I. Tujuan
- Menentukan panas netralisasi Asam dan Basa
- Menentukan Panas Kelarutan Kristal ion
- Menghitung Energy Kisi Padatan Kristal ion
II. Landasan Teori
Energi kisi tidak dapat diukur secara langsung, namun jika ingin mengetahui
struktur dan komposisi senyawa ioniknya, maka dapat dihitung energi kisi suatu senyawanya. Energi kisi juga dapat ditentukan secara tidak langsung dengan cara mengasumsikan bahwa pembentukan senyawa ionik terjadi dalam serangkaian langkah-langkah. Besar kecilnya nilai energi kisi tergantung kepada mudah atau tidaknya ion-ion dalam fasa gas bergabung dan tersusun menjadi kristal ionik. Semakin mudah ion-ion bergabung dalam fasa gas dan disusun menjadi kristal ionik maka semakin besar pula energi kisinya. Hal yang menyebabkan ikatan ion stabil adalah adanya gaya tarik menarik antara ion untuk dapat membentuk senyawa kimia dan menyebabkan berkurangnya energi potensial (Nguyen et al., 2020).
Adapun energi kisi dapat didefinisikan sebagai energi yang dibebaskan apabila sejumlah mol kation dan mol anion dalam fase gas didekatkan dari jarak tak hingga sampai kedudukan seimbang dalam satu kisi kristal 1 mol senyawa ionik pada suhu 0 K. Energi kisi juga didefinisikan sebagai energi yang diperlukan pada penguraian 1 mol senyawa ionik menjadi ion-ionnya dalam fase gas pada suhu 0 K. Energi kisi dapat diperoleh dengan membuat reaksi pembentukan senyawa ionik melalui tahapan-tahapan yang digambarkan dalam suatu sikhus. Perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi adalah sama, tidak bergantung apakah reaksi berlangsung satu tahap ataupun beberapa tahap. Energi yang dibutuhkan untuk mengubah satu mol senyawa padat menjadi ion gas. Energi ini disebut juga dengan energi kisi, dengan pembentukan kisi kristal ionik dari ion-ionnya yang disertai dengan adanya proses pembebasan sejumlah energi (Hasan et al, 2017).
Energi kisi sebuah kristal molekular dapat diperkirakan dengan menggunakan potensial sederhana. Energi potensial bila atom atau molekul benar-benar terpisah satu sama lain ialah nol. Energi kisi nya ialah selisih antara kuantitas dan angka positifnya. Di mana nilai yang dihasilkan melebihi energi kisi sebenarnya karena efek mekanika kuantum dari energi titik-nol. Bila koreksi kuantum diberlakukan, energi pengikatnya masing-masing akan berkurang, yang menunjukkan prediksi yang dihasilkan untuk energi kisi kristal dan jarak tetangga terdekatnya. Untuk helium gerak titik nol nya begitu besar sehingga jika kristal benda-benda terbentuk, kristal ini akan segera meleleh, itu sebabnya helium tetap berwujud sampai suhu nol mutlak pada tekanan atmosfer. Unsur Halida logam alkali kecuali Sesium semua mengkristal dalam bentuk struktur garam batuan. Struktur ini dapat dipandang sebagai kisi kim anion semua tapak oktrahedralnya dihuni oleh kation atau setara dengan itu sebagai kisi kim kation yang semua tapak oktahedralnya dihuni oleh anion. Dalam kedua cara itu, setiap ion dikelilingi oleh enam ion bermuatan berlawanan yang berjarak sama. Struktur garam-garam batuan merupakan struktur kristal stabil bila jari-jari kation anion dianggap berperilaku sebagai bulatan bermuatan yang tidak dapat dikompresi (Kilo et al., 2021).
