbakar sepanjang 2,3 cm dan dari perhitungan, diperlehkan nilai Cv sebesar -1657,4612 kal/0C. dan ∆U sebesar - 6066,308 kal. ∆U bernilai negative menyatakan bahwa reaksi bersifat eksotermis (energy dalam turun). Begitu pula dengan proses pembakaran naftalena, kawat yang terbakar sepanjang 3,5 cm dan setelah dilakukan perhitungan, diperoleh nilai Q naftalena sebesar -9753,9219 kal. Perubahan energy dalam pun bernilai negative, yaitu – 9745,8719 kal.
Dari percobaan ini, dapat dikatakan bahwa baik pembakaran benzoat maupun pembakaran naftalena merupakan reaksi eksotermis,

Kesimpulan
Perubahan energy yang menyertai suatu reaksi kimia dipengaruhi oleh kerja w dan kalor yang menyertainya Q.
Besar nilai perubahan energy dalam sistem pembakaran asam benzoate adalah (∆U) = -6066,308 kal
Besar nilai peubahan energy dalam sistem pembakaran naftalena adalah ∆U
= -9745,8719 kal
Panas pembakaran naftalena adalah Qnaftalena = - 9753,9219 kal







 

Daftar Pustaka
Bird, Tony. 1987. Kimia Fisik Untuk Universitas. Jakarta: Gramedia.
Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti. Edisi Ketiga Jilid I. Jakarta: Erlangga.
Rohman, ijang. 2004. Common textbook Kimia Fisika I. Jakarta: Universitas Pendidikan Indonesia
Sukardjo. 1989. Kimia Fisika. Jakarta: Bina Aksara.
http://etd.eprints.ums.ac.id/9071/1/D500000038.pdf/ 29 Desember 2010/17:55
(http://www.chemeng.ui.ac.id/Materi/port/BAHAN%20CAIR.PDF / 29 Desember 2010/ 12.15)



 
LAMPIRAN
Perhitungan
Benzoat
Panas pembakaran asam Benzoat (Qasam benzoate) total = 0,961 gram x -6318 kal/gram = -6071,598 kal
Panas pembakaran kawat nikel (Qnikel) = 2,3 cm x 2,3 kal/cm = 5,29 kal
Panas pembakaran sistem pada volume konstan (Qv)
(Qv) = (Qasam benzoate) + (Qnikel)
(Qv) = -6071,598 kal + 5,29 kal = -6066,308 kal
Kapasitas panas calorimeter pada volume konstan :
CV . ∆T = Qbenzoat + Q nike
Cv . 3,66 = -6071,598 kal + 5,29 kal
Cv = -1657,4612 kal/0C
Perubahan energi dalam sistem (∆U) pembakaran asam benzoate:
(∆U) = (Qv)
(∆U) = -6066,308 kal

Naftalena
Panas pembakaran sistem pada volume konstan (Qv)
(Qv) = Cv . ∆T
(Qv) = -1657,4612 kal/0C x 5,88 0C = -9745,8719 kal
Panas pembakaran kawat nikel (Qnikel) = 3,5 cm x 2,3 kal/cm = 8,05 kal
Panas pembakaran naftalena (Qnaftalena) total:
(Qv) = (Qnaftalena) + (Qnikel)
(Qnaftalena) = (Qv) \- (Qnikel)
(Qnaftalena) = -9745,8719 kal – 8,05 kal = - 9753,9219 kal
Perubahan energi dalam sistem (∆U) pembakaran naftalena:
∆U = (Qv)
∆U = - 9745,8719 kal

Gambar Alat
Multimeter

Mengapa Titik Didih Air Lebih Besar Daripada Asam Florida?

Kekuatan ikatan hidrogen dipengaruhi oleh perbedaan elektronegativitas antara atom-atom dalam molekul.. Ikatan hidrogen mempengaruhi titik didih suatu senyawa. Semakin kuatnya ikatan Hidrogen yang terbentuk menyebabkan semakin tinggi kenaikan titik didih.
Namun, khusus pada air (H2O), titik didihnya lebih besar daripada titik didih HF, padahal jika diurutkan berdasarkan tingkat keelektronegativitasnya, HF memiliki elektonegatifitas lebih besar dan HF lebih polar dari pada H2O.
Hal ini dikarenakan pada molekul air, memiliki 2 (dua) pasangan elektron bebas, sehingga terjadi dua ikatan hidrogen pada tiap molekulnya. Tiap molekul air dapat berpotensi membentuk empat ikatan hidrogen dengan molekul air di sekelilingnya. Terdapat jumlah hidrogen + yang pasti dan terdapat pasangan mandiri.
Pasangan mandiri pada tingkat-2 memiliki elektron yang dikandungnya pada volume ruang yang relatif kecil yang mana memiliki densitas yang tinggi muatan negatif. Pasangan mandiri pada tingkat yang lebih tinggi lebih tersebar dan tidak terlalu atraktif pada sesuatu yang positif.




Gambar 1. Ikatan hidrogen yang terjadi antar molekul air, muatan parsial positif berasal dari atom H yang berasal dari salah satu molekul air
Akibatnya jumlah total ikatan hidrogennya lebih besar daripada asam florida (HF). Ikatan hydrogen ini merupakan gaya tarik menarik antara atom H dengan atom lain yang mempunyai keelektronegatifan besar pada satu molekul dari senyawa yang sama.