1
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Energi yang dipindahkan dari suatu zat ke zat lain karena perbedaan suhu disebut kalor. Aliran kalor terjadi dari zat yang bersuhu lebih tinggi ke zat suhu yang lebih rendah. Kemampuan setiap benda atau zat untuk menyerap kalor berbeda-beda, hal ini terjadi karena perbedaan kalor jenisnya yang menyatakan jumlah kalor yang bisa diterima setiap kilogram benda dan kenaikan suhunya. Karena kalor timbul akibat perbedaan suhu, maka sampai dengan pertengahan abad kedelapan belas, istilah kalor dan suhu selalu memiliki arti yang sama. Kalor adalah energi yang dipindahkan dari suatu zat ke zat lain karena perbedaan suhu. Satuan kalor Q biasanya didefinisikan secara kuantitatif dalam perubahan tertentu yang dihasilkan dalam sebuah benda selama proses tertentu. Zat-zat berbeda terhadap satu dengan yang lainnya didalam kuantitas kalor yang diperlukan untuk menghasilkan suatu kenaikan temperatur yang diberikan dalam sebuah massa. Perpindahan tenaga yang timbul karena perbadaan temperatur diantara bagian bagian yang berdekatan dari sebuah benda yang dinamakan h antaran kalor. Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur perubahan panas. Kalorimeter juga dapat diartikan sebagai alat untuk mengukur besarnya suhu yang dihasilkan dari peristiwa berkontaknya dua zat yang memiliki perbedaan suhu. Jika kalor jenis suatu zat sudah dapat diketahui, maka kalor yang diserap atau dilepaskan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan suhu zat tersebut. Oleh karena itu latar belakang dilakukan percobaan ini adalah untuk mengetahui perubahan suhu, sifat-sifat kalorimeter. Dan dapat digunakan sebagai dasar percobaan penentuan kekuatan hidrogen.
1
2
1.2 Tujuan Percobaan
Untuk megetahui jumlah kalor yang diserap air dingin.
Untuk mengetahui jumlah kalor yang diserap d iserap air panas.
Untuk mengetahui jumlah kalor yang diserap d iserap kalorimeter.
Untuk mengetahui sifat-sifat kalorimeter.
1.3 Prinsip Percobaan
Didasarkan pada penentuan jumlah kalor yang diserap pada suatu benda. Dan jumlah kalor yang masuk sama dengan jumlah kalor yang keluar. Memanfaatkan perubahan fase dari sifat suatu zat untuk membandingkan kapasitas penerima dan yang melepas kalor kalo r dari suatu zat cair.
3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Kajian tentang kalori yang dihasilkan atau dibutuhkan oleh reaksi kimia disebut termokimia. Kimia termo mempelajarai perubahan panas yang mengikuti reaksi kimia dan perubahan-perubahan fisika (pelarutan, peleburan, dan sebagainya) satuan tenaga panas dinyatakan dengan kalor, Joule atau kilokalori. 7
1 Joule = 10 erg = 0,24 kal 1 kal = 4,184 Joule Untuk menentukan perubahan panas yang terjadi pada reaksi-reaksi digunakan kalorimeter (Holman, 1997). Panas juga merupakan suatu salah satu bentuk energi dan perubahan bentuk akibat akan sama dengan yang diakibatkan kerja. Sebagaimana tarikan gravitasi, potensial listrik, panas juga mengalir pada temperatur yang lebih tinggi ke yang lebih rendah, kecuali jika kerja dilakukan dalam sistem tertentu. Tanda yang digunakan yaitu Q (panas) adalah positif jika panas diabsorbsi oleh sistem dari sekelilingnya dan negatif jika panas dilepaskan oleh sistem, kesamaan lainnya dengan kerja panas yang diterapkan dan dilepaskan jika bergantung pada jalannya sistem (Holman, 1997). Bila energi ditambahkan pada suatu zat, maka temperatur zat itu biasanya naik (pengecualian terjadi selama perubahan fase seperti bila air membeku dan menguap). Jumlah energi panas Q yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat adalah suatu zat adalah sebanding dengan temperatur dan massa zat itu. Q = c.ΔT = m c ΔT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(1) Dengan c adalah kapasitas panas zat yang didefinisikan sebagai energi panas yang diibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat dengan satu derajat. Panas jenis C adalah kapasitas panas per satuan massa.
