Miracle of Words: November 2012

PEDOMAN PRAKTIKUM

KALORIMETER

I. Tujuan

Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan dan diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari satu bentuk energi kebentuk energi yang lain. Di alam ini banyak terdapat jenis energi, antra lain : energi kimia, energi listrik, energi kalor, energi potensial gravitasi, energi kinetik dan lain-lain. Pada percobaan kali ini akan dilakukan pengkonversian energi dari energi listrik menjadi energi panas dengan menggunakan kalorimeter. Dalam peristiwa tersebut dapat ditentukan nilai kesetaraan antara energi listtrik dengan energi kalor.

Setelah melakukan percobaan, mahasiswa diharapkan mampu

1. Menentukan besarnya energi listrik yang dilepaskan dalam kalorimeter.

2. Menentukan besarnya energi kalor yang diterima kalorimeter

3. Menentukan nilai kesetaraan kalor-listrik

II. Dasar Teori

Energi mekanik akibat gerakan partikel materi dan dapat dipindah dari satu tempat ke tempat lain disebut kalor. (Syukri S, 1999).

Pengukuran jumlah kalor reaksi yang diserap atau dilepaskan pada suatu reaksi kimia dengan eksperimen disebut kalorimetri. Sedangkan alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan adalah kalorimeter. Dengan menggunakan hukum Hess, kalor reaksi suatu reaksi kimia dapat ditentukan berdasarkan data perubahan entalpi pembentukan standar, energi ikatan dan secara eksperimen. Proses dalam kalorimeter berlangsung secara adiabatik, yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar ke dalam kalorimeter. (Petrucci,1987)

Jumlah kalor yang diserap oleh kalorimeter untuk menaikkan temperaturnya sebesar 1 derajat C disebut tetapan kalorimeter. Dalam hhal ini jumlah kalor yang dibebaskan atau diserap oleh reaksi sama dengan jumlah kalor yang diserap atau dibebaskan oleh kalorimeter ditambah dengan jumlah kalor yang diserap atau dibebaskan oleh laruutan dalam kalorimeter. Oleh karena itu energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. (Purba, 2003)

Dalam proses ini berlaku azas Black yaitu:

q lepas = q terima

q air panas = q air dingin + q kalorimeter

m1 c (Tp – Tc) = m2 c (Tc – Td) + C(Tc – Td)

keterangan:
m1 = massa air panas

m2 = massa air dingin
c = kalor jenis air
C = kapasitas kalorimeter
Tp = suhu air panas
Tc = suhu air campuran
Td = suhu air dingin

Sedang hubungan kuantitatif antara kalor dan bentuk lain energi disebut termodinamika. Termodinamika dapat didefinisikan sebagai cabang kimia yang menangani hubungan kalor, kerja, dan bentuk lain energi dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia dan dalam perubahan keadaan. (Keenan, 1980)

Hukum kekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan dan diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari suatu bentuk energi kebentuk energi yang lain. Misalnya pada peristiwa gesekan energi mekanik berubah menjadi panas. Pada mesin uap panas diubah menjadi energi mekanik. Demikian pula energi listrik dapat diubah menjadi panas atau sebaliknya. Sehingga dikenal adanya kesetaraan antara panas dengan energi mekanik/listrik, secara kuantitatif hal ini dinyatakan dengan angka kesetaraan panas-energi listrik/mekanik. Kesetaraan panas-energi mekanik pertama kali diukur oleh Joule dengan mengambil energi mekanik benda jatuh untuk mengaduk air dalam kalorimeter sehingga air menjadi panas. Energi listrik dapat diubah menjadi panas dengan cara mengalirkan arus listrik pada suatu kawat tahanan yang tercelup dalam air yang berada dalam kalorimeter.

Energi listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya adalah:

W = v.i.t

Keterangan:
W = energi listrik (joule)
v = tegangan listrik (volt)
i = arus listrik (ampere)
t = lama aliran listrik (sekon)

Kalor adalah suatu bentuk energi yang berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah ketika benda itu saling berhubungan. Benda yang menerima kalor, suhunya akan naik sedangkan benda yang melepas kalor, suhunya akan turun. Besarnya kalor yang diserap atau dilepas oleh suatu benda berbanding lurus dengan:

1. Massa benda
2. Kalor jenis benda
3. Perubahan suhu
Jadi besarnya kalor dapat dirumuskan:

Dalam satuan SI, kalor adalah joule. Satuan kalor yang lain adalah kalori.

Kesetaraan joule dan kalori adalah sebagai berikut:

1 joule = 0,24 kalori

1 kalori = 4,184 joule

Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 derajat C air murni yang massanya 1 gram. Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan 1 kg zat sebesar 1K atau 1 derajat C.

Hukum kekalan energi kalor (azas black) menyatakan bahwa “Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat bersuhu tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat bersuhu rendah.”