III. Prosedur Percobaan
3.1 Alat dan Bahan
A. Alat
- Kalorimeter 1 set
- Gelas ukur 100 ml
- Termometer 100°C
- Gelas piala 250 ml
- Erlenmeyer 200 ml
B. Bahan
3.2 Skema kerja
A. Menentukan tetapan kalorimeter (Ck) yang akan digunakan
Dalam percobaan ini, penentuan Ck dilakukan dengan menghitung panas netralisasir
eaksi NaOH dan HCl melalui percobaan dan mencari panas netralisasi berdasarkan iteratur.
b. Menentukan perubahan entalpi netralisasi (DHn)
- Memasukkan 100 ml air ke dalam calorimeter dan dibiarkan ± 5 menit. Kemudian diukur suhu air (Tad)M
- emasukkan 100 ml HCl 1 M ke dalam kalorimeter dengan segera.M
- engukur suhu campuran pada selang waktu 15 detik sambil diaduk hinggam encapai suhu maksimum, lalu perlahan turun. Penurunan suhu dicatat hinggam encapai suhu relative konstan. Suhu campuran (THCl,H2O) berada pada waktup encampuran mula-mula (t = 0 detik), dan diperoleh dari ekstrapolasi grafikh ubungan suhu dan waktu. Adapun perubahan suhu menunjukkan adanyap erubahan entalpi pengenceran (DHs)M
- emindahkan larutan HCl (tahap 3) ke dalam gelas pialaM
- engukur suhu awal larutan HCl (tahap 3) dan larutan NaOH 1 M yang berada dalam gelas piala lainnya. Kedua suhu larutan ini dibuat sama.
- Memasukkan 100 ml NaOH 1 M ke dalam calorimeter dan dilanjutkan dengan menuangkan 200 ml larutan HCl (tahap 3). Lalu mengukur suhu campuran pada selang waktu 15 detik sambil diaduk hingga mencapai suhu optimum, lalu perlahan turun. Penurunan suhu dicatat hingga mencapai suhu relatif konstan. Suhu campuran (TNaOH,HCl) berada pada t = 0 detik dan diperoleh dari ekstrapolasi grafik hubungan suhu dan waktu. Adapun perubahan suhu menunjukkan adanya perubahan entalpi netralisasi (DHn)
c. Menentukan perubahan entalpi pelarutan dan energy kisi
- Memasukkan 100 ml air ke dalam calorimeter dan dibiarkan ±5 menit dan diukur suhunya (To)M
- emasukkan dengan segera beberapa gram MgCl2 (lihat dalam table pengamatan)dan ditutup dengan segera.S
- uhu diukur setiap 15 detik hingga relative konstan dan sambil diaduk. Data ini digunakan untuk mendapatkan suhu campuran (Tc)e
- ngulangi langkah 1,2 dan 3 untuk variasi massa MgCl2 (lihat table pengamatan)
IV. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan yaitu mengenai panas netralisasi dan energi kisi. Adapun hasil yang didapatkan ada percobaan ini
yaitu sebagai berikut:.
4.1 Perubahan Entalpi Pengenceran HCl (∆Hs)
Perubahan entalpi pengenceran terhadap HCl dan juga air. Adapun prinsip yang digunakan dalam percobaan ini adalah suatu sistem zat dengan energi termal lebih besar atau melepaskan kalor yang akan diserap oleh suatu sistem zat dengan energi termal lebih kecil. Dimana pada percobaan ini yang memiliki energi termal lebih besar adalah HCl dan yang lebih kecil adalah H2O. Selain itu digunakan juga kalorimeter untuk menentukan nilai kalor berdasarkan perubahan suhu dengan teknik yang digunakan adalah kalorimeter.
Pada percobaan ini dilakukan dengan melakukan pengenceran HCl yang berfungsi untuk mengurangi tingkat kepekatan dari HCl dan untuk mengatur perpindahan kalor antara HCl dan H2O. Kemudian ditentukan suhu awal air dingin yang didapatkan yaitu sebesar 32°C. Setelah itu dilakukan pencampuran dengan HCl yang berfungsi agar terjadinya suatu perubahan suhu campuran yang dapat menunjukkan adanya perubahan entalpi pengenceran, dimana
ketika pelarutan berlebih ditambahkan untuk menurunkan konsentrasi zat
terlarut maka akan disertai pelepasan atau penyerapan kalor antara zat pelarut
dan zat terlarut.
