Laporan Kimia Fisika Kalorimeter

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1  Latar belakang

Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi, maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor atau energi panas. Pertukaran energi kalor merupakan dasar teknik yang dikenal dengan nama kalorimetri, yang merupakan pengukuran kuantitatif dari pertukaran kalor.

Kalorimetri adalah pengukuran kalor yang menggunakan alat kalorimeter. Kalorimeter ada dua jenis yaitu kalorimeter bom dan kalorimeter sederhana. Yang mendasari percobaan kalorimeter ini adalah teori asas Black.

Oleh karena itu dilakukan percobaan tentang tetapan kalorimetri agar dapat mempelajari tentang kalor atau pengukuran energi panas serta mengetahui sifat-sifat dari kalorimeter.

1.2  Tujuan

-        Mengetahui fungsi dari kalorimeter

-        Mengetahui hubungan asas Black terhadap percobaan

-        Mengetahui nilai Cp dari kalorimeter

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

            Energi mekanik akibat gerakan partikel materi dan dapat dipindah dari satu tempat ke tempat lain disebut kalor.

            Pengukuran jumlah kalor reaksi yang diserap atau dilepaskan pada suatu reaksi kimia dengan eksperimen disebut kalorimetri. Dengan menggunakan hukum Hess, kalor reaksi suatu reaksi kimia dapat ditentukan berdasarkan data perubahan entalpi pembentukan standar, energi ikatan dan secara eksperimen. Proses dalam kalorimetri berlangsung secara adiabatik, yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar ke dalam kalorimeter.

            Kalor yag dibutuhkan untuk menaikan suhu kalorimeter sebesar 10^oC pada air dengan massa 1 gram disebut tetapan kalorimetri.

Dalam proses ini berlaku azas Black, yaitu:

Q_lepas=Q_terima

        Q_{air panas}= Q_{air dingin}+ Q_kalorimetri

                                  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.

            Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan jumlah kalor yang dipindahkan ke sistem (Keenan, 1980).

            Hukum kedua termodinamika yaitu membahas tentang reaksi spontan dan tidak spontan. Proses spontan yaitu reaksi yang berlangsung tanpa pengaruh luar. Sedangkan reaksi tidak spontan tidak terjadi tanpa bantuan luar.

            Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa entropi dari Kristal sempurna murni pada suhu nol mutlak ialah nol. Kristal sempurna murni pada suhu nol mutlak menunjukan keteraturan tertinggi yang dimungkinkan dalam sistem termodinamika. Jika suhu ditingkatkan sedikit di atas 0 K, entropi meningkat. Entropi mutlak selalu mempunyai nilai positif.

            Kalor reaksi dapat diperoleh dari hubungan maka zat (m), kalor jenis zat (c) dan perubahan suhu (ΔT), yang dinyatakan dengan persamaan berikut

q = m.c.ΔT 

Keterangan:

q= jumlah kalor (Joule)

           m= massa zat (gram)

         ΔT= perubahan suhu (t_akhir-t_awal)

C= kalor jenis

            Kalorimeter adalah jenis zat dalam pengukuran panas dari reaksi kimia atau perubahan fisik. Kalorimetri termasuk penggunaan kalorimeter. Kata kalormetri berasal dari bahasa latin yaitu calor, yang berarti panas. Kalorimetri tidak langsung (indirect calorimetry) menghitung panas pada makhluk hidup yang memproduksi karbon dioksida dan buangan nitrogen (ammonia, untuk organisme perairan, urea, untuk organisme darat) atau konsumsi oksigen. Lavoisier (1780) menyatakan bahwa produksi panas dapat diperkirakan dari konsumsi oksigen dengan menggunakan regresi acak. Hal ini membenarkan teori energi dinamik. Pengeluaran panas oleh makhluk hidup ditempatkan di dalam kalorimeter untuk dilakukan langsung, di mana makhluk hidup ditempatkan di dalam 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 yang disebut dengan panas dan kalorimetri mengukur perubahan suatu tersebut. Bersamaan dengan kapasitas dengan kapasitas  panasnya, untuk menghitung perpindahan panas.

