HUKUM HESS Rabu, 8 Oktober 2014 Murni Arifah 1113016200026 Abstrak Perubahan entalpi dari suatu reaksi dikatakan sama menurut Hukum Hess meskipun langkah-langkah yang digunakan untuk memperoleh produk berbeda. Untuk mengetahui bagaimana prinsip percobaan Hukum Hess dan membuktikan adanya perubahan entalpi yang hanya bergantung pada kedua suhu awal dan keadaan akhis sistem dan tidak bergantung padajalannya reaksi percobaan ini dilakukan. Metode yang digunakan adalah dengan menentukan Kapasitas kalor kalorimeter terlebih dahulu yang dianggap sama dengan kapasitas kalor air, kemudian pelarutan NaOH dalam air, NaOH padatan dengan larutan HCl, dan larutan NaOH yang dicampur dengan larutan HCl. Percobaan mencampurkan kedua larutan dilakukan dalam sebuah alat yang disebut Kalorimeter. Dengan kalorimeter dapat ditentukan berapa besar kalor yang dilepaskan oleh reaksi kedua zat setelah dicampurkan. I. PENDAHULUAN Suatu proses dari keadaan awal hingga keadaan akhir dapat berlangsung melalui lebih dari satu cara. Menurut Hess: perubahan energi yang menyertai suatu reaksi hanya ditentukan oleh keadaan awal dan keadaan akhir sistem, serta tidak ditentukan oleh cara yang ditempuh dari keadaan awal menuju ke keadaan akhir. (Etna Rufiati, http://skp.unair.ac.id/repository.pdf) Panas reaksi diukur dengan bantuan kalorimeter. Harga ∆𝐸 diperoleh apabila reaksi dilakukan dalam kalorimeter bom, yaitu pada volume konstan dan ∆𝐻 adalah reaksi yang diukur pada tekanan konstan, dalam gelas piala atau labu yang diisolasi,botol termos, labu dewar dan lain-lain. Kerena proses diperinci dengan baik, maka panas yang dilepaskan atau diabsorbsi hanyalah fungsi-fungsi keadaan, yaitu Qp = ∆𝐻 atau Qv = ∆𝐸 adalah fungsi keadaan. Suatu reaksi kimia yang diinginkan dapat ditulis sebagai rangkaian dari banyak reaksi kimia. Jika seseorang mengetahui panas reaksi dari masing-masing tahap diatas, maka panas reaksi yang diinginkan dapat dihitung dengan menambahkan atau mengurangi panas reaksi dari masing-masing tahap. Prinsip ini di mana panas reaksi ditambah atau dikurangi secara aljabar, disebut Hukum Hess mengenai penjumlahan panas konstan. Dasar dari hukum ini adalah entalpi atau energi internal adalah suatu besaran yang tidak bergantung pada jalannya reaksi, yaitu : ∆𝐻p = qp dan ∆𝐸 = qv, sehingga ∆𝐻 = ∆𝐻1+∆𝐻2+∆𝐻3.......... atau qp=qp1+qp2+qp3+........... (Dogra,1990:328 dan 333) Oleh karena entalpi adalah suatu fungsi keadaan, besaran ∆𝐻 dari reaksi kimia tidak tergantung dari lintasan yang dijalani reaktan untuk membentuk hasil reaksi. Untuk melihat pentingnya pembahasan mengenai kalor reaksi ini, kita lihat perubahan yang sudah dikenal. Penguapan air pada titik didihnya, khususnya kita perhatikan perubahan 1 mol cairan air (H2O(l)) menjadi 1 mol air berupa gas (H2O(g)) pada 100℃ dan tekanan 1 atm. Proses ini akan menyerap 41 kJ, maka ∆𝐻 = +41 kJ. Perubahan keseluruhan dapat ditulis dengan persamaan : H2O (l) → H2O (g) ∆𝐻 = +41 𝑘𝐽 Persamaan termokimia diatas menunjukan bahwa, perubahan 1 mol cairan menjadi 1 mol uap air selalu akan menyerap jumlah energi yang sama. Tentunya apabila keadaan mula-mula dan akhirnya