I. Judul Percobaan : Entropi Sistem
II. Hari/Tanggal Percobaan : Rabu, 26 Oktober 2011 III. Selesai Percobaan : Rabu, 26 Oktober 2011 IV. Tujuan Percobaan
Mempelajari perubahan entropi sistem pada beberapa reaksi.
V. Tinjauan Pustaka
Wujud zat dapat digolongkan menjadi 3 macam yaitu: padat, cair, dan gas. Dalam zat padat partikel - partikelnya tersusun secara sangat teratur. Sedangakan pada zat cair partikel – partikelnya tersusun sedikit kurang teratur daripada zat padat. Dan untuk zat yang berbentuk gas partikel – partikelnya tersusun sangat tidak teratur.
Proses tak reversibel (seperti pendinginan hingga mencapai temperatur yang sama dengan temperatur lingkungan dan pemuaian bebas dari gas) adalah proses spontan, sehingga proses itu disertai dengan kenaikan entropi. Kita dapat menyatakan bahwa proses tak reversibel menghasilkan entropi. Sedangkan proses reversibel adalah perubahan yang sangat seimbang, dengan sistem dalam keseimbangan dengan lingkungannya pada setiap tahap. Setiap langkah yang sangat kecil di sepanjang jalannya bersifat reversibel dan terjadi tanpa menyebarkan energi secara kacau, sehingga juga tanpa kenaikan entropi; proses reversibel tidak menghasilkan entropi, melainkan hanya memindahkan entropi dari satu bagian ke bagian lain (Atkins, 1986).
Untuk proses isoternal dan reversibel, perubahan entropi total dan sistem dan sekelilingnya sama dengan nol. Demikian pula perubahan entropi untuk proses siklus sama dengan nol. Proses-proses reversibel selalu berjalan sangat lama. Ini berarti proses-proses yang terjadi pada waktu yang pendek brupa proses-proses irreversibel dan tentu saja
diikuti dengan kenaikan entropi dari sistemnya sendiri atau sistem dan sekitarnya (Sukardjo, 2002).
Entropi zat padat bertambah apabila ia melebur menjadi cair dan semakin tinggi apabila zat cair berubah menjadi gas. Sistem dan lingkungan pada suhu peralihan T dimana kedua fasa berada dalam keseimbangan pada tekanan 1 atm. Pada tiik peralihan, perpindahan energi diantara sistem dan lingkungan adalah terbalik. Pada tekanan tetap.Titik lebur dari sebuah benda padat adalah suhu di mana benda tersebut akan berubah wujud menjadi benda cair. Ketika dipandang dari sisi yang berlawanan (dari cair menjadi padat) disebut titik beku. Pada sebagian besar benda, titik lebur dan titik beku biasanya sama. Contoh, titik lebur dan titik beku dari "raksa" adalah 234,32 kelvin (-38,83 °C atau -37,89 °F) Namun, beberapa subtansi lainnya memiliki temperatur beku <--> cair yang berbeda. contohnya "agar-agar", mencair pada suhu 85 °C (185 °F) dan membeku dari suhu 32-40°C (89,6 - 104 °F); fenomena ini dikenal sebagai hysteresis (http/id.Wikipedia.org).
Entalpi yang berhubungan erat dengan energi dalam, juga tidak dapat diukur, tetapi hanya dapat didefinisikan dengan cara lain sehingga menjadi fungsi keadaan. Untuk keadaan sistem tertentu terhadap nilai H yang khas. Ciri lain dari fungsi keadaan adalah bahwa selisih nilai fungsi dua keadaan yang berbeda besarnya khas. Energi dalam yang telah dijelaskan sebagai seluruh energi berkaitan dengan partikel-partikel materi di dalam sistem, adalah sesuatu yang tidak dapat diukur. Tetapi, energi-dalam hanya tergantung pada keadaan yang merupakan ciri suatu sistem dan tidak pada bagaimana keadaan-keadaan tersebut dicapai. Kondisi suatu sistem mengacu pada keadaan-keadaannya, dan setiap sifat yang hanya tergantung pada keadaan dari suatu sistem disebut fungsi keadaan (Petrucci, 1987).