            Kalor adalah berbentuk energi yang menyebabkan suatu zat memiliki suhu. Jika zat menerima kalor, maka zat itu akan mengalami suhu hingga tingkat tertentu sehingga zat tersebut akan mengalami perubahan wujud, seperti perubahan wujud dari padat menjadi cair. Sebaliknya jika suatu zat mengalami perubahan wujud dari cair menjadi padat maka zat tersebut akan melepaskan sejumlah kalor. Dalam Sistem Internasional (SI) satuan untuk kalor dinyatakan dalam satuan kalori (kal), kilokalori (kkal), atau joule (J) dan kilojoule (kj).

1 kilokalori= 1000 kalori

1 kilojoule= 1000 joule

1 kalori   = 4,18 joule

1 kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik sebesar 1^oC atau 1K. jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1^oC atau 1K dari 1 gram zat disebut kalor jenis Q=m.c. ΔT, satuan untuk kalor jenis adalah joule pergram perderajat Celcius (Jg^-1oC^-1) atau joule pergram per Kelvin (Jg^-1oK^-1) (Petrucci, 1987).

            Pengukuran kalorimetri suatu reaksi dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut kalorimeter. Ada beberapa jenis kalorimeter seperti: kalorimeter termos, kalorimeter bom, kalorimeter thienman, dan lain-lain. Kalorimeter yang lebih sederhana dapat dibuat dari sebuah bejana plastik yang ditutup rapat sehingga bejana ini merupakan sistim yang terisolasi.

Cara kerjanya adalah sebagai berikut:

Sebelum zat-zat pereaksi direaksikan di dalam kalorimeter, terlebih dahulu suhunya diukur, dan usahakan agar masing-masing pereaksi ini memiliki suhu yang sama. Setelah suhunya diukur kedua larutan tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter sambil diaduk agar zat-zat bereaksi dengan baik, kemudian suhu akhir diukur.

Jika reaksi dalam kalorimeter berlangsung secara eksoterm maka kalor yang timbul akan dibebaskan ke dalam larutan itu sehingga suhu larutan akan naik, dan jika reaksi dalam kalorimeter berlangsung secara endoterm maka reaksi itu akan menyerap kalor dari larutan itu sendiri, sehingga suhu larutan akan turun. Besarnya kalor yang diserap atau dibebaskan reaksi itu adalah sebanding dengan perubahan suhu dan massa larutan jadi,

Q_reaksi= m_larutan. C_larutan. ΔT

            Kalorimetri yang lebih teliti adalah yang lebih terisolasi serta memperhitungkan kalor yang diserap oleh perangkat kalorimeter (wadah, pengaduk, termometer). Jumlah kalor yang diserap/dibebaskan kalorimeter dapat ditentukan jika kapasiatas kalor dari kalorimeter diketahui. Dalam hal ini jumlah kalor yang dibebaskan /diserap oleh reaksi sama dengan jumlah kalor yang diserap/dibebaskan oleh kalorimeter ditambah dengan jumlah kalor yang diserap/dibebaskan oleh larutan di dalam kalorimeter. Oleh karena energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan, maka

Q_reaksi= (-Q_kalorimeter- Q_larutan)

Kalorimeter sederhana

            Pengukuran kalor reaksi, setara kalor reaksi pembakaran dapat dilakukan dengan menggunakan kalorimeter pada tekanan tetap yaitu dengan kalorimeter sederhana yang dibuat dan gelas stirofoam. Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor reaksi yang reaksinya berlangsung dalam fase larutan (misalnya reaksi netralisasi asam-basa/netralisasi, pelarutan dan pengendapan) (Syukri, 1999).