sama. Tidak menjadi soal bagaimana kita melakukan perubahan itu. Jadi, kita dapat melihat keseluruhan perubahan sebagai hasil urutan langkah-langkah dan nilai ∆𝐻 untuk keseluruhan proses adalah jumlah dari perubahan entalpi yang terjadi sepanjang proses ini. Pernyataan terakhir ini merupakan bagian dari Hukum Hess mengenai jumlah kalor. (Brady,1995:275-276) Banyaknya kalor yang dihasilkan dalam suatu reaksi kimia dapat diukur dengan menggunakan kalorimeter. Kalor dapat diukur dengan menggunakan jalan jumlah total kalor yang disetiap lingkungan kalor yang diserap air merupakan hasil dari perkalian antara massa, kalor jenis dan kenaikkan suhu, sedangkan kalor yang diserap komponen lingkungan lain yaitu tom, pengaduk, termometer, dan lain sebagainya. Merupakan hasil kali jumlah kapasitas kalor komponen-komponen ini dengan suhu. Dari sini dapat diketahui bahwa penjumlahan kalor dapat diterapkan melalui hukum Hess (Attkins, 1999: 85). Seperti telah dibahas dalam bagian terdahulu, bahwa prose dapat berlangsung pada volume tetap dan tekanan tetap. Pada volume tetap, kalor yang menyertai proses tersebut merupakan perubahan energi dalam. Sedangkan pada tekanan tetap adalah perubahan entalpi. Eksperimen dilaboratorium banyak dilakukan pada tekanan tetap, sehingga kalor yang dihasilkan adalah perubahan entalpi. Variabel-variabel keadaan sistem, T dan P disertai perubahan entalpi. Untuk menghindari pengaruh perubahan keadaan sistem tehadap perubahan hasil reaksi yang terjadi di dalam suatu sistem, keadaan awal dan keadaan akhirn reaksi harus memilikisuhu dan tekanan yang sama. Kenyataan di laboratorium, biasanya entalpi reaksi diperoleh dari data-data pengukuran suhu. Untuk menjelaskan bahwa perubahan entalpi reaksi tidak dipengaruhi oleh perubahan entalpi karena perbedaan variabel keadaan sistem, dapat dijelaskan dengan asumsi sitem mengalami dua tahap perubahan. Tahap pertama adalah perubahan reaktan (pada T dan P) menjadi produk (pada T dan P). Yang berlangsung secara adiabat. Tahap kedua adalah perubahan variabel keadaan produk dari T dan Pkembali menjadi keadaan awal. ( Sri mulyani, 2007:69-70) II. METODOLOGI Alat dan Bahan Dalam percobaan ini digunakan alat-alat seperti : Kalorimeter bom 1 buah, gelas kimia 2 buah, gelas ukur 1 buah, pipet tetes 2 buah, termometer 3 buah, botol semprot 1 buah, kaca arloji , dan neraca o’haus 1 buah. Sedangkan untuk bahan-bahan yang digunakan berupa : NaOH padat 4 gram, Larutan HCl 0,25 M, larutan HCl 0,5 M, larutan NaOH 0,5 M dan aquadest. Prosedur Kerja 1. Pelarutan NaOH dalam air Menyiapkan air sebanyak 200 ml dan memasukannya kedalam kalorimeter. Mengaduknya secara perlahan sambil mengamati suhu yang tercatat dalam termometer sampai tercapai suhu konstan. Mencatat suhu pada termometer dalam tabel pengamatan. Setelah terlihat suhu air dalam kalorimeter konstan, dilanjutkan dengan menimbang NaOH padatan sebanyak 1 gram, usahakan melakukannya dengan cepat agar NaOH tidak terlalu lama terkena udara bebas karena dapat menyebabkan korosi. Kemudian memasukan NaOh padatan yang telah ditimbang kedalam kalorimeter yang telah berisi air, mengaduknya secara perlahan sampai semua padatan NaOH larut. Lalu mengamati suhu pada termometer dan mencatatnya ketika suhu mulai konstan. Setelh selesai, membersihkan kalorimeter dan mengeringkannya. 