Makalah Tentang Kalorimeteri

KALOR

1           Kalorimeter

I.     Tujuan Percobaan

1. Dapat menentukan nilai air (Na ).

2. Dapat menentukan kalor lebur es.

3. Dapat menentukan panas jenis berbagai logam dan kaca.

II.     Peralatan

1. Kalorimeter

2. Termometer

3. Pemanas (Heater)

4. Es dan keping logam serta kaca

5. Beaker glass

6. Timbangan

III. Teori

Percobaan ini didasarkan pada pemakaian azaz Black. Jika dua benda yang temperaturnya berlainan saling disentuhkan, maka akan terjadi perpindahan kalor dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Maka pada keadaan setimbang berlakulah :

                                                                                                            

KALOR YANG DILEPASKAN = KALOR YANG DITERIMA

( Qlepas = Qserap )

Yang berbunyi “Kalor yang dilepas oleh benda panas = Kalor yang diterima oleh benda dingin”.

Jenis-Jenis Kalorimeter

1.      Kalorimeter bom

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 x c x ∆T

dengan :

                m = massa air dalam kalorimeter ( g )

               c = kalor jenis air dalam kalorimeter (J / g.^oC ) atau ( J / g. K )

              ∆T = perubahan suhu ( ^oC atau K )

Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat dihitung dengan rumus :

q_bom = C_bom x ∆T

dengan :

                C_bom = kapasitas kalor bom ( J / ^oC ) atau ( J / K )

               ∆T = perubahan suhu ( ^oC atau K )

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

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

Maka:

DE = q_v

2.      Kalorimeter Sederhana

Pengukuran kalor reaksi selain kalor reaksi pembakaran dapat dilakukan dengan menggunakan kalorimeter pada tekanan tetap yaitu dengan 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 x ∆T

dengan :

C_kalorimeter = kapasitas kalor kalorimeter ( J / ^oC ) atau ( J / K )

∆T = perubahan suhu ( ^oC atau K )

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

q_reaksi = – q_larutan

q_larutan = m x c x ∆T

dengan :

        m = massa larutan dalam kalorimeter ( g )

                    c = kalor jenis larutan dalam kalorimeter (J / g.^oC ) atau ( J / g. K )

                   ∆T = perubahan suhu ( ^oC atau K )

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

DH  = q_p
Suatu benda yang mempunyai suhu lebih tinggi dari fluida bila dicelupkan kedalam  fluida, maka benda tersebut akan melepaskan kalor yang akan diserap oleh fluida hingga tercapai keadaan seimbang (suhu benda = suhu fluida).
Fenomena diatas sesuai dengan azas black yang menyatakan bahwa jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda sama dengan jumlah kalor yang diserap fluida.

Jika diukur panas jenis benda padat berupa logam dengan menggunakan kalorimeter. mula-mula benda dapat dipanaskan dalam gelas kimia sehingga diasumsikan bahwa tempratur benda sama dengan tempratur uap . Titik didih air tergantung pada tekanan udara dan kemudian menentukan titik didih air berdasarkan tabel yang ada.
massa jenis benda padat dapat dihitung menggunakan persamaan :

mb . Cb . ( tb-t2 ) = ( ma . Ca + H ) ( t2 – t1 )

Dimana :

• mb     = massa benda

• Cb     = panas jenis benda

• tb     = temperatur benda mula-mula (setelah dipanaskan)

• t1     = temperatur air mula-mula

• t2     = temperatur kalorimeter saat keadaan seimbang

• ma     = massa air

• H     = harga air kalorimeter

Adapun untuk menentukan massa air mula-mula (Mam) dan massa air setelah dipanaskan  (Map) adalah sebagai berikut :
Mam : (Massa kalorimeter + pengaduk + air) – (massa kalorimeter + pengaduk)
Map  : (Massa gelas beker + air) – (massa gelas beker)

Untuk menentukan harga air kalorimeter (H) dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut
H = m_{b  .} C_b (t_b – t₂) = m_a . C_b (t₂ – t_b)