Reaksi spontan terjadi bila keadaan terbawa pada kondisi ketidakteraturan yang lebih besar. Dalam volume yang mengembang, molekul gas individual memiliki derajat kebebasan yang lebih besar untuk bergerak sehingga lebih tidak teratur. Sifat atau keadaan perilaku partikular tadi dinyatakan ketidakteraturan perilaku partikel dalam sistem terhadap semesta (lingkungan). Entropi didasarkan pada perubahan setiap keadaan yang dialami partikel dari keadaan awal hingga keadaan akhirnya.
Semakin tinggi entropi suatu sistem, semakin tidak teratur pula sistem tersebut (sistem menjadi lebih rumit, kompleks, sukar diprediksi secara absolut dan eksak).Ada
lagi hubungannya dengan keadaan reversibel dan ireversibel, kemudian gerak spontan dan tidak spontan, adanya energi bebas Gibbs, ada polar dan non-polar, macam-macam ikatan partikel baik kovalen, logam, van der walls, hidrogen, ionik, dan lain sebagainya. Entropi (S) adalah variable keadaan bagi suatu system dalam kesetimbangan.Ini berarti bahwa S selalu sama untuk system ketika system tersebut berada dalam kesetimbangan.Seperti P,V,dan U,entropi adalah karakteristik dari system dalam kesetimbangan dengan syarat system berubah dengan cara yang dapat dibalik (reversible). Satuan SI untuk entropi adalah J/K. Bunyi hukum entropi “Jika dibiarkan sistem yang teratur akan menjadi tidak stabil dan berkurang keteraturannya”.
Perubahan (atau proses) yang dapat dibalikkan (reversible) adalah perubahan di mana nilai-nilai P,V,T dan U terdefinisi dengan baik selama perubahan.Jika proses dibalik,maka P,V,T dan U akan kembali pada nilai mereka semula ketika system dikembalikan sebagaimana sebelumnya.Agar dapat dibalik,suatu proses biasanya harus lambat,dan system harus berada dekat dengan kesetimbangan selama berlangsungnya seluruh perubahan.
Pada suhu nol mutlak, semua gerakan atom dan molekul berhenti, dan ketidak teraturan – dan entropi – zat padat sempurna demikian adalah nol. (Entropi nol pada suhu nol sesuai dengan hukum ketiga termodinamika). Semua zat diatas nol mutlak akan memiliki nilai entropi positif yang terus bertambah seiring meningkatnya suhu. Saat sebuah zat panas mendingin, energi termal yang terlepas darinya lewat ke udara sekitar, yang berada pada suhu lebih rendah. Saat entropi zat yang mendingin menurun, entropi udara sekitar meningkat. Faktanya, peningkatan entropi di udara lebih besar daripada penurunan entropi pada zat yang mendingin. Ini sesuai dengan hukum kedua termodinamika, yang mengatakan kalau entropi sistem dan lingkungannya selalu meningkat dalam reaksi spontan. Jadi hukum pertama dan kedua termodinamika menunjukkan kalau, untuk semua proses perubahan kimia di alam semesta, energi selalu kekal namun entropi selalu meningkat.
Penerapan hukum termodinamika pada sistem kimia memungkinkan ahli kimia meramalkan perilaku reaksi kimia. Saat energi dan entropi membantu pembentukan molekul hasil, molekul pereaksi akan bertindak untuk membentuk molekul hasil hingga keseimbangan tercapai antara hasil reaksi dan pereaksi. Rasio hasil reaksi dengan pereaksi diberi istilah tetapan keseimbangan, yaitu sebuah fungsi selisih entropi dan energi antara kedua zat. Walau begitu, termodinamika tidak dapat meramalkan kecepatan reaksi. Untuk
reaksi yang cepat, campuran hasil reaksi dan pereaksi yang seimbang dapat diperoleh dalam waktu, waktunya busa mencapai ratusan tahun.
