LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA II ENTROPI

I. JUDUL PERCOBAAN : ENTROPI SISTEM II. HARI/TANGGAL PERCOBAAN : Jumat/16 Maret 2012 III. SELESAI PERCOBAAN : Jumat/16 Maret 2012

IV. TUJUAN PERCOBAAN :Untuk mempelajari perubahan entropi sistem pada beberapa reaksi

V. TINJAUAN PERCOBAAN :

Wujud zat ada tiga macam, yaitu padat, cair, dan gas. Susunan partikel dalam zat padat begitu teratur. Pada zat cair partikel – partikelnya kurang teratur, sedangkan dalam gas makin tidak teratur. Pada reaksi kimia terjadi perubahan dari keadaan teratur menjadi kurang teratur dan sebaliknya. Ukuran ketidakteraturan suatu sistem dinyatakan dengan entropi yang diberi lambang S. Kita hanya dapat mengukur nilai perubahan ketidakteraturannya saja yang biasa dilambangkan dengan (Δ).

Entropi adalah fungsi keadaan, dan merupakan kriteria yang menentukan apakah suatu keadaan dapat dicapai dengan spontan dari keadaan lain. Hukum ke-2 termodinamika menyatakan bahwa entropi, S, sistem yang terisolasi dalam proses spontan meningkat. Dinyatakan secara matematis

∆S > 0

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 – proses yang dapat menyebabkan peningkatan entropi adalah : - Padatan meleleh menjadi cairan

- Padatan atau cairan menguap membentuk gas

- Padatan atau cairan bercampur dengan pelarut untuk membentuk larutan nonelektrolit

- Reaksi kimia menghasilkan suatu kenaikan jumlah molekul – molekul gas - Suatu zat dipanaskan (temperatur meningkat).

Berdasarkan perhitungan dalam lingkar Carnot, maka:

⁄ ⁄ ⁄ ⁄

... Hukum Carnot – Clausius (1) q2 dan q4 = 0, sehingga pada proses lingkar ini dapat dinyatakan bahwa

∑

∮

... (8)

Persamaan (8) berlaku untuk setiap proses lingkar yang reversible. Besaran di belakang tanda integral pada persamaan (8) harus merupakan diferensial total dan ini berarti merupakan suatu fungsi keadaan. Oleh Clasius besaran ini disebut sebagai entropi (S). Selanjutnya, fungsi entropi didefinisikan sebagai:

... (9) ∫

Pada proses isotermis, dan berlaku untuk proses isotermis, baik reversibel, maupun irreversibel, walaupun kalor yang diserap q < qrev tidak berarti .

Entalpi (H) adalah besarnya energi yang dimiliki suatu benda. Kita tidak dapat mengamati H, tetapi, yang dapat kita amati hanyalah perubahannya (ΔH). ΔH juga dapat bernilai positif, atau negatif. Apabila suatu reaksi berlangsung secara eksoterm, maka ΔH bernilai negatif karena pada reaksi ini terjadi pelepasan kalor. Apabila ΔH bernilai positif, maka reaksi berlangsung secara endoterm dan terjadi penyerapan kalor. Harga perubahan entalpi (ΔH) juga dapat dipengaruhi oleh suhu. Apabila terjadi kenaikan suhu, maka ΔH bernilai positif, sebaliknya, apabila terjadi penurunan suhu, maka ΔH bernilai negatif.

