PERCOBAAN IIIENTALPI DAN ENTROPI PENGUKURAN

PERCOBAAN III

ENTALPI DAN ENTROPI PENGUKURAN

I Tujuan.

1. Siswa dapat membuat dan membedakan kurva pendinginan larutan murni cairan dan larutan 

2. Siswa mengamati penurunan titik beku yang disebabkan oleh penambahan zat terlarut 

3. Siswa dapat menghitung entalpi dan entropi pembekuan menggunakan Hukum Van't Hoff

II Landasan Teori

Entalpi adalah ukuran total energi yang ada dalam suatu materi. Meski besaran entalpi itu sendiri tidak bisa ditentukan secara langsung, yang bisa dihitung adalah perubahan entalpi suatu materi (ΔH). Jenis-jenis perubahan entalpi meliputi entalpi penguapan, peleburan, sublimasi, pelarutan, pengionan, pembakaran, kisi, dan pengatoman. Pengukuran perubahan entalpi dilakukan dengan memantau perubahan suhu pada suatu sistem yang berproses dalam kondisi tekanan tetap (Nurhadi, 2021).

Analisis Van't Hoff bertujuan untuk memahami dinamika perubahan keadaan menggunakan informasi tentang energi bebas Gibbs pada dua kondisi, konstanta gas (R), dan suhu (T). Menurut Van't Hoff, semakin tinggi suhu, semakin besar kelarutan suatu zat. Namun, untuk zat dengan pelarutan eksotermis (berenergi negatif), peningkatan suhu justru mengurangi kelarutan. Keadaan transisi ini mengacu pada perubahan entalpi. Selain itu, titik beku adalah suhu di mana zat berubah dari cair menjadi padat, dan titik beku suatu larutan selalu lebih rendah daripada titik beku pelarut murninya (Majikes et al., 2022).

III prosedur kerja

3.1 Alat dan Bahan 

1. tabung reaksi 2. 

Termometer 100 0C

 3. Erlenmeyer 250 ml 

4. Gelas 500 ml

 5. Kertas atau kain wol 

6. Stopwatch 

7. Neraca analitik

 8. Kaca perhiasan

 9. Spatula 

Bahan:

1. Naftalena 

2. Definilamin

3.2 Skema kerja

1. Buatlah selongsong dari kertas dengan cara melilitkan kertas pada sekeliling tabung reaksi. Kemudian tabung reaksi yang masih terbungkus kertas diletakkan di tengah gelas kimia berukuran 400 ml dan ruang disekitar tabung reaksi diisi dengan isolator seperti wol.

2. Kemudian kain reaksi harus diangkat agar selongsong dan isolator tetap berada di dalam gelas kimia. Kemudian ke dalam tabung dimasukkan naftalena yang telah diketahui berat pastinya (+6 g).

3. Panaskan air dalam labu Erlenmeyer hingga suhu mencapai 90°C, kemudian panaskan tabung reaksi yang berisi naftalena dengan cara merendam tabung dalam air panas di dalam Erlenmeyer. Karena suhu air panas lebih tinggi dari titik beku naftalena, naftalena akan meleleh. Setelah semua naftalena meleleh, periksa apakah terdapat cukup untuk menutupi wadah air raksa pada termometer yang dicelupkan ke dalamnya. Kemudian masukkan tabung reaksi ke dalam gelas kimia yang berisi bahan isolasi dan mulailah menghitung waktu dengan stopwatch dan mengukur suhunya.

4. Aduk cairan Naphthalene secara hati-hati menggunakan termometer dan catat suhunya setiap 30 detik dengan ketelitian hingga 0,1°C dari pencatatan hingga kurva titik beku.

5. Timbang secukupnya (+ 0,001l g) sekitar 0,5 g difenilamina, tambahkan ke dalam tabung reaksi yang berisi naftalena, dan panaskan kembali tabung reaksi dalam air panas sampai semua naftalena meleleh. Ulangi pencatatan sepuluh suhu dan waktu seperti pada langkah 4 seperti diatas.

6. Ulangi langkah 5 dengan menambahkan lebih banyak difenilamin, namun usahakan jumlah X C1OH8 tidak melebihi 0,55 (untuk menghindari pembentukan eutektik). Penambahan difenilamin diulang sebanyak 4 kali, masing-masing ditimbang. 

V Hasil dan Pembahasan

Dari percobaan didapatkan hasil seperti data yang ada di bawah ini 

     Membuat Selongsong dari Kertas dan Menempatkan Tabung Reaksi berfungsi untuk mengurangi kehilangan panas ke lingkungan sekitarnya, sehingga proses pendinginan dapat berlangsung lebih terkendali. Ini penting untuk memastikan bahwa data yang diperoleh dari pengukuran waktu vs suhu akurat dan konsisten tanpa adanya fluktuasi suhu yang disebabkan oleh faktor eksternal.

