Panas Pelarutan Dan KSFT [PDF]

Citation preview

PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU BAB I PENDAHULUAN



I.1



Latar Belakang Panas pelarutan adalah perubahan satu mol zat dilarutkan dalam n mol solvent pada tekanan dan suhu yang tetap, hal ini disebabkan adanya ikatan kimia baru dari atom-atom. Demikian juga pada peristiwa pelarutan akan terjadi perubahan energi, hal ini disebabkan adanya perbedaan gaya tarik-menarik antara molekul sejenis. Gaya ini jauh lebih kecil daripada gaya tarik pada ikatan kimia, sehingga panas pelarutan biasanya jauh lebih kecil daripada panas reaksi. Salah satu faktor yang mempengaruhi panas pelarutan pada praktikum ini adalah jenis solute. Pada praktikum, solute dibedakan menjadi 2, yaitu solute standar dan solute variabel. Solute standar adalah solute yang telah diketahui panas pelarutannya, yang dijadikan dasar untuk mencari besarnya tetapan kalorimeter. Sedangkan solute variabel adalah solute yang akan dicari besar panas pelarutannya. Dengan mengetahui panas pelarutan suatu zat, karakteristik zat tersebut juga dapat diketahui, sehingga di dalam industri kimia kerusakan reaktor pada kondisi thermal dapat dihindari. Selain itu, dengan mengetahui panas pelarutan suatu zat, kita dapat memilih tungku sesuai panas pelarutan zat tersebut dan juga dalam pemilihan bahan bakar yang menimbulkan panas seefisien mungkin. Dalam dunia industri, dengan mengetahui panas pelarutan banyak manfaat yang didapatkan. Sehingga, seorang sarjana teknik kimia yang pada umumnya bekerja di bidang industri harus mengetahui analisa panas pelarutan. Oleh karena itu, sebagai mahasiswa teknik kimia praktikum panas pelarutan ini menjadi sangat penting untuk dilakukan.



I.2



Tujuan Praktikum 1. Menentukan panas pelarutan dari suatu zat 2. Mencari hubungan antara panas pelarutan dengan molaritas dan suhu larutan 3. Mencari hubungan antara suhu dengan waktu terhadap panas pelarutan



I.3



Manfaat Praktikum 1. Praktikan mampu menentukan panas pelarutan dari suatu zat



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU 2. Praktikan mengetahui hubungan antara panas pelarutan dengan molaritas dan suhu larutan 3. Praktikan mengetahui hubungan antara suhu dan waktu terhadap panas pelarutan



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



Panas pencampuran didefinisikan sebagai perubahan entalpi yang terjadi bila dua atau lebih zat murni dicampur membentuk suatu larutan pada temperatur tetap dan tekanan 1 atm. Panas pelarutan didefinisikan sebagai perubahan panas 1 mol zat dilarutkan dalam n mol solvent pada temperatur dan tekanan yang sama, hal ini disebabkan adanya ikatan kimia baru dari atom-atom. Demikian juga pada peristiwa pelarutan, kadang-kadang terjadi perubahan energi, hal ini disebabkan adanya perbedaan gaya tarik-menarik antara molekul sejenis. Gaya ini jauh lebih kecil daripada gaya tarik pada ikatan kimia, sehingga panas pelarutan biasanya jauh lebih kecil daripada panas reaksi.



2.1 Panas Pelarutan Integral dan Differensial Panas pelarutan integral adalah panas yang diserap atau dilepas bila satu mol zat solute dilarutkan dalam jumlah tertentu solvent, sehingga membentuk larutan dengan konsentrasi tertentu. Sedangkan panas pelarutan differensial adalah panas yang menyertai pada penambahan satu mol solute ke dalam sejumlah larutan dengan konsentrasi tertentu, sampai penambahan solute tersebut tidak mempengaruhi larutan. Jika penambahan mol solute terjadi pada sejumlah tertentu larutan menghasilkan efek panas pada temperatur dan tekanan tetap. Panas pelarutan differensial tidak dapat ditentukan secara langsung, tetapi secara tidak langsung dari panas pelarutan dapat ditulis: ....................(1) Dimana d(∆H) = ∆Hs, adalah perubahan entalpi untuk larutan n2 mol dalam n mol solvent. Pada T, P, dan n tetap, perubahan n2 dianggap 0. Karena n berbanding lurus terhadap konentrasi m (molal), pada T dan P tetap penambahan mol solute dalam larutan dengan konsentrasi m molal menimbulkan entalpi sebesar d(m.∆Hs) dan panas pelarutan differensial dapat dinyatakan dengan persamaan 2 : ......(2)