3
4
C
c
m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .(2)
Satuan energi historis kalori, mula-mula didefinisikan sebagai energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu gram satu derajat celcius (atau satuan Kelvin karena derajat celcius dan derajat Kelvin adalah sama). Kilokalori adalah banyaknya energi panas yang yan g dibutuhkan untuk menaikkan satu kilogram air dengan 1 derajat celcius (kalori yang digunakan dalam mengukur energi yang ekuivalen dalam makanan sebenarnya adalah kilokalori) kalori sekarang didefinisikan dengan menyatakan satuan SI untuk energi, yaitu Joule : 1 kal = 4,184 Joule Kapasitas panas per mol dinamakan kapasitas panas mol cm. Kapasitas panas mol sama dengan panas jenis (kapasitas panas per satuan massa) kali massa molar M (massa per mol). Pemanasan pada volume konstan hanya memanaskan menaikkan temperatur sedangkan pemanasan pada tekanan konstan (I) menaikkan temperatur, (II) dilakukan kerja untuk mengembalikan lingkungan dan (III) pegembangan zat akibta gaya antar molekul. Kedua efek yang terakhir ini menyebabkan perbedaan antara C p dan Cv. Panas reaksi dapat dinyatakan sebagai perubahan energi produk dan reaktan pada volume konstan atau pada tekanan konstan. Panas reaksi dapat diukur dengan bantuan kalorimeter. Harga ΔE diperoleh apabila reaksi dilakukan dalam kalorimeter bom, yaitu pada volume konstan dan ΔH adalah reaksi panas yang diukur pada tekanan konstan dalam gelas piala atau labu yang diisolasi, botol trunas, labu dewar dan lain-lain karena proses diperinci dengan baik maka panas yang dilepaskan atau diabsorbsi hanyalah fungsi-fungsi keadaan (Bueche, 1989). Penentuan kalorimeter panas suatu zat memberikan informasi tentang energi internalnya yang selanjutnya menyediakan informasi tentang struktur molekulnya untuk semula zat yang muai bila dipanaskan. Kapasitas panas pada keadaan tekanan konstan. Sehubungan dengan usaha yang dilakukan zat ketika memuai pada tekanan
5
konstan. Bila panas diberikan pada suatu zat pada tekanan maka biasanya, hasilnya adalah kenaikan temperatur zat. Namun kadang-kadang zat menyerap panas pada jumlah besar tanpa mengalami perubahan apapun pada temperatur. Hal ini terjadi selama perubahan fase, artinya ketika kondisi fisis zat itu berubah dan satu bentuk ke bentuk yang lain. Jenis perubahan fase adalah pembekuan, pencairan, penguapan, pengembunan. Dalam termodinamika, kapasitas kalor molar Cv dan C p (kapasitas kalor senyawa dalam sistem) sangat berguna. Cv adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 mol senyawa sebesar 1 Kelvin pada volume tetap, dan C p adalah jumlah kalor yang dibutuhkan pada tekanan tetap, jika kalor total yang dipindahkan ke n mol pada volume konstan adalah qv maka (Petrucci, 1985) qv = n Cv (T2-T1) = n Cv ΔT . . . . . . . . . . . . (3) Jika sejumlah q p dipindahkan pada tekanan konstan maka q p = n C p ΔT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4) Dengan syarat Cv dan C p tidak berubah secara signifikan antara suhu awal sampai suhu akhir. Kapasitas kalor spesifik pada V konstan atau P konstan adalah kapasitas kalor sistem yang dibagi per gram senyawa. Data ekstensifnya kapasitas kalor molar dan kapasitas kalor spesifik tersedia. Nilai representatif setiap logam berbeda pada tekanan tetap. Jika dua benda tersebut pada suhu berbeda ditempelkan satu sama lain, energi dalam bentuk kalor akan saling dipertukarkan antara mereka sampai mencapai suhu yang sama, jika kedua benda tersebut diisolasi dari lingkungannya. Jumlah kalor q2 yang diambil oleh benda yang lebih dingin sama dengan -q1, jumlah kalor yang diberikan oleh benda yang lebih kalor, seperti biasanya ditentukan yang diikuti adalah bahwa energi en ergi dipindahkan ke benda mempunyai tanda positif sehingga q2 positif bila q1 negatif. Bila proses ditambah pada gas pada volume konstan, tidak ada usaha yang dilakukan oleh atau pada gas, sehingga panas yang ditambahkan sama dengan
6
pertambahan energi external gas, dengan menuliskan Qv untuk panas yang ditambahkan pada volume konstant, yaitu sistem tersebut kerja tanpa perubahan volume (Resnick, 1985). 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.