VI. ALAT DAN BAHAN :

a. Alat b. Bahan

VII. CARA KERJA :

a. Entropi sistem pada reaksi H2O + NaOH 10 mL air

TA1 = … °C

- Dimasukkan dalam tabung reaksi Tabung A

TA2 = … °C

- Diukur temperaturnya

- Ditambahkan NaOH padat 0,5 sendok spatula

- Goyang hingga larut - Diukur temperaturnya

b. Entropi sistem pada reaksi H2O + KNO3 10 mL air

TB1 = … °C

- Dimasukkan dalam tabung reaksi Tabung B

TB2 = … °C

- Diukur temperaturnya

- Ditambahkan KNO3 padat 0,5 sendok spatula

- Goyang hingga larut - Diukur temperaturnya

c. Entropi sistem pada reaksi HCl + Mg

d. Entropi sistem pada reaksi Ba(OH)2 + NH4Cl

- Dimasukkan ke dalam roll film sebanyak satu sendok spatula

- Dimasukkan ke dalam roll film sebanyak 0,5 sendok spatula

- Diukur temperaturnya -

T2 = ….°C T1 = ….°C

- Roll film ditutup dan dikocok - Dicium bau gas yang terjadi - Diukur temperaturnya -

Ba(OH)2 NH4Cl

5 mL HCl 0,1 M

TC1 = … °C

- Dimasukkan dalam tabung reaksi Tabung C

TC2 = … °C

- Diukur temperaturnya

- Ditambahkan beberapa potong logam Mg

VIII. HASIL PENGAMATAN :

No Prosedur Hasil Pengamatan Dugaan / Reaksi Kesimpulan

1. T ruang = 30 ºC T air = 29 ºC TA1= 29 ºC TA2 = 33 ºC m NaOH = 0,193 g cair = 4,2 J/g ºC

q

reaksi =171,242 J - NaOH padat berwarna putih - Larutan NaOH tak berwarna - Larutan NaOH agak hangat di awal reaksi. H2O(l) + NaOH(s)  NaOH(aq) ΔS = positif ΔH = negatif ΔS meningkat ΔS = 0,564 J/K ΔH = negatif ΔH = -171,242 J terjadi perubahan bentuk dari padat ke cair TA1 = … °C - Dimasukkan dalam tabung reaksi Tabung A - Diukur suhunya - Ditambahkan NaOH padat 0,5 sendok spatula - Goyang hingga larut - Diukur suhunya 10 mL akuades TA2 = … °C

2. T ruang = 30 ºC T air = 29 ºC TB1= 29 ºC TB2 = 28 ºC m KNO3 = 0,020 g cair = 4,2 J/g ºC

q

reaksi = -42,084 J - KNO3 padat berwarna putih - Larutan KNO3 tak berwarna H2O (l) +KNO3 (s) → KNO3(aq) - ΔS = negatif ΔH = positif ΔS menurun ΔS = -0,139 J/K ΔH = positif ΔH = 42,084 J terjadi perubahan bentuk dari padat ke cair 3. T ruang = 30 ºC T air = 29 ºC T HCl = 30 ºC TC1= 30 ºC TC2 = 31 ºC m Mg = 0,005 g cair = 4,2 J/g ºC

q

reaksi = 0,097865 J Logam Mg berwarna perak

Ada gelembung gas Larutan agak hangat

2HCl(l) + Mg(s)  MgCl2(s) + H2(g) ΔS = positif ΔH = negatif ΔS meningkat ΔS=0,000321 J/K ΔH = negatif ΔH = -0,097865 J terjadi perubahan bentuk dari padat ke cair TC1 = … °C - Dimasukkan dalam tabung reaksi Tabung C - Diukur suhunya - Ditambahkan beberapa logam Mg - Diukur suhunya 5 mL HCl TC2 = … °C TB1 = … °C - Dimasukkan dalam tabung reaksi Tabung B - Diukur suhunya - Ditambahkan KNO3 padat 0,5 sendok spatula - Goyang hingga larut - Diukur suhunya 10 mL air TB2 = … °C

4. T ruang = 30 ºC T air = 29 ºC T1= 29 ºC T2 = 28 ºC m Ba(OH)2 = 0,044 g m NH4Cl = 0,024 g cair = 4,2 J/g ºC

q

reaksi = -0,2856 J Ba(OH)2 padat berwarna putih - NH4Cl padat berwarna putih - Ada bau gas yang

menyengat Campuran sedikit berair BaOH2 (s) + 2NH4Cl (s)→ BaCl2 (s) + 2NH3 (g) + 2H2O(l) - ΔS= negatif ΔH = positif ΔS menurun ΔS = -0,00095 J/K ΔH = positif ΔH = 0,2856 J terjadi perubahan bentuk dari padat ke cair dan gas - Dicampur - Diukur suhunya - T2 = ….°C T1 = ….°C - Roll film ditutup dan dikocok - Dicium bau gas yang terjadi - Diukur suhunya 1 Spatula Ba(OH)2 ± 0,5 spatula NH4Cl