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU Penentuan Tetapan Kalorimeter Tetapan kalorimeter adalah banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu kalorimeter beserta isinya 10C. Salah satu cara kalibrasi yang dapat dilakukan adalah dengan memasukan sejumlah solute tertentu yang telah diketahui panas pelarutan ke dalam kalorimeter yang telah diisi solvent lalu perubahan suhu yang terjadi dicatat berdasarkan Asas Black dan dapat dinyatakan sebagai persamaan 3 atau 4 m. ∆H = C. ∆T………………..(3) …………................(4) Dimana ; C



= tetapan kalorimeter



m = jumlah mol solute ∆H = panas pelarutan ∆T = perubahan suhu yang terjadi



Penentuan Kadar Pelarutan Zat yang Akan Diselidiki Dalam penentuan ini diusahakan agar volume solvent sama dengan volume solvent yang akan dikalibrasi. Berdasarkan Asas Black maka panas pelarutan suatu zat di rumuskan sebagai berikut :



Dimana : ∆H = panas pelarutan W = berat solute M = berat molekul ∆T = suhu tetap 1- suhu tetap 2 T1 = suhu solute sebelum dilarutkan T2 = suhu akhir kalorimeter Cp = panas jenis solute



Efek Panas pada Proses Pencampuran



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU Efek panas yang timbul pada proses pencampuran atau proses pelarutan dapat dinyatakan dengan entalpi. Reaksi kimia kebanyakan dilaksanakan pada tekanan sistem tetap yang sama dengan tekanan luar, sehingga didapat :



∆E = dQ - P.dV



; P = tekanan sistem



E2 - E1 = Q - P1.(V2 – V1) E2 - E1 = Q - P.V2 + P.V1 Karena P1 = P2 = P maka : E2 - E1 = Q - P2.V2 + P1.V1 (E2 + P2.V2) = (E1 + P1.V1) + Q Karena E, P, dan V adalah fungsi keadaan maka E + PV juga merupakan fungsi keadaan. Fungsi ini disebut entalpi (H), dimana H = E + PV sehingga persamaan diatas menjadi : H2 – H1 = Q ∆H = Q ∆H = H2 – H1 Pencampuran dapat dilakukan dalam konsep entalpi : ∆E = Q – W1 = Q – P.(V2-V1)



∆H = H2 – H1 = Q.P Saat substrat dicampur membentuk suatu larutan biasanya disertai efek panas dalam proses pencampuran pada tekanan tetap. Efek panas sesuai dengan perubahan entalpi total. Begitu juga dengan reaksi steady state yaitu perubahan entalpi kinetik dan potensial dapat diabaikan karena hal ini sudah umum dalam proses pencampuran dapat disamakan dengan efek panas.



Kapasitas Panas dan Enthalpi



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU Kapasitas panas adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat (benda) sebesar jumlah tertentu (missal 1oC) pada tekanan tetap. Panas jenis adalah kapasitas bahan tiap massa. n.I = m.C



I = M.C Dimana : C = panas jenis M = berat molekul m = massa n = jumlah mol Entalpi didefinisikan sebagai : H = U + PV ∆H = H2-H1 = Q.P Dimana : H = Entalpi U = Enegi dalam Q = Panas yang diserap pada P tetap Jadi perubahan entalpi adalah panas yang diserap pada tekanan tetap, jadi harganya tergantung pada M untuk mencapai kondisi akhir.



Kegunaan Panas Pelarutan dalam Industri 1. Dapat panas bahan bakar yang semaksimal mungkin, misal suatu zat diketahui kelarutannya 4000oC maka bahan bakar yang memberi panas 4000oC, sehingga keperluan bahan bakar dapat ditekan semaksimal mungkin. 2. Dalam pembuatan reaktor kimia, bila panas pelarutannya diketahui dengan demikian perancangan reaktor disesuaikan dengan panas pelarutan zat, hal ini untuk menghindari kerusakan pada reaktor karena kondisi thermal tertentu dengan kelarutan reaktor tersebut.