Atau dapat dirumuskan:

Q lepas = Q terima

Maka energi listrik yang dilepaskan akan diterima oleh air dalam kalorimeter dan kalorimeter itu sendiri, sehingga akan terjadi perubahan panas pada air dan kalorimeter. Adapun besarnya nilai kesetaraan kalor listrik dapat dinyatakan dengan persamaan:

Kapasitas Kalor (C) adalah yaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu suatu benda sebesar 1K atau 1 C. Dirumuskan dengan:

C = m . c

atau

Kalorimetri

Kalorimetri adalah ilmu dalam pengukuran panas dari reaksi kimia atau perubahan fisik. Kalorimetri termasuk penggunaan kalorimeter. Kata kalorimetri berasal dari bahasa Latin yaitu calor, yang berarti panas.

Kalorimetri tidak langsung (indirect calorimetry) menghitung panas pada makhluk hidup yang memproduksi karbondioksida dan buangan nitrogen (ammonia, untuk organisme perairan, urea, untuk organisme darat) atau konsumsi oksigen. Lavosier (1780) mengatakan bahwa produksi panas dapat diperkirakan dari konsumsi oksigen dengan menggunakan regresi acak. Hal itu membenarkan teori energi dinamik. Pengeluaran panas oleh makhluk hidup juga dapat dihitung oleh perhitungan kalorimetri langsung (direct calorymetry), dimana makhluk hidup ditempatkan didalam kalorimeter untuk dilakukan pengukuran. Jika benda atau sistem diisolasi dari alam, maka temperatur harus tetap konstan. Jika energi masuk atau keluar, temperatur akan berubah. Energi akan berpindah dari satu tempat ke tempat lainnya yang disebut dengan panas dan kalorimetri mengukur perubahan suhu tersebut, bersamaan dengan kapasitas panasnya, untuk menghitung perpindahan panas. Kalorimetri adalah pengukuran panas secara kuantitatif yang masuk selama proses kimia. Kalorimeter adalah alat untuk mengukur panas dari reaksi yang dikeluarkan. Berikut adalah gambar kalorimeter yang kompleks dan yang sederhana. Kalorimetri adalah pengukuran kuantitas perubahan

panas. Sebagai contoh, jika energi dari reaksi kimia eksotermal diserap air, perubahan suhu dalam air akan mengukur jumlah panas yang ditambahkan. Kalorimeter digunakan untuk menghitung energi dari makanan dengan membakar makanan dalam atmosfer dan mengukur jumlah energi yang meningkat dalam suhu kalorimeter.Bahan yang masuk kedalam kalorimetri digambarkan sebagai volume air, sumber panas yang dicirikan sebagai massa air dan wadah atau kalorimeter dengan massanya dan panas spesifik. Keseimbangan panas diasumsikan setelah percobaan perubahan suhu digunakan untuk menghitung energi tercapai.

Jenis Kalorimeter

Berdasarkan jenisnya, kalorimeter dibedakan menjadi:

1. Kalorimeter bom

Kalorimeter bom adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O2 berlebih) suatu senyawa, bahan makanan, bahan bakar. Sejumlah sampel ditempatkan pada tabung beroksigen yang tercelup dalam medium penyerap kalor (kalorimeter), dan sampel akan terbakar oleh api listrik dari kawat logam terpasang dalam tabung. Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka :

Jumlah kalor yang diserap oleh air dapat dihitung dengan rumus :

dengan :

Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat dihitung dengan rumus :

q bom = C bom x DT

dengan :

Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada volume tetap ( DV = nol ). Oleh karena itu, perubahan kalor yang terjadi di dalam sistem sama dengan perubahan energi dalamnya.

DE = q + w dimana w = - P. DV ( jika DV = nol maka w = nol )

Maka,

DE = qv

2. Kalorimeter larutan

Kalorimeter larutan adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat pada reaksi kimia dalam sistem larutan misalnya reaksi netralisasi asam – basa / netralisasi, pelarutan dan pengendapan.

Pada dasarnya, kalor yang dibebaskan/diserap menyebabkan perubahan suhu pada kalorimeter. Berdasarkan perubahan suhu per kuantitas pereaksi kemudian dihitung kalor reaksi dari reaksi sistem larutan tersebut. Kini kalorimeter larutan dengan ketelitian cukup tinggi dapat diperoleh dipasaran. Pada kalorimeter ini, kalor reaksi sama dengan jumlah kalor yang diserap / dilepaskan larutan sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan; diabaikan.

dengan :

Jika harga kapasitas kalor kalorimeter sangat kecil maka dapat diabaikan sehingga perubahan kalor dapat dianggap hanya berakibat pada kenaikan suhu larutan dalam kalorimeter.

dengan :

Pada kalorimeter ini, reaksi berlangsung pada tekanan tetap (DP = nol ) sehingga perubahan kalor yang terjadi dalam sistem sama dengan perubahan entalpinya.DH.