PANAS PELARUTAN DAN HUKUM HESS

PENDAHULUAN

Perubahan entalpi pelarutan adalah kalor yang menyertai proses penambahan sejumlah tertentu zat terlarut terhadap zat pelarut pada suhu dan tekanan tetap. 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 H₂O                              X. nH₂O                             ΔH_r = ........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             ΔH_r = ........kJ

Ada dua panas pelarutan yaitu panas pelarutan integral dan panas pelarutan deferensial. Panas pelarutan integral didefenisikan sebagai perubahan entalpi jika suatu mol zat dilakukan dalam n mol pelarut. Panas pelarutan diferensial didefenisikan sebagai perubahan antalpi jika suatu mol zat terlarut dilarutkan dalam jumlah larutan tak terhingga, sehingga konsentrasinya tidak berubah dalam penambahan 1 mol zat terlarut. Secara matematik didefenisikan sebagaimn d m∆H/dm , yaitu perubahan panas diplot sebagai jumlah mol zat terlarut dan panas pelarutan diferensial dapat diperoleh dengan mendapatkan kemiringan tergantung pada konsenterasi larutan (Dogra, 1984; 336-337).

Pada percobaan praktikan menentukan panas pelarutan dan menggunakan hukum Hess untuk menetukan panas reaksi secara tidak langsung. 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), tetapi 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 (Tim dosen kimia fisika, 2013).

Pada umumnya panas pelarutan untuk garam-garam netral dan tidak mengalami dissosiasi adalah positif, sehingga reaksinya isotermis atau larutan akan menjadi dingin dan proses pelarutan berlangsung sacara adiabatis. Panas hidrasi, khususnya dalam system berair, biasanya negative dan relative besar. Perubahan entalpi pada pelarutan suatu senyawa tergantung pada jumlah, sifat zat terlarut dan pelarutnya, temperature dan konsentrasi awal dan akhir dari larutannya.

Jadi panas pelarut standar didefinisikan sebagai perubahan entalpi yang terjadi pada suatu system apabila 1 mol zat terlarut dilarutkan dalam n₁mol pelarut pada temperature 25 C dan tekanan 1 atmosfer. (purba, 1995)

Kalor pelarutan adalah entalpi dari suatu larutan yang mengandung 1 mol zat terlarut, relative terhadap zat terlarut atau pelarut murni pada suhu dan tekanan sama. Entalpi suatu larutan pada suhu T relative terhadap pelarut dan zat terlarut murni pada suhu T₀ dinyatakan sebagai :

H = n₁H₁ + n₂H₂ + n₂ Hs₂

Dimana :

H = entalpi dari n₁ + n₂ mol larutan dari komponen 1 dan 2 pada suhu T relative terhadap temperature T₀.

 Hs₂ = panas pelarutan integral dari komponen 2 pada suhu T.

Pada percobaan ini pelarut yang digunakan sangat terbatas, dan mencari panas pelarutan dua senyawa yaitu tembaga (III) sulfat.5H₂O dan tembaga (II) sulfat anhidrat. Dengan menggunakan Hukum HESS dapat dihitung panas reaksi :

CuSO₄ (l) + 5H₂O (aq)                                    CuSO₄.5H₂O (s)

Menurut hukum HESS bahwa perubahan entalpi suatu reaksi kimia tidak bergantung pada jalannya reaksi, tetapi hanya tergantung kepada keadaan awal dan akhir dari suatu reaksi.

Sebagai contoh penggunaan Hukum HESS :

CuSO₄ (s)   +   aq                    CuSO₄ (aq)    = a kj

CuSO₄.5H₂O (s)   +   aq                 CuSO₄ (aq)   +   5H₂O (aq)    = b kj

Sehingga : CuSO₄ (s)   +   5H2O (aq)              CuSO₄.5H₂O (s)    = (a - b) kj

(Septir, 2012)

Menurut Anonim (2008), dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan untuk benda (zat) bergantung pada 3 faktor, yaitu: Massa zat Jenis zat (kalor jenis) Perubahan suhu. Sehingga secara metamatis dapat di rumuskan :

Q = m . c (t2 – t1)

Dimana :

Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)

M adalah massa benda (kg)

C adalah kalo jenis (j/kgOC) (t1-t2) adalah perubahan suhu (OC)

Oleh karena itu dilakukan praktikum panas pelarutan dan hukum hess ini bertujuan untuk menentukan panas pelarutan dari suatu larutan dan menggunakan hukum hess untuk menentukan panas reaksi secara tidak langsung.