Gambar 1. Grafik Hubungan Waktu (detik) Terhadap Suhu Campuran
(T.HCl.H₂O)( °C)
Berdasarkan grafik hubungan waktu (detik) terhadap suhu campuran (THCl.H2O) diatas dapat dilihat bahwa grafik yang dihasilkan adalah konstan dimana saat pengukuran suhu campuran dari detik ke-15 hingga detik ke-150 atau selama selang 15 detik tidak terjadi kenaikan ataupun penurunan suhu, sehingga grafik yang didapatkan konstan. Berdasarkan perhitungan didapatkan
nilai entalpi pengenceran HCl yang diproleh adalah 0 J/mol. Mungkin telah terjadi sedikit kesalahan sehingga entalpi yang dihasilkan 0. Seharusnya dalam percobaan ini terjadi reaksi eksotermik ketika proses ditambahkannya HCl ke dalam larutan, dimana terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan.
4.2 Perubahan Entalpi Netralisasi (∆𝐇n)
Pada percobaan ini bertujuan untuk menetukan perubahan entalpi netralisasi suhu campuran dari asam kuat dan basa kuat atau campuran dari HCl dan NaOH. Adapun kalor netralisasi merupakan energi panas yang timbul saat reaksi penetralan asam dan basa terjadi. Pada netralisasi asam kuat dan basa kuat bersifat tetap, sehingga ketika HCl (asam kuat) direaksikan dengan
NaOH (basa kuat) akan bereaksi seluruhnya karena larutan terurai sempurna membentuk ion-ionnya. Dimana jika larutan asam dan basa direaksikan maka akan dihasilkan garam dan air. Ketika HCl dicampurkan dengan NaOH maka
ion H+ dari HCl akan bereaksi dengan ion OH- dari NaOH membentuk H2O,
yang mana reaksi ini dimanakan reaksi netralisasi. Dan ketika ion Cl- dari HCl
bereaksi dengan ion Na+ dan NaOH maka akan membentuk garam NaCl. Sehingga didapatkan grafik hubungan waktu terhadap suhu campuran, sebagai berikut :
Gambar 2. Grafik Hubungan Waktu (detik) Terhadap Suhu Campuran (TNaOH.HCl) (°C) Berdasarkan grafik hubungan waktu terhadap suhu campuran NaOH dan HCl di atas, dapat dilihat bahwa suhu campuran antara NaOH dan HCl yang diperoleh adalah konstan pada suhu pengukuran di detik ke-15 hingga detik ke-150. Menurut literature suhu campuran mengalami kenaikan dari suhu awal yaitu suhu pencampuran sebelum dan sesudah berbeda karena proses endotermik adalah sebuha wadah adiabatik. Dimana hal ini terjadi karena saat berlangsungnya reaksi terjadi pelepasan kalor oleh sistem yang diserap oleh lingkungan dan material lain, sehingga suhu linhkungan naik yang ditandai dengan naiknya suhu larutan, sedangkan pada sistem suhunya turun dan mencapai keadaan stabil membentuk produk hasil reaksi.
4.3 Perubahan Entalpi Pelarutan dan Energi Kisi
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengukur perubahan entlapi dan energi kisi dengan ,menggunakan sampel berupa MgCl2 dengan massa yang berbeda-beda, dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah penambahan zat terlarut terhadap besar entalpi pelarutan senyawa. Energi kisi sendiri merupakan energi yang diperlukan pada penguraian 1 mol senyawa ionik menjadi ion-ionnya dalam fase gas pada suhu 0 K. adapun entalpi pelarutan merupakan jumlah kalor yang diperlukan atau dibebaskan untuk melarutkan 1 mol zat pada keadaan standar. Menurut literature, semakin banyak zat terlarut yang ditambahkan ke dalam pelarut dalam standar mata akan semakin kecil pula entalpi pelarutan yang dihasilkan, karena milai mol yang dihasilkan akan semakin kecil seiring penambahan zat terlarut, jadi membutuhkan kalor yang lebih sedikit untuk melarutkan 1 mol zat terlarut.