7
BAB 3 METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
3.1.1 Alat-alat
Kalorimeter, pengaduk, bahan isolasi
Termometer
Gelas ukur 50 ml
Gelas piala
Hot plate
Beaker glass
Pipet tetes
Stopwatch
3.1.2 Bahan-bahan
Aquades
Tissu
3.2 Prosedur Percobaan
Dipasang alat kalorimeter Pengaduk Termometer Kalorimeter Tutup
Air
Bahan isolasi
7
8
Diukur 50 ml air dengan gelas ukur
Dimasukkan aquades kedalam kalorimeter
Diaduk, dicatat setiap 30 detik hingga menit ke 4
Dimasukkan air panas, dicatat suhu awal air panas sebanyak 50 ml
Dicatat suhu aquades dalam kalorimeter setiap 30 detik dan diaduk terus
Dicatat sampai menit ke 8
9
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengamatan
No
Waktu (menit)
Suhu ()
Waktu (menit)
Suhu ()
1.
0
30
4,0
-
2.
0,5
30
4,5
40
3.
1,0
30
5,0
30,7
4.
1,5
30
5,5
30,6
5.
2,0
30
6,0
30,5
6.
2,5
30
6,5
30,4
7.
3,0
30
7,0
30,3
8.
3,5
30
7,5
30,3
9.
4,0
30
8,0
30,3
4.2 Perhitungan
Tad = 30 = 303K Tap = 61 = 334K TAir = 1 gr/ml CAir = 4,18 J/ml TKamar = 27 T
=
=
= 31,64 = 304,64K
9
10
4.2.1 Jumlah kalor yang diserap air dingin (J) Qad = mc (TtTad) = 50 4,18 (304,64K 303K) = 342,76K
4.2.2 Jumlah kalor yang diserap d iserap air panas (J) Qap = mc (TapTt) = 50 4,18 (334K 304,64K) = 6136,24K
4.2.3 Jumlah kalor yang diserap d iserap kalorimeter (J) QKal = QapQad = 6136,24K 342,76K = 5793,48 J
4.2.4 Tetapan kalorimeter (J/) CKal =
=
=(
)
=
= J/K
11
4.3 Grafik
4.3.1 Grafik air dingin
grafik aquades dingin 35 30 25 u 20 h u s 15
10 5 0 0
2
4
6
8
10
8
10
waktu
4.3.2 Grafik air panas
Grafik aquades panas 45 40 35 30 u 25 h u s 20
15 10 5 0 0
2
4
6
waktu
12
4.4 Pembahasan
Sifat-sifat kalorimeter adalah menjaga suhu suatu zat dan tidak terpengaruh oleh lingkungan sifatnya dalam proses adalah secara adiabatik yaitu tidak ada energi yang energi tidak dipengaruhi oleh lingkungan energi yang masuk atau keluar ke dalam kalorimeter. Berdasarkan asas Black yaitu kalor yang diterima sama dengan kalor yang dikeluarkan. Fungsi kalorimeter adalah untuk mengukur suhu air dingin dan panas sehingga alat yang digunakan adalah thermometer. Fungsi stopwatch adalah untuk mengukur waktu yang diperlukan dalam satuan menit. Beberapa jenis kalorimeter adalah: 1. Kalorimeter Alumunium. Pada dasarnya kalorimeter alumunium dibuat agar pertukaran kalor hanya terjadi di dalam bejana kalorimeter. Selain itu mengurangi kalor yang diserap oleh kalorimeter karena alumunium kurang mengenai panas. 2. Kalorimeter Elektrik Kalorimeter yang digunakan untuk mengukur kalor jenis zat cair. Prinsip kerja kalorimeter elekrik adalah sebagai berikut. Sejumlah massa zat cair contoh (mkg) -1
dimasukkan ke dalam bejana tembaga yang kapasitas kalornya diketahui (JK ), kemudian zat cair tersebut dipanaskan selama selang waktu sekon secara elektrik oleh o
pemanas listrik dengan kuat arus I ampere. Kenaikan suhu (ΔT C) selama selang waktu t diukur dengan termometer. Energi listrik yang diberikan kepada zat cair dalam selang waktu t adalah VIt (Joule). Jika dianggap tidak ada kalor yang hilang maka energi kalor yang diserap oleh kalorimeter dan zat cair adalah (cΔT + m c ΔT) = (mc + c)ΔT. Sesuai kekekalan energi. VIt = (mc + c)ΔT 3. Kalorimeter Bom Kalorimeter bom digunakan khusus untuk menentukan kandungan energi dalam makanan dan lemak makanan yang akan ditentukan kandungan energinya diletakkan dalam cangkir platina.