METODE

Dalam percobaan ini digunakan alat kalorimeter sebanyak 1 buah, mortal dan pestel 1 buah, termometer 0-100 ^oC (skala 0.2 ^oC) 1 buah, gelas ukur 100 ml 1 buah, cawan porselin 1 buah, stopwatch 1 buah, desikator 1 buah, pengaduk kaca 1 buah.

Sedangkan bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah CuSO₄.5H₂O (kristal) 10 gram, dibutuhkan pula air dingin 50 ml dan air panas 50 ml untuk penentuan tetapan kalorimeter, dan 100  ml aquades.

Langkah-langkah kerja yang dilakukan pada percobaan ini adalah :

1.    Menentukan tetapan Kalorimeter

Mengukur temperature 50 ml air panas bersuhu 50o

Mengukur temperatur campuran setiap 30 s sampai setimbang

Memasukkan air panas yg telah diukur temperaturnya ke dalam kalorimeter

 

2.    Menentukan Panas Pelarutan CuSO₄. 5 H₂O

Menghaluskan hingga menjadi serbuk

      Menimbang

5,02 gram CuSO₄.5H₂O

                                                     

                                                                       

 

 

                                                                          

 

                                                        

3.    Menentukan Panas Pelarutan CuSO₄ anhidrat

Menimbang 5.03 gram kristal CuSO₄ anhidrat

                 

                                         

 

                                   

                    Cawan porselin

 

           

 

 

   

 

                             

                                   

Dari percobaan yang sudah dilakukan dengan menyusun kerangka kerja terlebih dahulu maka akan didapatkan data seperti dibawah ini:

Data Pengamatan yang diperoleh adalah :

1)      Tabel .1 Penentuan Tetapan Kalorimeter

PELARUTAN TETAPAN KALORIMETER
No	Waktu (t) detik	Temperatur air dingin (Ta1) oC	Waktu (t) detik	Temperatur campuran (Tc) oC (ditambah air panas 50 oC)
	30	11	30	30
	60	12	60	29
	90	12	90	28
	120	12	120	28
	150	12	150	28

2)      Tabel.2 Penentuan pelarutan CuSO₄.5H₂O

Massa CuSO₄.5H₂O = 5,02 gram

PELARUTAN CuSO4.5H2O
No	Waktu (t) detik	Temperatur  (T1) oC	Waktu (t) detik	Temperatur campuran (Tc) oC (ditambah CuSO4.5H2O)
	30	26	30	26
	60	26	60	25,5
	90	26	90	25
	120	26	120	25
	150	26	150	25

3)      Tabel.3 Penentuan Pelarutan CuSO₄ anhidrat

Massa CuSO₄ anhidrat = 5.03 gram

PELARUTAN CuSO4 anhidrat
No	Waktu (t) detik	Temperatur  (T1) oC	Waktu (t) detik	Temperatur campuran (Tc) oC (ditambah CuSO4.5H2O)
	30	28	30	28,5
	60	28	60	29
	90	28	90	29
	120	28	120	29
	150	28	150	29

HASIL DAN PEMBAHASAN

            Pada percobaan ini, digunakan Kristal CuSO₄.5H₂O dan CuSO₄.5H₂O yang di panaskan sampai airnya (dibuat anhidrat) menguapuntuk menentukan kalor integral dari CuSO₄.5H₂O dan CuSO₄ anhidrat, dimana kalor pelarutan integral merupakan kalor yang diserap dan dilepaskan ketika satu mol zat (CuSO₄.5H₂O dan CuSO₄ anhidrat) dilarutkan dalam n mol pelarut.

            Langkah pertama yang harus dilakukan pada percobaan ini adalah menentukan tetapan calorimeter (Ckal), karena alat yang digunakan untu menentukan perubahan kalor adalah calorimeter. Tetapan calorimeter perlu dilaukan karean adanya sejumalh kalor yang diserap oelh calorimeter (wadah, thermometer, pengaduk) sehingga tidak semua perubahan suhu dapat diukur.