Mengangkat Kain Reaksi dan Memasukkan Naftalen ke dalam Tabung Reaksi. Naftalen ditimbang dengan berat tertentu (+6 g) dan ditempatkan dalam tabung reaksi untuk meyakinkan bahwa percobaan dilakukan dengan massa yang konsisten. Hal ini bertujuan untuk menjaga keseragaman dalam percobaan, memastikan bahwa setiap variabel (selain konsentrasi difenilamin) tetap konstan, sehingga pengaruh penambahan difenilamin terhadap titik beku dapat diamati dengan jelas. Memanaskan Air dalam Erlenmeyer Hingga Suhu 90°C dan Mencairkan Naftalen, bertujuan untuk mencairkannya hingga seluruh zat tersebut mencapai keadaan cair. Suhu air yang tinggi digunakan untuk memastikan bahwa naftalen meleleh sepenuhnya sehingga proses pengamatan penurunan suhu bisa dimulai dari kondisi yang sama untuk setiap percobaan.

      Mengukur Suhu Setiap 30 Detik dengan Ketelitian 0,1°C  memungkinkan untuk memperoleh data yang cukup detail untuk menggambarkan kurva pendinginan. Ketelitian hingga 0,1°C penting untuk mengidentifikasi titik beku yang tepat serta memahami pola perubahan suhu (misalnya, fenomena lewat beku).

      Menambahkan Difenilamin Secukupnya (0,5 g) dan Mengulangi Pemanas bertujuan untuk mempelajari efek zat aditif ini terhadap titik beku naftalen. Setelah penambahan difenilamin, tabung reaksi dipanaskan lagi untuk memastikan bahwa difenilamin bercampur homogen dengan naphthalene yang mencair. Dengan mengulang pencatatan suhu dan waktu, dapat dibandingkan efek setiap penambahan difenilamin pada titik beku.

   Mengulangi Penambahan Difenilamin Sebanyak 4 Kali dengan Konsentrasi yang Berbeda. Setiap kali difenilamin ditambahkan dengan konsentrasi yang berbeda, percobaan ini bertujuan untuk mengamati efek perubahan konsentrasi difenilamin pada titik beku naphthalene. Dengan menjaga agar konsentrasi X C10H8 tidak melebihi 0,55, percobaan memastikan bahwa titik eutektik (di mana campuran mencapai titik beku terendah dan tidak lagi mengalami perubahan fase) tidak terbentuk. Hal ini penting agar percobaan tetap fokus pada penurunan titik beku dan bukan pada pembentukan senyawa atau campuran yang lebih kompleks.

         Naftalen Murni Sebagai kontrol atau standar untuk mengetahui titik beku asli dari naftalen tanpa adanya pengaruh zat terlarut. Naftalen murni memiliki titik beku yang relatif tetap dan tinggi karena tidak ada zat terlarut yang mengganggu proses kristalisasi. Difenilamin 1, 2, dan 3: Digunakan untuk melihat bagaimana variasi jumlah difenilamin (sebagai zat terlarut) memengaruhi depresiasi titik beku naftalen. Semakin banyak difenilamin yang ditambahkan, semakin besar pengaruhnya pada penurunan titik beku karena konsentrasi larutan bertambah.

        Setiap penambahan difenilamin menambah jumlah partikel dalam larutan, sehingga menurut teori efek koligatif, ini menyebabkan penurunan titik beku (fenomena depresiasi titik beku).

Hubungan Waktu vs Suhu Naftalen Murni Sebelum Penambahan Difenilamin

        Pada awal proses pendinginan, suhu naftalen turun secara bertahap seiring dengan waktu. Ketika suhu mencapai titik bekunya ~76°C, suhu tetap konstan selama beberapa waktu. Ini terjadi karena terjadi pelepasan energi laten kristalisasi saat naftalen berubah dari fase cair menjadi padat. Pada tahap ini, meskipun pendinginan terus berlangsung, suhunya tetap karena energi yang dilepaskan selama pembentukan kristal.

Setelah semua naftalen membeku, suhu akan turun lagi dengan cepat mengikuti penurunan lingkungan sekitar.

Fenomena ini mencerminkan bahwa pada titik beku, energi dilepaskan (energi laten fusi) tanpa perubahan suhu yang signifikan sampai seluruh zat telah membeku.

       Hubungan Waktu vs Suhu Setelah Penambahan Difenilamin

       Pada grafik yang menunjukkan hubungan antara suhu dan waktu setelah penambahan difenilamin:

Difenilamin 1 penambahan difenilamin pertama: Grafik menunjukkan penurunan suhu dari sekitar 76°C ke sekitar 70°C dalam waktu 300 detik. Suhu terus turun tanpa adanya plateau yang jelas seperti pada naftalen murni. Ini menandakan titik beku di mana penambahan difenilamin menurunkan titik beku naftalen.

Difenilamin 2:

Di sini, titik awal suhunya lebih rendah dari penambahan sebelumnya (sekitar 73°C) dan penurunan suhu mencapai sekitar 67°C. Penurunan titik beku lebih dalam dibandingkan Difenilamin 1 karena konsentrasi difenilamin lebih tinggi.

Difenilamin 3:

Penambahan difenilamin yang lebih banyak lagi menyebabkan suhu turun lebih jauh (dari 66°C ke sekitar 62°C), menandakan bahwa semakin banyak difenilamin yang ditambahkan, titik beku larutan akan semakin rendah.