                             (t₂  –  t₁)

Keterangan :

• mb    = massa benda (kg)
• Cb    = panas jenis benda (J/kg.°K)
• tb    = suhu setelah dipanaskan (°K)
• t2    = suhu saat setimbang (°K)
• ma    = masa benda mula-mula (kg)
• t1    = suhu mula-mula (°K)
• H    = Harga air kalorimeter
• c    = 4200 J/kg.k

Didapatkan bahwa kalor merupakan bentuk energi yaitu energi panas. oleh karena itu pada kalor berlaku hukum setelah energi jika dua buah benda yang suhunya barlainan hukum kekelan energi jika dua buah benda yang suhunya berlainan disentukan atau dicampur, benda yang bersuhu tinggi akan melepaskan kalor dan benda yang bersuhu rendah akan menyerap kalor. banyaknya kalor yang dilepas sama dengan banyaknya kalor yang diserap. pernyataan ini sesuai dengan pernyataan/azas blask yang menyatakan: Q  lepas = Q terima.

Dimana kalor jenis merupakan perbandingan diantara kapasitas panas dengan massa benda =  c = Q/(M .  ∆t)Dimana c  adalah kalor jenis, Q adalah jumlah kalor, adalah massa benda dan ∆t adalah perubahan suhu perubahan suhu ini dapat dicari dengan t2 – t1. Dimana suhu saat setimbang kurang dengan suhu mula – mula, kalor jenis zat disebut dengan kalorimeter.

Semakin tinggi suatu benda maka semakin rendah massa benda. kapasitas kalor juga disebut harga air (H) atau di sebut juga harga air kalorimeter. harga air kalorimeter dapat ditentukan dengan persamaan rumus yang di dapat melalui persamaan azas black yaitu :
Q lepas = Q trima
mb  . Cb (tb – t2) = (ma . Ca  + H) (t2 – t1)
ma  . Ca + H = mb . Cb (tb – t2)
(t2  –  t1)
H = mb  . Cb (tb – t2)  –  ma . Cb
(t2  –  t1)
H = mb  . Cb (tb – t2)  –  ma . Cb  (t2  –  t1)
(t2  –  t1)

IV.  Cara Kerja

A. Menentukan nilai air kalorimeter.

1. Timbanglah kalorimeter kosong dan pengaduknya (Mk ).

2. Isi dengan air kira-kira 1/4 bagian, lalu timbang lagi (Mk+a ).

3. Catat temperatur kalorimeter (ta).

4. Didihkan air dalam beaker glass, catat temperatur air mendidih (tap ).

5. Tambahkan air mendidih kedalam kalorimeter sampai jumlah air 3/4 bagian.

6. Aduk-aduk dan perhatikan kenaikan temperaturnya. Catat temperatur pada saat setimbang (saat      temperatur tidak naik lagi) (ts )

7. Timbang kembali seluruhnya. (M k+a+p ) = Mtotal

B. Menentukan kalor lebur es.

1. Timbanglah kalorimeter kosong dan pengaduknya (Mk ).

2. Isi dengan air kira-kira 1/4 bagian, lalu timbang lagi. (Mk+a ).

3. Catat temperatur kalorimeter (ta ).

4. Catat pula temperatur es (tes ).

5. Masukan es secukupnya kedalam kalorimeter, tutup yang rapat lalu aduk-aduk.

6. Perhatikan penurunan temperatur, catat temperatur setimbang (ts ).

7. Timbang kembali seluruhnya ( Mtotal ).

8. Ulangi lagi percobaan B ini.

C. Menentukan panas jenis logam.

1. Timbanglah kalorimeter kosong dan pengaduknya (Mk ).

2. Isi dengan air kira-kira 1/8 bagian, lalu timbang lagi (Mk+a ). Catat temperatur kalorimeter (ta ).

3. Masukkan keping-keping logam ke tabung pemanas. Masukkan tabung pemanas ini kedalam beaker glass yang berisi air mendidih.Catat temperatur keping pada saat temperatur tidak naik lagi (tl).