Uji perubahan entropi pada suatu reaksi kimia tertentu dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu :
1. Analisis Kualitatif
Analisis kualitatif artinya Mengamati perubahan fase yang terjadi setelah zat-zat yang akan diuji direaksikan. Apakah terjadi perubahan fase, misal dari padat ke cair,cair ke gas ,padat ke gas dan sebaliknya. Perubahan fase ini akan menentukan suatu entropi naik (∆S) positif atau (∆S) negatif dilihat dari ketidakaturan partikel suatu zat.
2. Analisis Kuantitatif
Analisis kuantitatif artinya Menentukan Entropi lewat suatu perhitungan. Yaitu dengan rumus sebagai berikut :
Jika keadaan sistem berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2, maupunperubahan entropinya adalah sebesar
∫
Pada Proses isotermis sebagai berikut :
Rumus tersebut berlaku untuk proses isotermis baik reversible maupun tak reversible walaupun kalor yang diserap Q<Qrev tidak berarti
VI. Alat dan Bahan Alat :
1. Tabung reaksi 3 buah
2. Termometer 0-100°C (±0,1°C) 1 buah
3. Spatula 1 buah
4. Tempat rol film plastik 4 buah
Bahan : 1. NaOH padat 2. KNO3 padat 3. Larutan HCl 0,1 M 4. NH4Cl 5. Aquades 6. Logam Mg 7. Ba(OH)2
VII. Cara Kerja 10 ml akuades 10 ml akuades 10 ml akuades + KNO3 padat 5 ml larutan HCl 10 ml akuades + NaOH padat - dimasukkan ke dalam tabung reaksi - di ukur suhu T1
- ditambahkan NaOH padat ± setengah sendok spatula
- Digoyang sampai larut
- dimasukkan ke dalam tabung reaksi
- di ukur suhu T1
- ditambahkan KNO3 padat ± setengah sendok spatula
- dimasukkan ke dalam tabung reaksi - di ukur suhu T1 - ditambahkan beberapa potong logam Mg Hasil T2 = …? - Digoyang sampai larut - di ukur suhu T2
Ba(OH)2 padat 1 sendok spatula + NH4Cl padat ± setengah sendok spatula
Ba(OH)2 padat + NH4Cl padat dalam
tempat plastik
- dimasukkan ke dalam tempat plastik - di ukur suhu T1
Hasil T2 = …?
- tempat plastik ditutup
- dikocok sampai timbul bau gas - diukur T2
VIII. Hasil Pengamatan No Prosedur
percobaan
Hasil pengamatan Dugaan / reaksi Kesimpulan
1.a 10 ml aquades + setengah sendok spatula NaOH padat T1 = 30°C NaOH = padatan putih m NaOH = 0,193 gram T2 = 35°C
Larutan = jernih tak berwarna
NaOH(s) + H2O(l) → NaOH(aq) Perubahan entropi meningkat
Perubahan entropi meningkat Terjadi perubahan bentuk dari padat ke cair b 10 ml aquades + setengah sendok spatula KNO3 padat T1 = 30°C KNO3 = padatan putih m KNO3 = 0,070 gram T2 = 31°C
Larutan = jernih tak berwarna
KNO3(s) + H2O(l) →KOH(aq) + HNO3(aq)
Perubahan entropi meningkat
Perubahan entropi meningkat Terjadi perubahan bentuk dari padat ke cair c 5 ml larutan HCl + potongan Mg T1 = 31°C Larutan HCl = jernih tak berwarna
m Mg = 0,005gram
T2 = 32°C
2HCl(aq)+Mg(s)→MgCl2(aq)+H2(g) Perubahan entropi meningkat
Perubahan entropi meningkat Terjadi perubahan bentuk dari padat ke cair
Mg = lempengan abu-abu. 2 1 sendok spatula Ba(OH)2 padat+ ½ sendok spatula NH4Cl padat m Ba(OH)2 = 0,1481 gram m NH4Cl = 0,016 gram Ba(OH)2=serbuk putih NH4Cl=serbuk putih T1=31°C T2=30°C Timbul bau amoniak Ba(OH)2(s) + 2NH4Cl(s) → BaCl2(s) + 2NH3(g) + 2H2O(l) Perubahan entropi menurun
Perubahan entropi menurun. Reaksi berlangsung endotermis karena ada penurunan suhu. ∆S mempunyai nilai negatif dan ∆H benilai positif.