2. Reaksi antara NaOH padatan dengan larutan HCl Bagian kedua percobaan ini dilakukan dengan mengikuti prosedur pertama dengan mengganti air dengan larutan HCl 0,25 M sebanyak 50 ml. Setelah selesai, membersihkan kalorimeter dan mengeringkannya. 3. Reaksi larutan NaOH dan larutan HCl Mengukur dengan akurat 0,5 M larutan HCl sebanyak 100 ml kemudian memasukannya kedalam kalorimeter, sebelumnya diukur terlebih dahulu suhu dan volumenya. Kemudian tambahkan larutan NaOH kedalam kalorimeter yang berisi larutan HCl, sebelum NaOH ditambahkan kedalam kalorimeter juga harus diukur telebih dahulu volume dan suhu larutan. Suhu kedua larutan harus sama. Setelah dicampurkan, tutup kalorimeter dengan segera dan mengaduknya secara perlahan sambil mengamati suhu pada termometer. Saat mencapai suhu konstan mencatat suhu yang terbaca pada termometer pada tabel pengamatan. Setelah selesai membersihkan semua alat yang telah digunakan dan meletakannya pada tempat semula. III. Hasil dan Pembahasan Dari percobaan penentuan kalor reaksi yang dilakukan dalam beberapa tahap, dihasilkan data sebagai berikut : BAGIAN I No Percobaan 1 Data hasil percobaan 1 Massa kalorimeter 2 Massa H2O 203 gram 3 Suhu awal 29 ̊ C 4 Suhu akhir 30 ̊ C 5 Perubahan suhu 1̊C 6 Massa NaOH 7 Massa molekul relatif (Mm) NaOh 127,19 gram 1 gram 40 g/mol 8 Mol NaOH 0,025 mol 9 Energi yang dilepaskan 853,536 J 10 Entalpi pelarutan NaOH −34,141144 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 BAGIAN II No Percobaan 2 Data hasil percobaan 1 Massa kalorimeter 127,19 gram 2 Massa kalorimeter dengan 178,83 gram 0,25 M HCl 3 Suhu awal 28 ̊ C 4 Suhu akhir 38 ̊ C 5 Perubahan suhu 10 ̊ C 6 Massa NaOH 7 Massa molekul relatif (Mm) 1 gram 40 g/mol NaOh 8 Mol NaOH 9 Energi yang dilepaskan 10 Entalpi reaksi 0,025 mol 2202,4576 J −88,098304 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 BAGIAN III No Percobaan 3 Data hasil percobaan 1 Volume 0,05 M HCl 100 ml 2 Volume 0,05 M NaOH 100 ml 3 Suhu awal larutan HCl 28 ̊ C 4 Suhu awal NaOH sebelum 30 ̊ C dicampur 5 Suhu tertinggi pencampuran 32 ̊ C 6 Perubahan suhu 3̊C 7 Mol HCl yang digunakan 0,025 M 8 Mol NaOH yang digunakan 0,025 M 9 Energi yang dilepaskan 10 Entalpi reaksi 2521,6968 J − 100,867872 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 Banyaknya kalor yang dihasilkan dalam suatu reaksi kimia dapat diukur dengan menggunakan kalorimeter. Apabila suatu reaksi dapat dinyatakan sebagai penjumlahan aljabar dari dua reaksi atau lebih, maka kalor reaksinya juga merupakan penjumlahan aljabar dari kalor yang menyertai masing-masing reaksi tersebut. Jumlah aljabar panas reaksi yang dibebaskan atau diserap tidak bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut. Pada praktikum Hukum Hass bertujuan untuk bagimana mengetahui prinsip dari percobaan Hukum Hass dan membuktikan pada perubahan entalpi hanya bergantung pada kedua suhu awal dan keadaa akhir sistem dan tidak bergantung jalannya