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU Data Kapasitas Panas (Cp) dan Panas Pelarutan (∆Hs) dari Beberapa Senyawa Beberapa data senyawa dengan kapasitas panas dan panas pelarutannya dapat dilihat pada Tabel 2.1



Tabel 2.1 Kapasitas Panas (Cp) dan Panas Pelarutan (∆Hs) Senyawa



Kapasitas Panas (cal/mol K)



Panas Pelarutan (cal/mol)



KCl



10,3+0,00376T



-4.404



MgSO4.7H2O



89



-3.180



MgCl2. 6H2O



77,1



3.400



CuSO4.5H2O



67,2



-2.850



BaCl2.2H2O



37,3



-4.500



Sumber : Perry,R.H..1984.Chemical Engineering Hand Book Tanda positif (+) pada data ∆Hs menunjukkan bahwa reaksi bersifat eksotermis atau reaksi menghasilkan panas dari sistem ke lingkungan. Sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan bahwa reaksi bersifat endotermis atau reaksi menyerap panas dari lingkungan ke sistem.



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



BAB III METODA PRAKTIKUM



III.1



Bahan dan Alat yang Digunakan Bahan 1. Aquades



:



88ºC, 85 ml



2. Solute standar



: Na2SO4



4 gr



3. Solute variabel



: MgSO4.7H2O : KOH : BaCl2.2H2O



Alat 1. Thermometer 2. Gelas ukur 3. Kalorimeter 4. Beaker glass 5. Pipet tetes 6. Pipet volume 7. Kompor listrik



III.2



Gambar Alat Utama b b



Keterangan : a = Kalorimeter b = Thermometer



a



2 gr,4 gr,6 gr 8 gr



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



III.4



Cara Kerja 



Penentuan Tetapan Kalorimeter 1. Panaskan 85 ml aquades pada T = 88oC. 2. Masukan ke kalorimeter lalu catat suhu tiap 1,5 menit sampai 3× tetap. 3. Panaskan lagi 85 ml aquades pada T = 88oC. 4. Timbang 4 gram solute standar yang telah diketahui panas pelarutannya. 5. Masukkan aquades yang sudah dipanaskan ke kalorimeter beserta solute standar yang telah ditimbang. 6. Mencatat suhunya tiap 1,5 menit sampai 3× tetap.



 Penentuan Panas Pelarutan Solute Variabel 1. Panaskan 85 ml aquades T = 88oC 2. Timbang 4 gram solute variabel. 3. Masukan aquades yang sudah dipanaskan ke kalorimeter beserta variabel berubahnya. 4. Mencatat suhunya tiap 1,5 menit sampai 3× tetap.



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



DAFTAR PUSTAKA



Badger,W.Z. and Bachero,J.F..Introduction to Chemial Engineering.International Student edition.Mc Graw Hill Book Co.Kogakusha.Tokyo. Daniel F.1962.Experimental Physical Chemistry.6th ed.International Student edition.Mc Graw Hill Book Co.Inc New York.Kogakusha Co.Ltd.Tokyo. Perry,R.H..1984.Chemical Engineering Hand Book.6th ed. Mc Graw Hill Book Co.Kogakusha Co.Ltd.Tokyo. R.A. Day Jr, A.L. Underwood.1983.Analisa Kimia Kuantitatif.edisi 4 diterjemahkan Drs. R.Gendon.Erlangga.Jakarta.



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



BAB I PENDAHULUAN



I.1



Latar Belakang Kelarutan merupakan konsentrasi solute dalam larutan jenuh. Dan larutan jenuh adalah larutan yang kandungan solutenya sudah mencapai maksimal sehingga penambahan solute lebih lanjut tidak dapat larut lagi. Untuk solute padat maka larutan jenuhnya terjadi keseimbangan dimana molekul fase padat meninggalkan fasenya dan masuk ke fase cairan dengan kecepatan sama dengan molekul-molekul ion dari fase cair yang mengkristal menjadi fase padat. Suhu merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kelarutan. Apabila suhu dinaikkan, kelarutan menjadi semakin besar. Selain suhu, faktor – faktor yang mempengaruhi kelarutan adalah besar partikel, pengadukan, tekanan dan volume. Beberapa contoh kegunaan metode kelarutan sebagai fungsi suhu ini dalam industri antara lain, pada pembuatan reaktor kimia. Selain itu kegunaan lainnya adalah pada proses pemisahan dengan cara pengkristalan. Dan digunakan juga sebagai dasar proses pembuatan granal-granal pada industri baja. Dalam dunia industri, dengan mengetahui kelarutan sebagai fungsi temperatur banyak manfaat yang didapatkan. Sehingga, seorang sarjana teknik kimia yang pada umumnya bekerja di bidang industri harus mengetahui analisa kelarutan sebagai fungsi temperatur. Oleh karena itu, sebagai mahasiswa teknik kimia praktikum kelarutan sebagai fungsi temperatur ini menjadi sangat penting untuk dilakukan.