IX. Analisis Data
Berdasarkan praktikum yang telah kami lakukan, diperoleh hasil dari percobaan yang telah tertera dalam tabel hasil pengamatan dan akan diuraikan sebagai berikut: Tabung reaksi 1
Pada tabung reaksi yang pertama, yang berisikan 10 mL aquades memiliki suhu awal (T1) sebesar 30 0C. Kemudian ditambahkan dengan NaOH padat dengan massa 0,1939 gram. Agar NaOH padat larut semua dalam aquades, maka tabung reaksi digoyang sampai larutan homogen. Dengan adanya perlakuan tersebut, larutan tetap bening tidak berwarna tetapi terjadi perubahan suhu yang ditandai dengan semakin panasnya tabung reaksi. Kemudian suhu dicatat sebagai suhu akhir (T2) yaitu sebesar 35 0C. Berikut adalah reaksi kimia yang terjadi pada proses tersebut:
Tabung reaksi 2
Pada tabung reaksi yang kedua, yang berisikan 10 mL aquades memiliki suhu awal (T1) sebesar 30 0C. Kemudian ditambahkan dengan KNO3 padat dengan massa 0, 070 gram. Agar KNO3 padat larut semua dalam aquades, maka tabung reaksi digoyang sampai larutan homogen, tetapi pada tabung reaksi yang kedua ini tidak dibutuhkan penggoyangan yang lama. Dengan adanya perlakuan tersebut, tidak terjadi perubahan warna pada larutan, yaitu larutan tetap jernih tidak berwarna. Kemudian suhu dicatat sebagai suhu akhir (T2) yaitu sebesar 31 0C. Dan tidak terjadi peningkatan suhu yang signifikan pada tabung reaksi yang kedua ini. Berikut adalah reaksi kimia yang terjadi pada proses tersebut:
KNO3(S)+ H20(l) KOH(Aq) + HNO3(Aq) Tabung reaksi 3
Pada tabung reaksi yang ketiga, yang berisikan 10 mL HCl 0,1 M memilki suhu awal (T1) sebesar 310C. Didapatkan suhu yang lebih besar karena HCl merupakan larutan asam kuat. Setelah itu ditambahkan dengan beberapa logam Mg dengan massa 0,005 gram. Sebelum direaksikan dengan HCl,logam Mg tersebut diamplas terlebih dahulu bagian permukaannya. Hal ini dilakukan agar logam Mg tersebut dapat lebih cepat bereaksi dengan larutan HCl.
Setelah dicampurkan muncul gelembung-gelembung kecil pada larutan. Gelembung-gelembung gas tersebut timbul dari logam Mg yang bereaksi dengan larutan HCl. Kemudian suhu larutan dicatat sebagai suhu akhir (T2) yaitu sebesar 32 0C. Semakin lama logam Mg tersebut semakin habis larut dengan larutan HCl. Pada larutan campuran tidak terjadi perubahan warna yaitu tetap jernih tidak bewarna. Berikut adalah reaksi kimia yang terjadi pada proses tersebut:
Mg(s) + HCl(Aq) MgCl2(Aq) + H2(g)
Percobaan kedua
Pada percobaan ini, digunakan tempat rol film plastic sebagai tempat zat yang akan direaksikan. Setelah itu Ba(OH)2 padat dengan massa 0,128 gram direaksikan dengan NH4Cl padat dengan massa 0,106 gram.
