Entropi Fix

(1)

I. Judul Percobaan : Entropi Sistem

II. Hari/Tanggal Percobaan : Kamis, 31 Oktober 2013 III. Selesai Percobaan : Kamis, 31 Oktober 2013

IV. Tujuan Percobaan : Mempelajari perubahan entropi sistem pada beberapa reaksi.

V. Dasar Teori:

Wujud zat digolongkan ke dalam tiga macam yaitu padat, cair, gas. Untuk zat apapun, partikel dalam keadaan padat lebih teratur dibandingkan dalam keadaan cair, dan partikel dalam keadaan cair lebih teratur dibandingkan dalam keadaan gas. Jadi, untuk jumlah molar yang sama dari suatu zat, kita dapat tuliskan

Spadatan < Scairan < Sgas

Ukuran ketidakteraturan suatu sistem dinyatakan dengan entropi dengan simbol S. Semakin tidak teratur suatu sistem berarti semakin besar entropinya. Entropi unsur dan senyawa, semua positif (S⁰>0). Sebaliknya entalpi pembentukan standar ( ∆ H ⁰f) untuk unsur dalam bentuk stabilnya

adalah nol, dan untuk senyawa nilainya bisa positif atau negatif. Untuk zat yang berbeda dengan fasa yang sama, kerumitan molekul dan massa molar menentukan mana yang nilai entropinya lebih tinggi. Misalnya, baik intan maupun grafit adalah padatan, tetapi struktur intan lebih teratur. Jadi, intan mempunyai entropi yang lebih kecil daripada grafit.

Seperti halnya energi dan entalpi, entropi merupakan suatu fungsi keadaan (state function) dan merupakan kriteria yang menentukan apakah suatu keadaan dapat dicapai dengan spontan dari keadaan lain.Fungsi keadaan ialah sifat yang ditentukan oleh keadaan sistem. Perubahan entropi untuk proses tertentu dimana sistemnya berubah dari suatu keadaan awal ke suatu keadaan akhir, ∆ S ialah

∆ S = Sf - Si

dimana Sf dn Si berturut-turut adalah entropi sistem pada keadaan akhir

(final state) dan keadaan awal (initial state). Jika perubahan mengakibatkan kenaikan keacakan atau ketidakteraturan, maka Sf > Si atau ∆ S > 0.

(2)

Bila pada suatu reaksi kimia terjadi perubahan dari keadaan teratur menjadi kurang teratur,maka perubahan entropi (ΔS) positif dan menunjukkan bahwa reaksi berlangsung spontan. Namun, bila pada suatu reaksi kimia terjadi perubahan dari keadaan kurang teratur menjadi teratur, maka perubahan entropi (ΔS) negatif.

Proses yang menghasilkan kenaikan entropi sistem antara lain:  Pelelehan: Scairan > Spadatan

 Penguapan: Suap > Scairan

 Pelarutan

 Pemanasan: Sr2 > Sr1

Sudah jelas bahwa baik proses pelelehan maupun penguapan mempunyai ∆ S _{> 0. Proses pelarutan biasanya menghasilkan kenaikan entropi. Bila} kristal gula melarut dalam air, struktur yang sangat teratur dalam padatan dan struktur teratur dalam air menjadi rusak. Akibatnya, larutan lebih tidak teratur dibandingkan zat terlarut murni dan pelarut murni. Bila padatan ionik melarut dalam air, terdapat dua faktor penyebab pada kenaikan entropi, yaitu proses pelarutan dan penguraian senyawa menjadi ion-ionnya:

(3)

Uji

perubahan entropi pada suatu reaksi kimia tertentu dapat dilakukan dengan dua cara yaitu :

a. 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.

b. Analisis Kuantitatif, artinya menentukan entropi melalui suatu perhitungan yaitu dengan rumus sebagai berikut :

dS=dqrev

T

Sehingga

∆ S=

_∫

dqrev

T

Satuan SI untuk entropi adalah J/K. Bila suatu proses eksotermik berlangsung dalam suatu sistem, kalor yang dipindahkan ke lingkungan meningkatkan gerakan molekul di lingkungan. Akibatnya, ada peningkatan

(4)

ketidakteraturan pada tingkat molekul, dan entropi lingkungan meningkat. Sebaliknya proses endotermik dalam sistem menyerap kalor dari lingkungan dan dengan demikian menurunkan entropi lingkungan karena gerakan molekul berkurang.