IX. PERHITUNGAN DAN ANALISIS DATA :

Setelah melakukan percobaan tentang entropi sistem diperoleh perubahan entropi reaksi berupa peningkatan atau penurunan entropi. Perubahan entropi juga merupakan akibat dari perubahan entalpi reaksi. Dari keempat sistem, yang mengalami peningkatan entropi yaitu reaksi pertama antara 0,193 g NaOH padat dengan 10 ml air dan ketiga yaitu 0,005 g logam Mg dan 5 ml HCl. Sedangkan yang mengalami penurunan entropi yaitu reaksi kedua 0,020 g KNO3 padat dengan 10 ml

air dan reaksi keempat yaitu 0,044 g Ba(OH)2 padat dan 0,024 g NH4Cl padat.

 Analisis pada tabung reaksi 1 yaitu pelarutan NaOH padat : Persamaan reaksi: H2O(l) + NaOH(s) →NaOH(aq)

q

reaksi = m x c x ΔT

q

reaksi = mlarutan x Cair x ΔT

q

reaksi = (mair + mNaOH ) x Cair x (T2 – T1)

q

reaksi = ( 10 g + 0,193 g) x 4,2 J/g.K x (306 K – 302 K)

q

reaksi = 10,193 g x 4,2 J/g.K x 4 K

q

reaksi =171,242 J

dari kalor reaksi yang diperoleh kemudian digunakan untuk menentukan besarnya nilai ΔS dan ΔH:

karena dilakukan pada tekanan tetap, maka : ΔH = - q reaksi = -171,242 J ΔS = ΔS = ΔS = ( 10 g + 0,193 g) x 4,2 J/g.K x

ΔS = 10,193 g x 4,2 J/g.K x 0,01316 ΔS = 0,564 J/K

ΔH bernilai negatif artinya reaksi bersifat eksoterm dan karena ΔS bernilai positif artinya ada peningkatan ketakaturan sistem.

 Analisis pada tabung reaksi 2 yaitu pelarutan KNO3 padat :

Persamaan reaksi: H2O(l) + KNO3(s) → KNO3(aq).

q

reaksi = m x c x ΔT

q

reaksi = mlarutan x Cair x ΔT

q

reaksi = (mair + mKNO3 ) x Cair x (T2 – T1)

q

reaksi = ( 10 g + 0,020 g) x 4,2 J/g.K x (301 K – 302 K)

q

reaksi = 10,020 g x 4,2 J/g.K x (-1) K

q

reaksi = -42,084 J

dari kalor reaksi yang diperoleh kemudian digunakan untuk menentukan besarnya nilai ΔS dan ΔH:

karena dilakukan pada tekanan tetap, maka : ΔH = - q reaksi = -(-42,084 J) = 42,084 J ΔS = ΔS = ΔS

=

( 10 g + 0,020 g) x 4,2 J/g.K x

ΔS = 10,020 g x 4,2 J/g.K x (-0,00332) ΔS = -0,139 J/K

Didapatkan ΔS= -0,139 J/K, juga bernilai negatif karena dipengaruhi kalor. ΔH bernilai positif artinya reaksi bersifat eksoterm dan karena ΔS bernilai negatif artinya ada penurunan ketakaturan sistem.