Kemudian dicatat suhunya sebagai suhu awal (T1) dan didapatkan suhu sebesar 31 0
menyengat. Timbulnya gas tersebut menandakan bahwa antara Ba(OH)2 dan NH4Cl telah bereaksi. Kemudian suhu dicatat sebagai suhu akhir (T2) dan didapatkan suhu sebesar 30 0
C. Pada proses pencampuran zat ini tidak terjadi perubahan warna yaitu tetap berwarna putih. Berikut adalah reaksi kimia yang terjadi pada proses tersebut:
Ba(OH)2(s) + 2NH4Cl(s) BaCl2(s) + 2NH3(g)+H2O(g)
X. Pembahasan
Pada tabung reaksi yang pertama setelah NaOH direaksikan dengan aquades terjadi kenaikan temperatur pada larutan. Hal ini terjadi karena pada reaksi tersebut terjadi penyerapan panas dari reaksi yang terjadi antara kedua zat dari lingkungan sehingga termasuk reaksi endoterm. Jika dilihat dari perubahan fase yang terjadi antara kedua zat sebelum dan sesudah bereaksi, yaitu dari padat ke cair, dari NaOH padat yang larut dalam aquades sehingga terbentuk larutan NaOH. Maka dapat disimpulkan bahwa telah terjadi kenaikan perubahan entropi yang dikarenakan perubahan ketidakteraturan partikel NaOH padat yang teratur menjadi partikel larutan NaOH yang kurang teratur. Dan jika dilihat dari segi kuantitatif melalui perhitungan kalor yang terlibat dan perhitungan nilai perubahan entropi ( , nilai perubahan entropi bernilai positif. Sehingga jika dilihat dari segi kualitatif maupun kuantitatif menunjukkan hasil yang sama yaitu perubahan entropinya meningkat ( positif) atau terjadi perubahan ketidakaturan partikel yang pada awlnya teratur menjadi kurang teratur.
Pada tabung reaksi yang kedua, pada KNO3 padat yang direaksikan dengan aquades terjadi kenaikan suhu. Jika dilihat dari perubahan fase yang terjadi antara kedua zat sebelum dan sesudah bereaksi, yaitu dari padat ke cair, dari KNO3 padat yang larut dalam aquades sehingga terbentuk larutan KNO3. Maka dapat disimpulkan bahwa telah terjadi kenaikan perubahan entropi yang dikarenakan perubahan ketidakteraturan partikel KNO3 padat yang teratur menjadi partikel larutan campuran yang kurang teratur. Dan jika dilihat dari segi kuantitatif melalui perhitungan kalor yang terlibat dan perhitungan nilai perubahan entropi ( , nilai perubahan entropi bernilai positif. Sehingga jika dilihat dari segi kualitatif maupun kuantitatif menunjukkan hasil yang sama yaitu perubahan entropinya meningkat ( positif) atau terjadi perubahan ketidakaturan partikel yang pada awlnya teratur menjadi kurang teratur. Tetapi reaksi yang terjadi antara KNO3 dengan aquades seharusnya merupakan reaksi eksoterm yang ditandai dengan dinginnya tabung reaksi tempat larutan bereaksi, dengan kata lain suhu larutan menurun. Hal ini terjadi
karena telah terjadi pelepasan kalor menuju lingkungan. Jika suhu turun maka dari segi kuantitatif seharusnya nilai perubahan entropi menjadi negatif juga. Nilai negatif ini menunjukkan terjadinya perubahan ketidakturan partikel dari yang kurang teratur menjadi lebih teratur.