4. Masukkan keping-keping logam panas ini kedalam kalorimeter. Aduk-aduk dan catat temperatur kesetimbangan (ts ).

5. Timbang kembali seluruhnya (Mtotal ).

6. Ulangi lagi percobaan C ini untuk bahan yang lain.

V. Tugas Pendahuluan

1. Jelaskan bunyi Azas Black beserta rumus-rumus yang dipakainya .

2. Berapa nilai titik didih dan titik beku pada termometer : Celcius, Reamur, Fahrendhait dan Kelvin .

3. Sebutkan macam-macam perpindahan panas serta berikan rumusnya masing-masing dan contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari .

4. Jelaskan fungsi dari dari :

    a. Kalorimater

    b. Heater

    c. Termometer

5. Jelaskan perbedaan antara kalor lebur es dan kalor jenis zat padat !

6. Pada nilai berapa skala pada Celcius dan Fahrenheit menunjukkan angka yang sama.

Jawaban

1. “Jumlah kalor yang dilepas oleh materi yang bersuhu lebih tinggi akan sama dengan   jumlah kalor      yang diterima oleh materi yang suhunya lebih rendah”  bisa juga disederhanakan  Kalor yang dilepas akan sama dengan kalor yang diterima.

Rumus Azas Black

Keterangan :
m₂ = masa materi yang suhunya lebih tinggi
c₂    = kalor jenis materi yang suhunya lebih tinggi
m₁ = masa materi yang suhunya lebih rendah
c_{1    = kalor jenis materi yang suhunya lebih rendah}
T₂ = suhu yang lebih tinggi
_T1  = suhu yang lebih rendah
_Ta = suhu akhir / suhu campuran

2.

1. Termometer Skala Celcius

Skala Celcius merupakan skala yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Skala ini ditetapkan oleh seorang ahli fisika berkebangsaan Swedia bernama Anders Celcius (1701 – 1744). Ia menetapkan titik beku air sama dengan 0 derajat sebagai titik tetap bahwa, dan titik didih air sama dengan 100 derajat sebagai titik tetap atas. Di antara jarak kedua titik tersebut dibagi menjadi 100 satuan derajat. Skala Celcius memiliki satuan derajat Celcius yang ditulis ⁰C.

2. Termometer Skala Fahrenheit 

Skala Fahrenheit ditetapkan oleh Gabriel Daniel Fahrenheit (1686 – 1736), seorang ilmuwan fisika berkebangsaan Jerman. Ia menetapkan titik beku air sama dengan 32⁰ dan titik didih air sama dengan 212⁰ . Di antara jarak kedua titik tetap tersebut dibagi menjadi 180 satuan derajat. Penulisan nilai suhu, misalnya 100 derajat fahrenheit, cukup ditulis 100 ⁰F. Skala Fahrenheit banyak dipakai dinegara-negara Eropa dan Amerika.

3. Termometer Skala Reamur

Skala Reamur adalah skala suhu yang dinamakan oleh Rene Antoine Ferchault de Reamur, yang pertama mengusulkannnya pada 1731. Titik beku air adalah 0 derajat Reamur, titik didih air 80 derajat, serta memiliki 80 satuan derajat, penulisan nilai suhu skala Reamur, misalnya 40 dejarat Reamur, ditulis 40⁰R skala ini mulanya dibuat dengan alkohol, jadi termometer Reamur yang dibuat dengan raksa sebenarnya bukan termometer Reamur sejati. Skala Reamur digunakan secara luas di Eropa, terutama di Perancis dan Jerman, tapi kemudian digantikan oleh Celcius. Saat ini skala Reamur jarang digunakan kecuali di Industri permen dan keju.

4. Termometer Skala Kelvin

Lord Kelvin (1824 – 1907) adalah ilmuwan berkebangsaan Inggris yang menetapkan skala Kelvin. Skala Kelvin ditetapkan berdasarkan perhitungan bahwa ada suhu minimal di alam ini. Hal tersebut didukung oleh teori kinetik partikel bahwa pada suhu nol mutlak, partikel-partikel semua zat praktis tidak bergerak. Suhu nol mutlak tersebut sama dengan -273,15 ⁰C, biasanya dibulatkan menjadi -273 ⁰C. Pada skala Kelvin, titik beku air adalah 273 K dan titik didihnya 373 K. Skala kelvin memiliki satuan Kelvin, ditulis ⁰K.