 Analisis pada tabung reaksi 3

Persamaan reaksi: 2HCl(l) + Mg(s) →MgCl2(s) + H2(g).

q

reaksi = m x c x ΔT

q

reaksi = mlarutanx Cair x ΔT

q

reaksi = (mHCl x mMg) x Cair x (T2 – T1)

q

reaksi = ( 0,01825 g + 0,005 g) x 4,2 J/g.K x (304 K – 303 K)

dari kalor reaksi yag diperoleh kemudian digunakan untuk menentukan besarnya nilai ΔS dan ΔH:

karena dilakukan pada tekanan tetap, maka : ΔH = - q reaksi = -0,097865 J = -0,097865 J ΔS = ΔS = ΔS = ( 0,01825 g + 0,005 g) x 4,2 J/g.K x

ΔS = 0,02325 g x 4,2 J/g.K x (0,00329) ΔS = 0,00032 J/K

ΔH bernilai negatif artinya reaksi bersifat eksoterm dan karena ΔS bernilai positif artinya ada peningkatan ketakaturan sistem.

 Analisis pada tabung reaksi 4

Persamaan reaksi: Ba(OH)2(S) + 2NH4Cl(s) →BaCl2(aq) + 2NH3(g) + 2H2O(l).

q

reaksi = m x c x ΔT

q

reaksi = mlarutan x Cair x (T2 – T1)

q

reaksi = (mBaOH + mNH4Cl ) x Cair x (T2 – T1)

q

reaksi = ( 0,044 g + 0,024 g) x 4,2 J/g.K x (301 K – 302 K)

q

reaksi = 0,068 g x 4,2 J/g.K x (-1) K

q

reaksi = -0,2856 J

dari kalor reaksi yag diperoleh kemudian digunakan untuk menentukan besarnya nilai ΔS dan ΔH:

karena dilakukan pada tekanan tetap, maka : ΔH = - q reaksi = -(-0,2856 J) = 0,2856 J ΔS = ΔS = ΔS = (0,044 g + 0,024 g) x 4,2 J/g.K x

ΔS = 0,068 g x 4,2 J/g.K x (-0,00332) = -0,00095 J/K

ΔH bernilai positif artinya reaksi bersifat eksoterm dan karena ΔS bernilai negatif artinya ada penurunan ketakaturan sistem.

X. PEMBAHASAN

Setelah melakukan percobaan tentang entropi sistem diperoleh perubahan entropi reaksi berupa peningkatan atau penurunan entropi. Perubahan entropi juga merupakan akibat dari perubahan entalpi reaksi.

Pada reaksi pertama, yaitu pelarutan NaOH padat, H2O(l) + NaOH(s) →NaOH(aq)

terjadi perubahan entropi (ΔS) positif dikarenakan adanya peningkatan ketidakaturan. Artinya, reaksi merupakan reaksi reversibel dan spontan atau dapat langsung terjadi pada tekanan tetap. Peningkatan ketakaturan juga terlihat secara makroskopis melalui perubahan fasa padat menjadi cair. Saat mereaksikan juga terjadi kenaikan suhu. Ini menandakan adanya reaksi eksoterm yang melepaskan kalor sehingga perubahan entalpi (ΔH) bernilai negatif.

Pada reaksi kedua, yaitu pelarutan KNO3 padat,

H2O(l) + KNO3(s) → KNO3(aq)

terjadi perubahan entropi (ΔS) negatif. Hal ini menyimpang dengan teori bahwa bila terjadi peningkatan ketidakaturan atau perubahan fasa dari padat menjadi cair maka (ΔS) negatif seharusnya bernilai positif. Namun , reaksi tersebut bukan merupakan reaksi reversibel dan spontan pada tekanan tetap. Seharusnya reaksi tersebut merupakan reaksi eksoterm atau (ΔH) bernilai negatif. Penyimpangan tersebut dapat disebabkan oleh kesalahan pengamat membaca skala ataupun pengukuran suhu tidak dilakukan tepat saat bereaksi.