Untuk proses pada tekanan konstan, perubahan kalor sama dengan perubahan entalpi sistem, ∆ H sis. Dengan demikian, perubahan entropi

lingkungan, ∆ S surr, berbanding lurus terhadap ∆ H sis. ∆ S

surr ∝−∆ H sis

Tanda minus digunakan karena jika prosesnya eksotermik, ∆ H sis

negatif dan ∆ S surr positif, menandakan adanya peningkatan entropi.

Sebaliknya, untuk proses endotermik, ∆ H sis positif dan tanda negatif

menunjukkan bahwa entropi lingkungan menurun.

Perubahan entropi untuk sejumlah tertentu kalor juga bergantung pada suhu. Jika suhu lingkungan tinggi, molekul-molekul sebenarnya sudah memiliki energi yang cukup tinggi. Oleh karena itu, penyerapan kalor dari proses eksotermik dalam sistem akan berdampak relatif kecil pada gerakan molekul dan peningkatan entropi yang dihasilkan akan kecil. Namun, jika suhu lingkungan rendah, maka penambahan kalor dalam jumlah yang sama

(5)

akan mengakibatkan peningkatan yang lebih mencolok dalam gerakan molekul dan karena itu peningkatan entropinya akan besar.

VI. Alat dan Bahan: Alat:

a. Tabung reaksi b. Termometer c. Spatula

d. Tempat rol film e. Plastik f. Gelas Ukur Bahan: a. NaOH padat b. KNO3 padat c. Larutan HCl 0,1M d. NH4Cl e. Aquades f. Logam Mg g. Ba(OH)2

VII. Alur Kerja: 1.a.

 Dimasukkan ke dalam tabung reaksi 1

 Diukur suhunya dan dicatat

 + ½ sendok spatula NaOH padat yang sudah ditimbang

 Dikocok hingga larut

 Diukur suhunya

b.

 + ½ sendok spatula KNO3 padat yang sudah ditimbang

10 mL air

Suhu (T1)

Suhu (T2)

10 mL air

(6)

 Diukur suhunya

c.

 + beberapa potong logam Mg yang sudah ditimbang

 Diukur suhunya

2.

 Dimasukkan dalam kotak plastik tempat rol film

 + ½ sendok spatula NH4Cl padat yang sudah ditimbang  Diukur suhunya



 Ditutup dan dikocok hingga bercampur sempurna

 Dibuka dan dicium bau gasnya

 Diukur suhunya Suhu

5 mL larutan HCl 0,1

Suhu (T1)

Suhu

1 sendok spatula Ba(OH)2

Suhu (T1)

(7)

VIII. Analisis dan Pembahasan

Pada percobaan pertama, menyiapkan tiga tabung reaksi. Untuk tabung reaksi pertama, dimasukkan 10 mL air, lalu diukur suhunya dan diperoleh suhu awal (T1) sebesar 30℃ . Kemudian ditambahkan setengah sendok

spatula NaOH padat yang berupa padatan putih dengan massa 0,077 gram. Setelah itu dikocok hingga NaOH padat larut, lalu diukur suhunya. Pada percobaan ini tidak terjadi perubahan warna pada larutan, larutan tetap berupa larutan tidak berwarna. Namun terjadi perubahan fase yakni dari padat menjadi cair. Dimana NaOH yang awalnya berupa padatan, larut dalam air sehingga dihasilkan larutan NaOH. Berikut reaksi yang terjadi:

(8)