I.2



Tujuan Praktikum 1. Mengetahui kelarutan suatu zat 2. Mengetahui pengaruh suhu terhadap kecepatan kelarutan



I.3



Manfaat Praktikum 1. Praktikan mengetahui kelarutan dari suatu zat 2. Praktikan mengetahui suhu terhadap kecepatan kelarutan



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



Jika kelarutan suatu sistem kimia dalam keseimbangan dengan padatan, cairan atau gas yang lain pada suhu tertentu maka larutan disebut jenuh. Larutan jenuh adalah larutan yang kandungan solutenya sudah mencapai maksimal sehingga penambahan solute lebih lanjut tidak dapat larut lagi. Konsentrasi solute dalam larutan jenuh disebut kelarutan. Untuk solute padat maka larutan jenuhnya terjadi keseimbangan dimana molekul fase padat meninggalkan fasenya dan masuk ke fase cairan dengan kecepatan sama dengan molekul-molekul ion dari fase cair yang mengkristal menjadi fase padat.



Pembuktian Rumus Hubungan antara keseimbangan tetap dan temperature subsolute atau kelarutan dengan temperatur dirumuskan Van’t Hoff :



Dimana : ΔH = panas pelarutan zat per mol (kal/g mol) R



= tetapta gas ideal (1,987 kal/g mol K)



T



= suhu (K)



S



= kelarutan per 1000 gr solute



Penurunan rumus Van’t Hoff :



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



Dimana :



Faktor yang Mempengaruhi Kelarutan 1. Suhu Pada reaksi endoterm ΔH (+) maka berharga (-) sehingga. Dengan demikian jika suhu dinaikkan, pangkat dari 10 menjadi kecil sehingga S menjadi semakin besar. Dan pada reaksi eksoterm ΔH (-) makaberharga (+). Juga apabila suhu diperbesar maka S semakin besar dan sebaliknya. 2. Besar Partikel Semakin besar luas permukaan, partikel akan mudah larut. 3. Pengadukan Dengan pengadukan, tumbukan antara molekul-molekul solvent makin cepat sehingga semakin cepat larut (kelarutannya besar). 4. Tekanan dan Volume Jika tekanan diperbesar atau volume diperkecil, gerakan partikel semakin cepat.Hal ini berpengaruh besar terhadap fase gas sedang pada zat cair hal ini tidak berpengaruh.



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



BAB III METODA PRAKTIKUM



III.1



Bahan dan Alat yang Digunakan Bahan 1. Asam boraks 2. NaOH 3. Aquades



Alat 1. Tabung reaksi besar 2. Erlenmeyer 3. Thermometer 4. Buret, statif, klem 5. Beaker glass 6. Pipet tetes 7. Corong 8. Pengaduk 9. Toples kaca



III.2



Gambar Alat d c Keterangan: a



a : Toples kaca b : Es batu b



c : Tabung reaksi d : Thermometer



III.3



Variabel Praktikum 1. Variabel Tetap



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU Volume asam boraks untuk dititrasi = x ml



2. Variabel Bebas ∆T Asam boraks = T oC



III.4



Cara Kerja 1. Membuat larutan asam boraks jenuh ToC x ml 2. Larutan asam boraks jenuh dimasukkan ke dalam tabung reaksi besar. 3. Tabung reaksi dimasukkan dalam toples kaca berisi es batu dan garam lalu masukkan thermometer ke dalam tabung reaksi. 4. Larutan jenuh diambil x ml tiap penurunan suhu ToC. 5. Titrasi dengan NaOH n N, indikator PP 3 tetes. 6. Mencatat kebutuhan NaOH 7. Tabung reaksi dikeluarkan pada saat suhu terendah lalu diambil x ml lagi setiap kenaikan suhu ToC. 8. Titrasi dengan NaOH n N, indikator PP 3 tetes. 9. Mencatat kebutuhan NaOH 10. Membuat grafik log S vs 1/T 11. Membuat grafik V NaOH vs T yang terjadi karena kondisi suhu dan volume titran



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



PANAS PELARUTAN DAN KELARUTAN SEBAGAI FUNGSI SUHU



DAFTAR PUSTAKA



DANIEL f . 1962. “Experimental Phisycal Chemistry”. 6thed .International Student Edition. Mc Graw Hill Book Co, Inc. New York. Kogakusha Co. Ltd. Tokyo. RA. Day Jr, AL Underwood. 1983. “Analisa Kimia Kuantitatif”. Edisi 4 diterjemahkan Drs. R. Soendon.Erlangga. Jakarta.