Pada reaksi ketiga yaitu :

2HCl(l) + Mg(s) →MgCl2(s) + H2(g).

terjadi perubahan entropi (ΔS) positif dikarenakan adanya peningkatan ketidakaturan. Artinya, reaksi merupakan reaksi reversibel dan spontan atau dapat langsung terjadi pada tekanan tetap. Peningkatan ketakaturan juga terlihat secara makroskopis melalui perubahan fasa cair menjadi gas (gelembung). Saat mereaksikan juga terjadi kenaikan suhu. Ini menandakan adanya reaksi eksoterm yang melepaskan kalor sehingga perubahan entalpi (ΔH) bernilai negatif.

Ba(OH)2(S) + 2NH4Cl(s) →BaCl2(aq) + 2NH3(g) + 2H2O(l).

terjadi perubahan entropi (ΔS) negatif dikarenakan adanya penurunan ketidakaturan. Artinya, reaksi bukan merupakan reaksi reversibel dan tidak spontan pada tekanan tetap. Penuarunan ketakaturan juga terlihat secara makroskopis melalui perubahan fasa padat menjadi gas. Gas tersebut merupakan gas ammonia (NH3) yang memiliki bau

yang menyengat. Secara teori, pembentukan gas ammonia merupakan reaksi endoterm sehingga terjadi penurunan suhu atau menyerap kalor sehingga perubahan entalpi (ΔH) bernilai negatif.

XI. KESIMPULAN

Dari data yang diperoleh dari percobaan dapat disimpulkan bahwa perubahan nilai entropi dipengaruhi oleh perubahan suhu, entalpi, dan harga kalor reaksi. Apabila terjadi kenaikan suhu, ΔS, dan

q

bernilai positif sedangkan ΔH bernilai negatif (eksoterm) dan merupakan reaksi reversibel. Sebaliknya, apabila terjadi penurunan suhu, maka nilai ΔS, dan

q

bernilai negatif sedangkan ΔH bernilai positif (endoterm).

XII. JAWABAN PERTANYAAN

1. Pada reaksi mana terjadi kenaikan entropi? Dan pada reaksi mana terjadi kenaikan entalpi?

Jawaban:

Kenaikan entropi (∆S>0 ) terjadi pada reaksi :  Percobaan pertama

NaOH(s)+H2O(l) → NaOH(aq) ∆S = 0,564 J/K, ∆H = -171,242 J  Percobaan ketiga

HCl(l)+Mg(s)→ MgCl2(aq)+H2(g) ΔS = 0,00032 J/K, ∆H = -0,097865 J

Sedangkan kenaikan entalpi(∆H>0) terjadi pada reaksi :  Percobaan kedua

KNO3 (s)+H2O(l) → KNO3(aq) ∆S = -0,139 J/K, ∆H = 42,084 J

 Percobaan keempat

Ba(OH)2(s)+ 2NH4Cl(s)→ BaCl2+ NH3(g)+ 2H2O ∆S = -0,00095J/K, ∆H = 0,2856 J Jadi, reaksi yang mengalami kenaikan entropi pada percobaan pertama, dan ketiga sedangkan kenaikan entalpi adalah pada percobaan kedua dan keempat.

2. Pada reaksi mana terjadi penurunan entropi? Dan pada reaksi mana terjadi penurunan entalpi?

Jawaban:

Penurunan entropi (∆S<0 ) terjadi pada reaksi :  Percobaan kedua

KNO3 (s)+H2O(l) → KNO3(aq) ∆S = -0,139 J/K, ∆H = 42,084 J

 Percobaan keempat

Ba(OH)2(s)+ 2NH4Cl(s)→ BaCl2+ NH3(g)+ 2H2O ∆S =-0,00095J/K, ∆H = 0,2856 J Penurunan entalpi (∆H<0 ) terjadi pada reaksi :

 Percobaan pertama

NaOH(s)+H2O(l) → NaOH(aq) ∆S = 0,564 J/K, ∆H = -171,242 J  Percobaan ketiga

HCl(l)+Mg(s)→ MgCl2(aq)+H2(g) ΔS = 0,00032 J/K, ∆H = -0,097865 J

Jadi, reaksi yang mengalami penurunan entropi pada percobaan kedua dan keempat

sedangkan penurunan entalpi adalah pada percobaan pertama, dan ketiga. XIII. DAFTAR PUSTAKA

Rohman, Ijang dan Sri Mulani.2004. Kimia Fisika 1. Jica:Universitas Pendidikan Indonesia

Sugiarto, Bambang, dkk. 2007. Kimia Dasar I. Surabaya: Unesa Unipress.