            Pada percobaan selanjutnya, Kristal CuSO₄.5H₂O yang akan ditentukan kalor pelarutan integralnya, dilarutkan dengan 100 mL aquadest di dalam calorimeter. Selama proses pelarutan yang harus diperhatikan adalah perubahan suhu larutan, dimana suhu larutan dibaca setiap menit sampai diperoleh suhu yang konstan. Perlunya ditentukan suhu larutan konstan adalah untuk memudahkan dalam perhitungan harga kalor yang diserap atau dilepas karena jika suhunya tidak konstan maka akan sulit untuk menentukan suhu mana yang akan digunakan dalam perhitungan. Selain itu, yang perlu diperhatikan adalah larutan harus terus diaduk di dalam calorimeter agar semua Kristal CuSO₄.5H₂O benar-benar larut dan tidak mengendap.

Adapun pada penentuan kalor pelarutan integral CuSO₄ anhidrat, hal pertama yang dilakukan adalah memanaskan Kristal CuSO₄.5H₂O diatas kompor sampai Kristal berubah warna dari biru menjadi putih. Perubahan warna tersebut menandakan bahwa air yang terikat pada Kristal telah menguap. Selanjutnya Kristal anhidrat tersebut dilarutkan dengan aquadest di dalam calorimeter, mengamati perubahan suhu yang terjadi saat Kristal mulai dimasukkan sampai diperoleh suhu yang konstan.

Berdasarkan hasil analisis data, diperoleh harga tetapan calorimeter (Ckal) sebesar 60 J/^oC yang berarti bahwa calorimeter menyerap sebesar 60 J kalor tiap kenaikan suhu satu derajat celcius. Adapun harga kalor pelarutan  CuSO₄.5H₂O adalah 24 kJ/mol artinya menyerap kalor sebanyak 24 kJ. Sedangkan harga kalor pelarutan CuSO₄ anhidratt sebesaar -46,45161 kJ/mol yang berarti bahwa dalam setiap mol zat terlarut yang dilarutkan dalam satu mol pelarut system melepas kalor sebesar 46,45161 kJ.

Dengan berdasarkan perhitungan dengan menggunakan hukum hess, diperoleh nilai panas pelarutan nya sebesar 70,45161 kJ/mol. Adapun reaksinya :

 CuSO₄ (l) + 5H₂O (aq)                                   CuSO₄.5H₂O (s)

DH yang positif menandakan bahwa reaksi yang terjadi berlangsung secara endoterm atau kalor berpindah dari lingkungan ke system.

Grafik.1 Panas pelarutan CuSO₄.5H₂O

Grafik.2  t Vs T Panas Pelarutan CuSO₄

Dari grafik.1 diatas didapatkan bahwa suhu setelah penambahan CuSO₄. 5H₂O semakin menurun dan akhirnya konstan, yaitu suhu konstan awalnya adalah 26^oC dan setelah penambahan CuSO₄. 5H₂O suhunya menurun menjadi 25,5^oC dan akhirnya konstan pada suhu 25 ^oC. Sedangkan pada grafik.2 didapatkan bahwa suhu setelah penambahan CuSO₄ anhidrat semakin naik, yaitu suhu konstan awalnya 28 ^oC setelah penambahan menjadi 28,5 ^oC dan konstan pada suhu 29 ^oC.

Dalam percobaan ini, dihasilkan panas pelarutan CuSO₄ anhidrat lebih tinggi daripada CuSO₄. 5H₂O. hal ini disebabkan karena beberapa faktor, antara lain:

·         Massa CuSO₄ murninyalebih banyak CuSO₄ anhidrat daripada CuSO₄. 5H₂O. CuSO₄. 5 molekur air yang terikat pada CuSO₄. 5 H₂O akan memperkecil massa CuSO₄ murni. Karena kalor berbanding lurus dengan massa, maka zat yang massanya lebih besar (CuSO₄ anhidrat) menghasilkan kalor yang lebih besar.

·         Perbedaan suhu. Molekul air yang terikat pada CuSO₄. 5 H₂O 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.

SIMPULAN

Nilai tetapan calorimeter pada percobaan ini adalah 78.75 J/ ^oC Kalor pelarutan CuSO₄.5H₂O adalah 25 kJ/mol yang artinya penyerapan kalor. Kalor pelarutan integral CuSO₄ anhidrat sebesar -46.45161 kJ/mol yang berarti dibutuhkan kalor sebesar 46,45161 kJ untuk melarutkan tiap mol CuSO₄ anhidrat. Kalor pelarutan nya  sebesar  71.38911kJ/mol dengan hukum Hess. Dan suhu pada penentuan panas pelarutan CuSO₄. 5H₂O semakin menurun setelah penambahan CuSO₄. 5 H₂O dan konstan pada suhu 25^oC, sedangkan pada penentuan panas pelarutan CuSO₄ didapatkan suhu yang semakin naik setelah penambahan CuSO₄ yaitu konstan pada suhu 29^oC.