Terjadinya perubahan fasa dari padat menjadi cair dapat dikatakan bahwa telah terjadi perubahan entropi positif, karena adanya perubahan ketidakteraturan pada NaOH yang awalnya memiliki partikel yang teratur atau padat menjadi larutan NaOH yang partikelnya kurang teratur. Setelah diukur suhunya, diperoleh suhu akhir (T2) sebesar 33℃ . Kenaikan

suhu tersebut terjadi karena adanya pelepasan kalor yang terjadi pada sistem terhadap lingkungan, dengan demikian reaksi yang terjadi termasuk reaksi eksoterm sehingga ∆ H bernilai negatif. Pada perhitungan

diperoleh perubahan entropi ∆ S¿ ) bernilai positif, yakni sebesar 0,7994 J/K artinya ada peningkatan ketidakteraturan sistem, sehingga reaksi merupakan reaksi reversibel dan spontan atau dapat langsung terjadi pada tekanan tetap. Untuk perhitungan perubahan entropi, dapat dilihat pada lampiran perhitungan. Dengan demikian baik secara kualitatif maupun kuantitatif menunjukkan adanya perubahan entropi positif.

Pada tabung reaksi kedua, dimasukkan 10 mL air, lalu diukur suhunya dan diperoleh suhu awal (T1) sebesar 30℃ . Kemudian ditambahkan

setengah sendok spatula KNO3 padat yang berupa serbuk putih dengan

massa 0,058 gram. Setelah itu dikocok hingga KNO3 padat larut dan

diukur suhunya. Tidak terjadi perubahan warna pada larutan, larutan tetap berupa larutan tidak berwana. Namun terjadi perubahan fasa dari padat menjadi cair. Dimana KNO3 yang awalnya berupa padatan, larut dalam air

sehingga dihasilkan larutan KNO3. Berikut reaksi yang terjadi:

H2O (l) + KNO3 (s) KNO3 (aq)

Terjadinya perubahan fasa dari padat menjadi cair dapat dikatakan bahwa telah terjadi perubahan entropi positif, karena adanya perubahan ketidakteraturan pada KNO3 yang awalnya memiliki partikel yang teratur

atau padat menjadi larutan KNO3 yang partikelnya kurang teratur. Setelah

(9)

suhu tersebut terjadi karena adanya pelepasan kalor yang terjadi pada sistem terhadap lingkungan, dengan demikian reaksi yang terjadi termasuk reaksi eksoterm sehingga ∆ H bernilai negatif. Namun pada percobaan ini, seharusnya menghasilkan reaksi endoterm ketika KNO3 padatan

dimasukkan kedalam air. Pada perhitungan diperoleh perubahan entropi (∆ S) _{bernilai positif, yakni sebesar 0,7970 J/K artinya ada peningkatan} ketidakteraturan sistem, sehingga reaksi merupakan reaksi reversibel dan spontan atau dapat langsung terjadi pada tekanan tetap. Untuk perhitungan perubahan entropi, dapat dilihat pada lampiran perhitungan.

Pada tabung reaksi ketiga, dimasukkan 5 mL larutan HCl 0,1M, lalu diukur suhunya dan diperoleh suhu awal (T1) yang lebih besar, yakni

32_{℃ , dimana HCl merupakan asam kuat. Kemudian ditambahkan}

logam Mg dengan massa 0,015 gram. Setelah itu dikocok hingga logam Mg padat larut dan diukur suhunya. Tidak terjadi perubahan warna pada larutan, larutan tetap berupa larutan tidak berwana. Namun terjadi perubahan fasa dari padat menjadi cair. Dimana Mg yang awalnya berupa padatan, larut dalam air sehingga dihasilkan larutan MgCl2. Dari reaksi

yang terjadi dihasilkan gelembung-gelembung kecil sesuai dengan reaksi berikut:

2HCl (l) + Mg (s) MgCl2 (aq) + H2 (g)

Terjadinya perubahan fasa dari padat menjadi cair dapat dikatakan bahwa telah terjadi perubahan entropi positif, karena adanya perubahan ketidakteraturan pada Mg yang awalnya memiliki partikel yang teratur atau padat menjadi larutan MgCl2 yang partikelnya kurang teratur. Setelah

diukur suhunya, diperoleh suhu akhir (T2) sebesar 34℃ . Kenaikan

suhu tersebut terjadi karena adanya pelepasan kalor yang terjadi pada sistem terhadap lingkungan, dengan demikian reaksi yang terjadi termasuk reaksi eksoterm, sehingga ∆ H bernilai negatif. Pada perhitungan

(10)

diperoleh perubahan entropi (∆ S) bernilai positif, yakni sebesar 0,4704 J/K artinya ada peningkatan ketidakteraturan sistem, sehingga reaksi merupakan reaksi reversibel dan spontan atau dapat langsung terjadi pada tekanan tetap. Untuk perhitungan perubahan entropi, dapat dilihat pada lampiran perhitungan. Dengan demikian baik secara kualitatif maupun kuantitatif menunjukkan adanya perubahan entropi positif.