Tjahjani, Siti, dkk. 2012. Buku Petunjuk Praktikum Kimia Fisika II. Surabaya: Unesa Unipress

Perhitungan Entropi :

 Analisis pada tabung reaksi 1 H2O(l) + NaOH(s) →NaOH(aq)

q reaksi = m x c x ΔT

q reaksi = mlarutan x Cair x ΔT

q reaksi = (mair + mNaOH ) x Cair x (T2 – T1)

q reaksi = ( 10 g + 0,193 g) x 4,2 J/g.K x (306 K – 302 K)

q reaksi = 10,193 g x 4,2 J/g.K x 4 K

q reaksi =171,242 J

karena dilakukan pada tekanan tetap, maka : ΔH = - q reaksi = -171,242 J ΔS =

ΔS =

ΔS = ( 10 g + 0,193 g) x 4,2 J/g.K x

ΔS = 10,193 g x 4,2 J/g.K x 0,01316 ΔS = 0,564 J/K

 Analisis pada tabung reaksi 2 H2O(l) + KNO3(s) → KNO3(aq)

q reaksi = mlarutan x Cair x ΔT

q reaksi = (mair + mKNO3 ) x Cair x (T2 – T1)

q reaksi = ( 10 g + 0,020 g) x 4,2 J/g.K x (301 K – 302 K)

q reaksi = 10,020 g x 4,2 J/g.K x (-1) K

q reaksi = -42,084 J

karena dilakukan pada tekanan tetap, maka : ΔH = - q reaksi = -(-42,084 J) = 42,084 J ΔS =

ΔS =

ΔS

= ( 10 g + 0,020 g) x 4,2 J/g.K x

ΔS = 10,020 g x 4,2 J/g.K x (-0,00332) ΔS = -0,139 J/K

 Analisis pada tabung reaksi 3 2HCl(l) + Mg(s) →MgCl2(s) + H2(g).

q reaksi = m x c x ΔT

q reaksi = mlarutanx Cair x ΔT

q reaksi = (mHCl + mMg) x Cair x (T2 – T1)

q reaksi = ( 0,01825 g + 0,005 g) x 4,2 J/g.K x (304 K – 303 K)

q reaksi = 0,02325 g x 4,2 J/g.K x 1 K

q reaksi = 0,097865 J

karena dilakukan pada tekanan tetap, maka : ΔH = - q reaksi = -0,097865 J = -0,097865 J ΔS = ΔS = ΔS = ( 0,01825 g + 0,005 g) x 4,2 J/g.K x

ΔS = 0,02325 g x 4,2 J/g.K x (0,00329) ΔS = 0,00032 J/K

 Analisis pada tabung reaksi 4

Ba(OH)2(S) + 2NH4Cl(s) →BaCl2(aq) + 2NH3(g) + 2H2O(l).

q reaksi = mlarutan x Cair x (T2 – T1)

q reaksi = (mBaOH + mNH4Cl ) x Cair x (T2 – T1)

q reaksi = ( 0,044 g + 0,024 g) x 4,2 J/g.K x (301 K – 302 K)

q reaksi = 0,068 g x 4,2 J/g.K x (-1) K

q reaksi = -0,2856 J

karena dilakukan pada tekanan tetap, maka : ΔH = - q reaksi = -0,097865 J = -0,097865 J ΔS = ΔS =

ΔS = (0,044 g + 0,024 g) x 4,2 J/g.K x

ΔS = 0,068 g x 4,2 J/g.K x (0,00332) ΔS = 0,00095 J/K