Difenilamin 4.

       Fenomena ini dikenal sebagai depresiasi titik beku. Menurut efek koligatif, ketika suatu zat terlarut ditambahkan ke zat pelarut murni, jumlah molekul yang menghalangi pembentukan kristal semakin banyak. Ini menyebabkan zat pelarut membutuhkan suhu yang lebih rendah untuk membeku.

     Titik Beku Naftalen Murni

Dalam kondisi ideal, naftalen murni memiliki titik beku sekitar 80°C. Namun, dalam eksperimen, titik beku naftalen murni kamu dimulai pada sekitar 76°C, yang mungkin disebabkan oleh variasi eksperimental seperti: Tekanan atmosfer, tekanan udara yang berbeda bisa sedikit mempengaruhi suhu titik beku.Kemurnian zat, jikaa ada sedikit ketidakmurnian dalam sampel, ini dapat menurunkan titik beku secara alami.

      Titik Beku Setiap Penambahan Difenilamin Dari grafik, dapat dilihat bahwa setiap penambahan difenilamin menyebabkan penurunan titik beku. Data berikut diambil dari grafik:

Difenilamin 1: Titik beku turun ke sekitar 70°C.

Difenilamin 2: Titik beku turun ke sekitar 67°C.

Difenilamin 3: Titik beku turun lebih jauh lagi ke 63°C.

Semakin besar konsentrasi difenilamin yang ditambahkan, semakin rendah titik beku larutan. Ini karena penambahan lebih banyak difenilamin meningkatkan jumlah partikel dalam larutan, yang mengganggu proses pembekuan, sehingga titik beku harus lebih rendah. 

      Lewat beku adalah fenomena di mana zat cair dapat didinginkan di bawah titik bekunya tanpa segera membeku. Dalam percobaanmu, lewat beku dapat terlihat pada grafik sebagai penurunan suhu yang sedikit lebih rendah dari titik beku sebelum stabil. Ini terjadi karena molekul-molekul naftalen membutuhkan waktu untuk mulai membentuk kristal. Pada kondisi lewat beku, meskipun suhu sudah di bawah titik beku, molekul-molekul zat belum memiliki cukup waktu atau energi untuk mulai mengorganisir diri menjadi fase padat (kristal).

       Pengaruh Penambahan Difenilamin terhadap Titik Beku Naftalen

Difenilamin bertindak sebagai zat terlarut dalam naftalen. Setiap kali difenilamin ditambahkan, jumlah partikel dalam larutan meningkat, yang menyebabkan penurunan titik beku. Fenomena ini sesuai dengan depresiasi titik beku, di mana titik beku larutan lebih rendah dibandingkan zat pelarut murni.  Penambahan difenilamin mencegah molekul-molekul naftalen menyatu dengan cepat untuk membentuk kristal, sehingga larutan membutuhkan suhu yang lebih rendah untuk mencapai kondisi padat.

    Penjelasan Hukum van’t Hoff

Hukum van't Hoff menyatakan bahwa besarnya penurunan titik beku (ΔTf) berbanding lurus dengan molalitas (m) zat terlarut dalam larutan.  semakin tinggi konsentrasi difenilamin, semakin besar penurunan titik beku yang terlihat dalam grafik. Hukum ini menjelaskan hubungan antara jumlah zat terlarut (difenilamin) dan penurunan titik beku yang kamu amatiamati(Atkins dan Paula, 2010).

       Cairan Murni (Naftalen Murni): Kurva pendinginan akan menunjukkan plateau pada titik beku, di mana suhu tetap selama proses perubahan fase (pembekuan) berlangsung. Setelah seluruh zat murni membeku, suhu mulai turun lagi. Larutan (Naftalen + Difenilamin): Kurva tidak memiliki plateau yang jelas karena depresiasi titik beku dan adanya zat terlarut yang mengganggu pembentukan kristal. Suhu terus menurun lebih cepat tanpa stabil di satu titik.

Naftalen: Zat hidrokarbon aromatik dengan sifat padat pada suhu ruang. Digunakan dalam percobaan ini karena memiliki titik beku yang tinggi dan mudah diukur.

Difenilamin: Senyawa aromatik yang digunakan sebagai zat terlarut dalam eksperimen ini untuk menunjukkan efek koligatif, terutama depresiasi titik beku. Zat ini ditambahkan ke naftalen untuk memodifikasi sifat pembekuan naftalen.

                    DAFTAR PUSTAKA

 Majikes, J. M., M. Zwolak dan J. A Liddle.                   2022. "Best Practice for Improved                     Accuracy : A Critical Reassessment of               Van't Hoff Analysis of Melt Curves".                   Biophysical Journal. Vol. 121(11):                     1986-2001.

Nurhadi, M. 2021. Gas dan Termodinamika.                 Malang: Media Nusa Creative.

Atkins, P., & de Paula, J. (2010). Atkins'                         Physical Chemistry (9th ed.). Oxford                 University Press.