Pada percobaan kedua, satu sendok spatula Ba(OH)2 padat yang berupa

serbuk putih dengan massa 0,171 gram dan NH4Cl padat yang berupa

serbuk putih dengan massa 0,017 gram dimasukkan ke dalam tempat rol film. Lalu diukur suhunya dan diperoleh suhu awal (T1) sebesar 30 ℃ .

Kemudian tempat rol film plastik ditutup dan dikocok agar bercampur sempurna hingga timbul bau gas yang menyengat. Bau gas tersebut menunjukkan bahwa Ba(OH)2 dan NH4Cl telah bereaksi. Bau menyengat

tersebut merupakan gas amoniak, dimana reaksi yang berlangsung adalah sebagai berikut:

Ba(OH)2 (s) + 2 NH4Cl(s) BaCl2 (s) + 2NH3 (g) + 2H2O(l) Terjadinya perubahan fasa dari padat menjadi gas dapat dikatakan bahwa telah terjadi perubahan entropi positif, karena adanya perubahan ketidakteraturan partikel yang awalnya teratur atau padat menjadi gas yang partikelnya sangat tidak teratur. Setelah diukur suhunya, diperoleh suhu akhir (T2) sebesar 34℃ . Kenaikan suhu tersebut terjadi karena adanya

pelepasan kalor yang terjadi pada sistem terhadap lingkungan, sehingga reaksi yang terjadi termasuk reaksi eksoterm, sehingga ∆ H bernilai negatif. Secara kuantitatif, nilai perubahan entropi (∆ S) bernilai positif, yakni sebesar 0,0149 J/K. Untuk perhitungan perubahan entropi, dapat dilihat pada lampiran perhitungan. Dengan demikian baik secara kualitatif maupun kuantitatif menunjukkan adanya perubahan entropi positif.

(11)

IX. Diskusi

Pada percobaan pertama pada tabung kedua, reaksi antara KNO3

padatan dan air atau pelarutan garam nitrat akan menghasilkan reaksi endoterm. Namun, dalam percobaan yang dilakukan oleh kelompok kami, reaksi yang dihasilkan adalah reaksi eksoterm. Hal ini kemungkinan terjadi karena kurang telitinya kami dalam membaca skala termometer. Selain itu, kesalahan yang terjadi dapat dikarenakan tekanan dalam laboratorium tidak dapat diatur, sehingga tekanan mempengaruhi hasil perhitungan suhu.

X. Kesimpulan

 Perubahan entropi suatu sistem (∆ S) dapat ditentukan secara kualitatif dan kuantitatif.

 Bila suatu sistem berubah dari keadaan teratur menjadi kurang teratur atau terjadi kenaikan suhu maka diperoleh perubahan entropi (∆ S) bernilai positif dan ∆ H bernilai negatif (eksoterm), sebaliknya jika sistem berubah dari keadaan kurang teratur menjadi teratur atau terjadi penurunan suhu maka diperoleh perubahan entropi (∆ S) bernilai negatif dan

∆ H bernilai positif (endoterm). Dimana zat padat paling teratur,

(12)

XI. Daftar Pustaka

Chang, Raymond. 2003. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta: Erlangga

Inaya, Ruthadaning. 2012. Laporan Praktikum Kimia Fisika II Entropi.

http://id.scribd.com/doc/120958236/LAPORAN-PRAKTIKUM-KIMIA-FISIKA-II-ENTROPI, diakses tanggal 20 November 2013

Macklin, Boy. Entropi dan Lingkungan.http://onlinebuku.com/2011/12/17/en tropi-lingkungan/, diakses tanggal 20 November 2013