BAB 3

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan bahan

3.1.1 Alat-alat

-        Termometer 0-50^oC

-        Gelas ukur 50 ml

-        Stopwatch

-        Pipet gondok

-        Pembakar gas atau sumber panas listrik

-        Gelas piala

-        Kalorimeter

3.1.2 Bahan-bahan

-        Air (H₂O)

-        Sabun cair

-        Bahan isolasi

-        Tissue

3.2 Prosedur percobaan

-        Dipersiapkan alat dan bahan yang alan digunakan pada percobaan kali ini

-        Dipasang alat seperti termometer dan pengaduk pada kalorimeter

-        Diukur 50 ml air dengan menggunakan gelas ukur

-        Dimasukkan air ke dalam kalorimeter

-        Diaduk dan dicatat suhu air dalam kalorimeter setiap 30 detik hingga menit ke-4

-        Dimasukkan air panas tepat pada menit ke-4 sebanyak 50 ml dengan suhu yang telah diketahui yaitu minimum 35^oC dan maksimal 45^oC

-        Dicatat suhu air dalam kalorimeter tiap 30 detik sampai menit ke delapan sambil terus diaduk

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil pengamatan

Waktu, menit	Suhu, oC	Waktu, menit	Suhu, oC
0	28	4,5	36
0,5	29	5,0	36
1,0	29	5,5	36
1,5	29	6,0	36
2,0	29	6,5	35
2,5	29	7,0	35
3,0	29	7,5	35
3,5	29	8,0	35
4,0	Penambahan air panas

4.2 Perhitungan

4.3 Pembahasan

            Pertukaran energi kalor merupakan dasar teknik yang dikenal dengan nama kalorimetri, yang merupakan pengukuran kuantitatif dari pertukaran kalor. Kalorimetri adalah pengukuran kalor yang menggunakan alat kalorimeter. 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.

            Prinsip dari kalorimeter adalah memanfaatkan perubahan fase dari sifat fisik suatu zat untuk membandingkan kapasitas penerimaan kalor dari zat-zat yang berbeda.

            Prinsip pengukuran pada percobaan ini disebut kalorimetri. Alat pengukur kalor jenis zat berdasarkan prinsip kalorimetri disebut kalorimeter. Pengukuran kalor jenis dengan kalorimeter didasarkan pada asas Black.

            Teori yang dikemukakan oleh Joseph Black atau lebih dikenal dengan azas Balck. Yaitu, apabila dua benda yang suhunya berbeda dan dicampur, maka benda yang lebih panas melepas kalor kepada benda yang lebih dingin sampai suhu keduanya sama. Banyaknya kalor yang dilepas benda yang lebih panas sama dengan banyaknya kalor yang diterima benda yang lebih dingin. Sebuah benda untuk menurunkan ΔT akan melepaskan kalor yang sama besarnya dengan banyaknya kalor yang dibutuhkan benda itu untuk menaikkan suhunya sebesar  ΔT juga. Teorinya adalah Q_lepas=Q_terima, m₁ c₁ (T1-Ta)= m₂ c₂ (Ta-T2)

            Ada beberapa jenis kalorimeter. Pertama adalah kalorimeter bom. Merupakan kalorimeter yang khusus digunakan untuk menentukan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bom (tempat berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat dari bahan stainless steel dan diisi dengan gas oksigen pada tekanan tinggi) dan sejumlah air yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas. Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom, akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air dan bom. Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka:  Q_reaksi= (-Q_air+ Q_bom)

Jumlah kalor yang diserap oleh air dapat dihitung dengan rumus Q_air= m.Cp.ΔT. jumlah kalor yang diserap oelh bom dapat dihitung dengan rumus Q_bom= C_bom.ΔT. reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada volume tetap (ΔV=nol). Oleh karena itu, perubahan kalor yang terjadi di dalam sistem= perubahan energi dalamnya. Fungsi dari kalorimeter bom adalah untuk menentukan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran.