reaksi. Praktikum ini dilakukan dengan tiga kali percobaan. Untuk pemembuktian tersebut dilakukan melalui percobaan padatan NaOH 1 gram dilarutkan denga HCl, yang sebelumnya dicatat suhu awal HCl sebelum dimasukan NaOH. Untuk menunjukkan keadaan akhir reaksi, dimana dalam jalannya reaksi ini diabaikan. Hukum Hess telah dibuktikan melalui percobaan ini, ketika pencampuran berlangsung ditunjukkan keadaan senyawa reaksi NaOH dengan HCl yaitu adanya asap dan berbuih, dan terjadi kenaikan suhu menjadi 10oC. Keadaan awal NaOH padat setelah reaksi menghasilkan produk NaCl(aq) dan H2O(l). NaOH(s) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) Senyawa NaOH dan HCl adalah senyawa yang mudah diamati perubahan entalpinya untuk pembuktian percobaan hukum hess. Reaksi yang berlangsung pada larutan tersebut adalah reaksi eksoterm, yaitu melepas kalor, hal tersebut dapat diketahui dari panasnya kalorimeter saat kedua zat dicampurkan, yang menunjukan tanda negatif. Pada rekasi kedua tidak jauh beda, akan tetapi hal yang pertama adalah menggunakan air dan NaOH, bisa disebut sebagai reaksi pertama, ketika reaksi berlangsung terjadi kenaikan suhu dari 1oC. Dan pada saat besamaan larutan HCl di masukan ke gelas kimia lain. Setelah itu kedua larutan tersebut diletakan di dalam bejana berisi air agar suhu kedua larutan tersebut sama. Sebab apabila suhu keduanya berbeda maka terjadi dua perubahan kalor yaitu perubahan kalor reaksi dan perubahan kalor campuran dengan suhu yang berbeda. Setelah kedua dicampur pada kalorimeter terjadi kenaikan suhu hanya 3oC dengan harga kalor yang diterima ialah 2,5216968 kJ. Kedua langkah penentuan ∆𝐻 untuk bagian I dan II, sesuai hukum hess dapat digunakan untuk menentukan ∆𝐻 untuk bagian III. Dari teori yang didapatkan setelah dilakukan perhitungan dilihat adanya persen keteletian atau kesalahan yang dihasilkan dari praktikum tentang hukum hess ini. Sebesar 53,sekian % kesalahan yang dibuat, menurut pengamatan yang praktikan lakukan, kesalahan fatal sepertinya terjadi pada pembuatan larutan NaOH dan pencampuran NaOH padat dengan HCl. Pasalnya, NaOH terlalu lama dibiarkan dalam udara terbuka saat mengambilnya untuk ditimbang. IV. KESIMPULAN Dari data dan uraian pembahasan percobaan diatas, dapat disimpulkan bahwa : 1. Ketika NaOH dan HCl direaksikan terjadi reaksi eksoterm yang menyebabkan panas disekitar tempat reaksi 2. NaOH padatan tidak boleh diletakkan dalam udara bebas terlalu lama karena sifatnya yang dapt menyebabkan korosi. 3. Untuk menentukan kalor reaksi NaOH dengan HCl dapat dicari dengan menjumlah kalor hasil reaksi NaOH padatan dengan air, dan NaOH padatan dengan HCl. 4. 53,439 % kesalahan terjadi dalam praktikum kali ini V. DAFTAR PUSTAKA Attkins, P. W. Kimia Fisik Jilid 1. Jakarta: Erlangga. . 1999 Brady, James E. Kimia Universitas Asas dan Struktur Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Binarupa Aksara. 