Pada tabung reaksi yang ketiga, beberapa logam Mg yang direaksikan dengan larutan HCl menimbulkan kenaikan suhu. Tabung reaksi sebagai tempat zat bereaksi menjadi panas sehingga reaksi yang terjadi adalah reaksi endoterm yaitu telah terjadi penyerapan panas dari lingkungan. Dan selain itu setelah logam Mg direaksikan dengan HCl muncul gelembung-gelembung gas yang berasal dari logam Mg, yang menunjukkan bahwa telah terjadi reaksi antara logam Mg dengan larutan HCl. Karena Mg berbentuk logam dan konsentrasi HCl tidak begitu pekat sehingga diperlukan waktu yang lama untuk melarutkan logam Mg dalam larutan HCl. Dilihat dari segi kualitatif dapat diketahui telah terjadi perubahan fase zat terlarut (logam Mg) yang semula padat berubah menjadi larutan campuran antara logam Mg dan larutan HCl, sehingga dapat disimpulkan bahwa perubahan entropi bernilai positif. Yang berarti telah terjadi perubahan ketidakaturan partikel dari yang awalnya teratur berubah menjadi kurang teratur. Dan jika dilihat dari segi kuantitatif melalui perhitungan kalor yang terlibat dan perhitungan nilai perubahan entropi ( , nilai perubahan entropi bernilai positif. Sehingga jika dilihat dari segi kualitatif maupun kuantitatif menunjukkan hasil yang sama yaitu perubahan entropinya meningkat ( positif).
Pada percobaan yang kedua, pencampuran antara Ba(OH)2 padat dengan NH4Cl padat menimbulkan penurunan suhu setelah terjadi reaksi antara keduanya. Selain itu, ketika kedua zat bereaksi tercium bau gas yang menyengat. Menurut reaksi, gas yang dihasilkan ini adalah gas amoniak sehingga sedikit menyengat. Jika dilihat dari segi kuantitatif, nilai perubahan entropi bernilai negatif. Sehingga dari uji kuantitatif menunjukkan hasil yaitu perubahan entropinya menurun ( negatif).
XI. Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut:
Jika terjadi kenaikan suhu, maka perubahan entropi bernilai positif yang berarti terjadi perubahan ketidakaturan partikel suatu zat dari teratur menjadi tidak teratur, dengan urutan besar sebagai berikut: padat < cair < gas.
Jika terjadi penurunan suhu, maka perubahan entropi bernilai negatif yang berarti terjadi perubahan ketidakaturan partikel suatu zat tidak teratur menjadi teratur, dengan urutan besar sebagai berikut: gas > cair > padat.
Pada reaksi endoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih besar, sehingga ΔH positif. Sedangkan pada reaksi eksoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih kecil, sehingga ΔH negatif.
XII. Jawaban Pertanyaan
1. Pada reaksi manakah terjadi kenaikan entropi? Dan pada reaksi manakah terjadi kenaikan entalpi?
2. Pada reaksi manakah terjadi terjadi kenaikan entropi? Dan pada reaksi manakah terjadi kenaikan entalpi?
Jawab
1. Pada reaksi endoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih besar, sehingga ΔH positif. Sedangkan pada reaksi eksoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih kecil, sehingga ΔH negatif.
Yang mengalami kenaikan entropi dan kenaikan entalpi adalah sebagai berikut : NaOH(S) + H20(l) NaOH (aq) ; ∆H= +
Dan
Mg(s) + HCl(Aq) MgCl2(Aq) + H2(g) ; ∆H=+
2. Pada reaksi endoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih besar, sehingga ΔH positif. Sedangkan pada reaksi eksoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih kecil, sehingga ΔH negatif
Yang mengalami kenaikan entropi dan penurunan entalpi adalah sebagai berikut: KNO3(S)+ H20(l) KOH(Aq) + HNO3(Aq) ; ∆H= - Dan
XIII. Daftar Pustaka
Tjahjani Siti dkk. 2011. Buku Petunjuk Praktikum Kimia Fisika II. Surabaya: Laboratorium KimiaFisika.
Rohman Ijang and Mulyani Sri. (2004). Kimia Fisika I. Jakarta :Universitas Pendidikan Indonesia
Keenan, et-al. 1991. Ilmu Kimia untuk Universitas. Alih Bahasa A.H. Pudjaatmaka. Jakarta : Erlangga
Dogra,S.K., and Dogra, S..(1978).Kimia Fisik dan Soal-Soal:Penerbit Universitas Indonesia