Oxtoby, Gillis, Nachtrieb. 2001. Prinsip-prinsip Kimia Modern Edisi 4 Jilid 1. Jakarta: Erlangga

Putri, Febrian. 2011. Entropi. http://www.scribd.com/doc/90919080/entropi-febrian, diakses tanggal 20 November 2013

Tjahjani, Siti, dkk. 2013. Buku Petunjuk Praktikum Kimia Fisika II. Surabaya: UNESA Unipress

XII. Jawaban dan Pertanyaan

1. Berdasarkan data percobaan, tentukan perubahan entropi secara kualitatif maupun kuantitatif.

Jawab:

 Perubahan entropi secara kualitatif: Untuk percobaan pertama:

H2O (l) + NaOH (s) NaOH (aq)

Perubahan entropi (∆S) positif, terjadi perubahan fase dari padat ke cair. H2O (l) + KNO3 (s) KNO3 (aq)

Perubahan entropi (∆S) positif, terjadi perubahan fase dari padat ke cair. 2HCl (l) + Mg (s) MgCl2 (aq) + H2 (g)

Perubahan entropi (∆S) positif, terjadi perubahan fase dari padat ke cair. Untuk percobaan kedua:

Ba(OH)2 (s) + 2 NH4Cl(s) BaCl2 (s) + 2NH3 (g) + 2H2O(l)

Perubahan entropi (∆S) positif, terjadi perubahan fase dari padat ke gas.  Perubahan entropi secara kuantitatif:

(13)

= 1 gram/mL × 10 mL = 10 gram ∆ T = T2 – T1 = 306 – 303 = 3 K Q = mc ∆ T = (10 + 0,077) gram × 4,2 J/g.K × 3K = 126,97 J ∆ H _{= – Q} reaksi= –126,97 J ∆ S _{= m} larutan × cair × ln T₂ T1 = 10,077 × 4,2 J/g.K × ln 306₃₀₃

K

= 0,7994 J/K

b. mair = ρair× vair

= 1 gram/mL × 10 mL = 10 gram ∆ T = T2 – T1 = 304 – 303 = 1 K Q = mc ∆ T = (10 + 0,058) gram × 4,2 J/g.K × 1K = 42,243 J ∆ H _{= – Q} reaksi= –42,243 J ∆ S _{= m} larutan × cair × ln T₂ T1

(14)

= 10,058 × 4,2 J/g.K × ln 304₃₀₃

K

= 0,7970 J/K c. mHCl = ρHCl× vHCl = 1,19 gram/cm3_{× 5 mL} = 5,95 gram ∆ T _{= T} 2 – T1 = 307 – 305 = 2 K Q = mc ∆ T = (5,95 + 0,015) gram × 4,2 J/g.K × 2 K = 50,106 J ∆ H = – Qreaksi= –50,106 J ∆ S = mlarutan × cair × ln T₂ T1 = (5,95 + 0,015) gram × 4,2 J/g.K × ln 307₃₀₅

K

= 0,4704 J/K 2. ∆ T = T2 – T1 = 307 – 303 = 4 K Q = mc ∆ T = (0,171 + 0,017) gram × 4,2 J/g.K × 4 K = 3,158 J

(15)

∆ H _{= – Q} reaksi= –3,158 J ∆ S _{= m} larutan × cair × ln T2 T1 = (0,171 + 0,017) gram × 4,2 J/g.K × ln 307₃₀₃

K

= 0,0149 J/K

2. Deskripsikan hasil analisis saudara. Jawab:

Semua reaksi mengalami kenaikan entropi atau (∆S) bernilai positif, kecuali pada reaksi antara KNO3 dan air atau pelarutan garam nitrat yang

menghasilkan reaksi endoterm sehinnga kenaikan entropi atau (∆S) bernilai negatif. Adanya kenaikan entropi atau (∆S) bernilai positif dikarenakan adanya perubahan ketidakteraturan partikel yang awalnya teratur menjadi tidak teratur. Kenaikan suhu yang terjadi dikarenakan adanya pelepasan kalor yang terjadi pada sistem terhadap lingkungan, dengan demikian reaksi yang terjadi termasuk reaksi eksoterm, sehingga