1995. Mulyani, Sri dan Hendrawan. Kimia Fisika II Common Textbook Edisi Revisi. Penerbit: UPIPress. .2007. Etna Rufiati. http://skp.unair.ac.id/repository/Guru-Indonesia/HukumHess.pdf Dikses pada minggu 12 oktober 2014 pukul 20.00 WIB VI. LAMPIRAN a) Persamaan Reaksi Bagian I NaOH(s) + H2O(l) → NaOH(aq) + H2O(l) Bagian II NaOH(s) + HCl(aq) → NaCl(aq)+ H2O(l) Bagian III NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) b) Foto praktikum c) Perhitungan Percobaan 1 Reaksi: NaOH Na+ + OHQ = m. c. ΔT = (massa air+massa NaOH). c. ΔT = (203+1). 4,184. 1 = 853,536 J = 0,853536 kJ ΔH 𝑄 = − 𝑚𝑜𝑙 = − 0,853536 = −34,141144 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 0,025 Percobaan 2 Reaksi: NaOH + H+ + Cl- Na+ + Cl- + H+ + ClQ = m. c. ΔT =(massa HCl+massa NaOH). c. ΔT = (51,64+1). 4,184. 10 = 2202,4576 J = 2,2024576 kJ ΔH 𝑄 = − 𝑚𝑜𝑙 = − 2,2024576 0,025 = −88,098304 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 Percobaan 3 Reaksi: Na+ + OH- + H+ + Cl- Na+ + Cl- + H2O Q = m. c. ΔT = (massa HCl+massa NaOH). c. ΔT = (100,90+100). 4,184. 3 = 2521,6968 J = 2,5216968 kJ ΔH 𝑄 = -𝑚𝑜𝑙 = - 2,5216968 0,025 = − 100,867872 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 Reaksi: Na+ + OH- NaOH ΔH=34,141144 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 + + Reaksi: NaOH + H + Cl Na + Cl + H2O ΔH=−88,098304 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 _________________________________________________ Reaksi: Na+ + OH- + H+ + Cl- Na+ + Cl- + H2O 𝛥𝐻= -53,95716 kJ/mol ΔHteori −53,95716 %ketelitian= ΔHpraktek × 100% = −100,867872 = 53,439 % A. Post lab 1. Buatlah persamaan reaksi untuk masing-masing bagian praktikum! Jawab: NaOH (s) Na+ (aq) + OH- (aq) NaOH (s) + HCl (aq) NaCl (aq) + H2O (l) NaOH (aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H2O (l) 2. Bandingkan jumlah kalor dari bagian pertama dengan ketiga dengan jumlah kalor dari bagian pertama dengan bagian kedua! Jawab: Jumlah kalor bagian pertama sebesar −34,141144 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 𝑘𝐽 Jumlah kalor bagian kedua sebesar −88,098304 Jumlah kalor bagian ketiga sebesar − 100,867872 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 Pada bagian pertama dengan kedua ada perbedaan mencolok dari jumlah kalor yang dihasilkan. Berdasarkan perhitungan, jumlah kalor yang dihasilkan tiap reaksi tetap bertambah bukan sama walapun ada perbedaan reaksi yang terjadi. Sama halnya juga dengan jumlah kalor antara bagian pertama dengan bagian ketiga. 3. Jelaskan hukum Hess sebagai hukum kekekalan energi, dan hubungannya dengan ketiga bagian percobaan! Jawab: Hukum Hess adalah hukum yang menyatakan bahwa perubahan entalpi suatu reaksi akan sama walaupun reaksi tersebut terdiri dari satu langkah atau banyak langkah. Hukum Hess mempunyai pemahaman yang sama dengan hukum kekekalan energi, yang juga dipelajari di hukum pertama termodinamika. Hukum Hess dapat digunakan untuk mencari keseluruhan energi yang dibutuhkan untuk melangsungkan reaksi kimia. 4. Tuliskan contoh lain dari penerapan hukum Hess dan jelaskan alurnya! Jawab: C (s) + O2 (g) CO2 (g) ΔH = -393,5 kJ mol-1 2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) ΔH = -571,6 kJ mol-1 CO2 (g) + 2H2O (g) C (g) + 2H2 (g) CH4 (g) + 2O2 (g) CH4 (g) ΔH = +890,3 Kj mol-1 ΔH = -74,8 kJ mol-1 Kesimpulan Perubahan entalpi pembentukan CH4 adalah -74,8 Kj mol-1