 

                                                          

LAMPIRAN

A.  JAWABAN PERTANYAAN

      Cara untuk panas reaksi secara langsung :

1)      Dengan menggunakan hukum hess (kalor reaksi hanya ditentukan keadaan awal dan akhir reaksi) ΔH = q CuSO₄.5H₂O – q CuSO₄

2)      Dilakukan denagn mereaksikan reaktan dalam calorimeter dimana wadah dicelupkan pada bak yang terisolasi dengan air yang diketahui massanya. Dengan mengukur suhu sebelum dan sesudah bereaksi maka dapat ditentukan besar ΔH yakni dengan:

·         Membuat grafik T (suhu) Vs t

-m. Δhis/N = W. ΔT+A.Cp. ΔT

Dimana :

m   = massa (gram)

N   = berat molekul

ΔT = Suhu

A   = Massa larutan

ΔHis = Panas pelarutan Integral

W  = Kapasitas kalor

Cp = kalor jenis larutan

·         Membuat grafik antara ΔHis

B.     ANALISIS DATA

Massa air dingin    = v x p

                                    = 50mL x 1gr/mL

                                    = 50gr

        Ta₁ air dingin       = 12⁰C

        Ta₂ air panas        = 50⁰C

        T campuran          = 38⁰C

v  Penentuan Tetapan Kalorimeter

Dari data yang diperoleh, dapat dihitung tetapan kalorimeter sebagai berikut:

Tc = 28 ºC

Ø  Kalor yang diserap air dingin (q₁)           = m₁.c.Δt

= m1.c.(Tc-Ta1)

= 50.4,2 (28-12) = 3360 J.

Ø  Kalor yang dilepaskan air panas (q₂)       = m₁.c. Δt

= m1.c.(Ta2-Tc)

= 50.4,2 (50-28) = 4620 J.

Ø  Kalor yang diterima kalorimeter (q₃)      = Ckal (Tc-Ta1)

= Ckal (28-12)

=Ckal (16)

Q lepas                      =                      Qterima

Qairpanas                  = Qkalorimeter + Qairdingin

Qkalorimeter             = Qairpanas – Qairdingin

Ckal (16)                   = 4620 – 3360

Ckal                          =
Ckal                          = 78.75 J/^oC

v  Penentuan Panas Pelarutan CuSO₄. 5 H₂O

T₁           = 26 ^oC

T_c         = 25 ^oC

ΔT       = T_c  - T₁

            = (25-26) ^oC

           = -1 ^oC

Massa air           = 100 gr

C calorimeter    = 78.75  J/⁰C

Q        = Q air + Q kalorimeter

           = (m x c x ΔT) + (C x ΔT)

           = (100 x 4.2 x (-1) + 78.75  x (-1))

           = (-420) + (-78.75)

           = -498.75 J

Massa CuSO4.5H2O   = 5,02 gr

Mol      = 

=

            = 0,02mol

ΔH       =         

=             

            =  24937.5J/mol = 25 kJ/mol

v  Penentuan Panas Pelarutan CuSO₄ anhidrat

T₁         = 28 ^oC

T_c       = 29 ^oC

ΔT      = T_c  - T₁

          = (29-28) ^oC

           = 1 ^oC

Massa air         = 100 gr

C calorimeter = 78.75  J/⁰C

Q        = Q air + Q kalorimeter

           = (m x c x ΔT) + (C x ΔT)

           = (100 x 4.2 x 1) + (78.75  x 3)

           = 420 + 236.25

           = 656.25 J

Massa CuSO4= 5,03 gr

Mol    = 

          =  = 0,031mol

ΔH    =         

=             

=  -46451,61 J/mol

=  -46,45161 kJ/mol

v  Hukum Hess

Dengan menggunakan Hukum Hess maka panas pelarutan adalah

CuSO₄ +  5 H₂O                              CuSO₄. 5 H₂O            

ΔH       = ΔH CuSO₄.5 H₂O - ΔH CuSO₄ anhidrat

                      = 24937.5J /mol-(-46451,61 J/mol)

                      = 71389.11 J/mol

                                    = 71,38911 kJ/mol