            Jenis kedua adalah kalorimeter sederhana. Pengukuran kalor reaksi, selain kalor reaksi pembakaran dapat dilakukan dengan menggunakan kalorimeter sederhana yang dibuat dari gelas stirofoam. Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor reaksi yang reaksinya berlangsung dalam fase larutan (misalnya reaksi netralisasi asam-basa/netralisasi, pelarutan dan pengendapan). Pada kalorimeter ini, kalor reaksi = jumlah kalor yang diserap/dilepaskan larutan sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan diabaikan. Q_reaksi= -( Q_larutan+ Q_kalorimeter). Q_kalorimeter.C_kalorimeter.ΔT. dengan: C_kalorimeter= kapasitas kalor kalorimeter (J/^oC) atau (J/K). jika harga kapasitas kalor kalorimeter sangat kecil, maka dapat diabaikan sehingga perubahan kalor dapat dianggap hanya berakibat pada kenaikan suhu larutan dalam kalorimeter. Pada kalorimeter ini, reaksi berlangsung pada tekana  tetap (Δp=nol) sehingga perubahan kalor yang terjadi dalam sistem=perubahan entalpinya. Fungsi dari kalorimeter sederhana adalah dalam pengukuran kalor reaksi.

            Pada percobaan tetapan kalorimeter dengan Tap=44^oC. setelah dihitung didapatkan Tad=28,875^oC dan Tt=35,5^oC. massa air yang dihitung didapatkan hasil 50 gram. Jumlah kalor yang diserap air dingin didapatkan hasil 1383,63 J. Jumlah kalor yang dilepas air panas 1776,5 J. Jumlah kalor yang diserap kalorimeter 391,87 J. Dan tetapan kalorimeter didapatkan hasil 59,2 J/^oC. Pada tabel pengamatan hasil percobaan dapat dilihat bahwa suhu dari menit ke menit yang dicatat setiap 30 detik itu tidak berubah suhunya, ini membuktikan sifat kalorimeter yaitu menjaga suhu, dan tidak ada pengaruh dari lingkungan.

            Sifat-sifat kalorimeter adalah menjaga suhu suatu zat dan tidak terpengaruh oleh lingkungan, sifatnya dalam proses adalah secara adiabatic yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar ke dalam kalorimeter. Berdasarkan azas Black yaitu kalor yang diterima oleh kalorimeter sama dengan kalor yang diberikan oleh zat yang dicari kalor jenisnya.

            Terdapat beberapa fungsi perlakuan yaitu pengadukan secara terus-menerus, bukan untuk menaikkan suhu zat dalam kalorimeter, melainkan agar penyebaran kalor dapat merata pada kalorimeter. Pemanasan H₂O berfungsi untuk membandingkan suhu air panas dan suhu air dingin di dalam kalorimeter. Pencampuran dan pengukuran berfungsi untuk membuktikan fungsi kalorimeter yaitu dapat menjaga/mempertahankan kalor.

            Energi yang diterima air dingin tidak sam dengan yang dilepas oleh air panas. Ini dikarenakan sifat dari kalorimeter yang dapat menyerap kalor sehingga tidak semuanya kalor dapat diterima oleh air dingin.

            Menghitung kapasitas panas kalorimeter yaitu dengan menggunakan 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)

Dengan menggunakan rumus ini maka akan dapat dihitung kapasitas panasnya.

            Dapat dilihat dari grafik tetapan kalorimeter yaitu pada suhu 29^oC yaitu pada waktu 0,5 sampai 3,5. Kemudian pada suhu 36^oC pada waktu 4,5 sampai 6,0 menurun menjadi 35^oC pada waktu 6,5 sampai 8,0.

4.3       Grafik

BAB 5

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

-        Kalorimeter berfungsi dalam pengukuran panas secara kuantitatif yang masuk selama proses kimia.

-        Dalam kalorimeter hubungan asas Black terhadap kalorimeter yaitu kalor pada sistem arah konstan apabila sistem terisolasi sehingga Q masuk sama dengan Q keluar.

-        Dalam percobaan didapat nilai kapasitas panas kalorimeter adalah 55,73 J/^oC

5.2 Saran

            Sebaiknya di dalam percobaan ini menggunakan suhu yang berbeda-beda agar praktikan lebih memahami tetntang sifat dari kalorimeter.

DAFTAR PUSTAKA

Keenan. 1980. Kimia untuk Universitas Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Petrucci, Ralph H. 1987. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern Jilid 2 Edisi 4. Jakarta: Erlangga.

Syukri, S. 1999. Kimia Dasar 1. Bandung: ITB.