Berikut ini merupakan grafik perlakuan pertama hubungan sehu campuran terhadap waktu, yaitu sebagai berikut:
Gambar 3. Grafik Hubungan Waktu terhadap Suhu campuran (MgCl2.H2O) (◦C)
Berdasarkan grafik di atas mengenai perlakuan pertama yaitu hubungan antara waktu terhadap suhu campuran dari MgCl2 dan air dengan massa MgCl2 sebesar 1 gram adalah konstan. Dimana suhu yang didapatkan adalah konstan pada 32°C dari pengukuran pertama pada detik ke-15 sampai pengukuran terakhir pada detik ke-150. MgCl2 merupakan kristal ion yang dapat terionisasi menjadi ion-ion dalam bentuk gas sehingga dapat dihitung besar energi kisi dan MgCl2. Berdasarkan perhitungan didapatkan ∆HCl sebesar 0 j/mol. Hal ini dikarenakn suhu campuran dan suhu awalnya sama, yaitu 33°C. sehingga ∆HCl dan ∆HCl yang diperoleh pun menjadi 0.
Berikut ini dapat digambarkan grafik hubungan waktu terhadap suhu campuran dengan massa MgCl2 sebersar 1,5 gram yang diperoleh dari perlakuan kedua yaitu sebagai berikut:
Gambar 4. Grafik hubungan waktu terhadap suhu campuran (MgCl2.H2O) (°C)
Berdasarkan grafik hubungan antara waktu terhadap suhu campuran MgCl2.H2O dengan massa MgCl2 sebesar 1,5 gram dan grafik yang diperoleh adalah konstan dengan suhu campuran konstan pada suhu 32°C dari detik ke-15 hingga 150. Berdasarkan perhitungan didapatkan ∆HCl yang diperoleh adalah sebesar 0 J/mol.
Gambar 5. Grafik hubungan waktu terhadap suhu campuran (MgCl2.H2O) (°C)
Berdasarkan grafik diatas, pada perlakuan ini dilakukan dengan prosedur yang sama dengan massa MgCl2 sebesar 2 gram dan grafik yang didapatkan adalah konstan dari awal (detik ke-15) hingga akhir (detik ke-150). Hal ini menandakan bahwa calorimeter yang digunakan dapat menjaga dan mempertahankan suhu. Didapatkan ∆HCl = 0 J/mol.
Gambar 6. Grafik hubungan waktu terhadap suhu campuran (MgCl2.H2O) (°C) Pada perlakuan ini dilakukan dengan prosedur yang sama dengan perlakuan sebelumnya, namun massa MgCl2ditambah dengan 0,5 gram menjadi 2,5 gram. Adapun grafik yang didapatkan adalah konstan dengan suhu campuran konstan pada 32°C. Hal ini menandakan bahwa calorimeter yang digunakan dapat berfungsi dengan baik dengan ∆Hcl = 0 J/mol.
Gambar 7. Grafik hubungan waktu terhadap suhu campuran (MgCl2.H2O) (°C)
Berdasarkan grafik hubungan waktu terhadap suhu campuran MgCl2 dan H2O dengan massa MgCl2 sebesar 3 gram, maka grafik yang didapatkan adalah konstan dari awal hingga akhir. Hal ini menandakan tidak terjadi transfer kalor antara sistem dan lingkungan, sehingga tidak terjadi perubahan suhu pada campuran tersebut. Berdasarkan perhitungan didapatkan ∆HCl sebesar 0 J/mol.
V. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan yaitu mengenai panas
nertalisasi dan energi kisi yang dapat disimpulkan bahwa:
- Untuk menentukan panas netralisasi asam dan basa
- Untuk menentukan panas kelarutan kristal ion
- Untuk menghitung energi kisi padatan kristal ion dapat dihitung
- menggunakan siklus Born-Haber
Adapun saran dalam percobaan yang mengenai panas netralisasi dan energi kisi ini, agar tidak terjadi Kembali kesalahan yang sering terjadi, untuk meminimalisir kesalahan tersebut, sebaiknya praktikan harus mempelajari dan memahami serta prosedur kerja terkait dengan percobaan.