3. Konduksi

 merupakan proses perpindahan kalor tanpa disertai dengan perpindahan partikelnya. Proses konduksi ini secara umum terjadi pada logam atau yang bersifat konduktor (menghantarkan panas). Penerapan : saat kita membuat kue menggunakan wadah berupa aluminium yang disimpan di oven jua termasuk proses konduksi yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Rumus:

Besarnya energi konduksi disebut juga laju konduksi ditentukan oleh persamaan berikut:

 

Keterangan:

Q = kalor (joule)

k = koefisien konduski (konduktivitas termal)

t = waktu (s)

A = luas penampang (m persegi)

L = panjang logam (m)

T = Suhu (kelvin)

Konveksi

Konveksi adalah proses perpindahan kalor dengan disertainya perpindahan partikel. Konveksi ini terjadi umumnya pada zat fluid (zat yang mengalir) seperti air dan udara. Konveksi dapat terjadi secara alami ataupun dipaksa.

Penerapan : saat memasak air terjadi gelembung udara hingga mendidih dan menguap. Sedangkan konveksi terpaksa contohnya hair dryer yang memaksa udara panas keluar yang diproses melalui alat tersebut.

Rumus :

Besarnya energi konveksi atau bisa disebut laju konveksi ditentukan oleh persamaan berikut:

 

Keterangan:

Q = kalor (joule)

h = koefisien konveksi

t = waktu (s)

A = luas penampang (m persegi)

T = Suhu (kelvin)

Radiasi

Radiasi merupakan proses peripandahan kalor yang tidak memerlukan medium (perantara). Radiasi ini biasanya dalam bentuk Gelombang Elektromagnetik (GEM) yang berasal dari matahari.

Penerapan : dalam kehidupan sehari-hari proses radiasi juga berlaku saat kita berada didekat api unggun.

Rumus:

Besarnya energi radiasi benda hitam tergantung pula pada tingkat derajat suhunya. Seperti yang terlihat dari rumus energi radiasi berikut:

 

Keterangan:

P = Daya Radiasi/Energi Radiasi setiap Waktu (watt)

Q = Kalor (joule)

t = Waktu (s)

e = Emisivitas bahan

A = Luas penampang (m persegi)

T = Luhu (kelvin)

o = Konstanta stefan boltzmann (5,67 x 10-8)

4. A. kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia.

b. heater berfungsi sebagai pemanas air
c. termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun perubahan suhu

5. Kalor Lebur (Es) adalah jumlah kalor yang diperlukan suatu zat untuk melebur (dari padat ke cair) tiap suatu satuan massa pada temperature tetap.

Kalor yang diperlukan untuk mencairkan 1 kg zat padat menjadi 1 kg zat cair pada titik leburnya dinamakan kalor lebur. 

kalor jenis zat padat  adalah banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk menaikkan atau menurunkan suhu sat satuan massa zat itu sebesar satu satuan suhu.

Panas atau kalor jenis zat padat, adalah banyak kalor yg diperlukan untuk menaikkan suhu
1 gr zat padat tersebut  agar naik 1 C.

6. Celcius = 5. (-8) = -40
Fahrenheit = 9. (-8) + 32 = -72 + 32 = -40

Jadi -40 derajat Celcius = -40 derajat Fahrenheit.

Rumus:
°F = (°C * 9/5) + 32
°C = (°F - 32) * 5/9

°C = (°C * 9/5) + 32
°C - (°C * 9/5) = 32
-4/5 * °C = 32
°C = -32 * 5/4
°C = -40

°F = (°F * 9/5) + 32
°F - (°F * 9/5) = 32
-4/5 * °F = 32
°F = -32 * 5/4
°F = -40