13
Kalor merupakan bentuk energi, yaitu energi panas. Oleh karena itu, pada kalor berlaku Hukum Kekekalan Energi Kalor. Jika dua buah benda yang suhunya berlainan disentuhkan atau dicampur, d icampur, benda yang suhu tinggi akan melepaskan kalor yang lepaskan sama dengan kalor yang diserap. Banyaknya kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap. Pernyataan ini pertama kali dikemukakan oleh Black. Oleh karena itu, pernyataan tersebut sering disebut asas Black, yang secara matematis dapat dituliskan: Q lepas = Q serap Prinsip percobaan kali ini adalah prinsip asas Black yaitu banyaknya kalor yang dilepaskan sama dengan jumlah banyaknya kalor yang diserap serta didasarkan pada pengukuran perubahan panas dengan menggunakan kalorimeter, kemudian dicatat perubahan suhu yang terjadi sebelum dan sesudah ditambahkan air dingin dan air panas. Berdasarkan asas Black bahwa kalor yang dilepas sama dengan jumlah kalor o
yang diserap. Pada waktu 0 menit suhunya 30 C. Pada waktu 0,5 menit suhunya tetap o
o
pada 30 C, dan sampai suhu pada 4,0 suhunya pun tetap 30 C. Setetlah dit ambahkan o
air panas suhu 4,0 naik menjadi 40 C. Sama dengan pada suhu 4,5 menit suhunya o
o
40 C, sedangkan pada menit 5 suhu turun menjadi 30,7 C. Pada menit ke 6 suhu o
kembali turun menjadi 30,5. Pada menit ke 6,5 suhu kembali turun menjadi 30,4 C. o
Pada menit ke 7,0 suhu menjadi 30,3 C hingga ke menit 8. Itu dikarenakan suhu aquades yang dipanaskan menjadi dingin sehingga suhu menjadi turun. Sehingga o
didapatkan suhu rata-rata sebelum dipanaskan yaitu 27 C, setelah ditambahkan air o
panas suhu rata-rata yang dipanaskan dalam percobaan kalorimeter 253,1 C. Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor diperlukan untuk menentukan naiknya o
suhu sebesar 1 C. H
Q
t 2
t 1
Cara untuk menentukan tetapan kalorimeter pada percobaan ini yaitu dengan cara mencari kalor jenis air dingin dan air panas untuk mendapatkan kalor yang
14
diserap dan kalor yang dikeluarkan. Dan kalorimeter yang akan dibandingkan dan akan dibagi dengan penambahan suhu akhir dikurangi oleh suatu air dingin diperoleh tetapan sebagai berikut; Qad = m.c(Tt-Tad) Qap = m.c(Tap-Tt) Qkal
Qkalorimeter (T t T ad )
Energi yang diserap oleh air tidak sebanding dengan air yang dikeluarkan oleh air panas. Ini dikarenakan sifat dari kalorimeter yang dapat menyerap kalor hingga tidak semuanya kalor dapat diterima oleh air dingin. Faktor-faktor kesalahan: - Kurang telitinya praktikan dalam menghitung waktu yang ditentukan. - Kurang teliti dalam mengguncang alat pengaduk p engaduk kalorimeter. - Kurangnya pemanasan aquadest sehingga suhu cepat turun. - Thermometer menyentuh anggota tubuh, sehingga suhu yang dihasilkan kurang baik. Fungsi bahan yaitu aquadest adalah untuk menentukan suhu sebesar larutan aquadest dan suhu setelah dipanaskan dan dicampur sehingga didapatkan suhu yang berbeda. Prinsip kerja kalorimeter adalah mengetahui besar kapasitas suhu yang dilepaskan dan yang diterima. Aplikasi dalam percobaan ini: - Untuk mengetahui besar perubahan kalor. - Mengetahui kapasitas suhu perubahan. - Mengetahui tegangan permukaan cair dingin dan setelah dipanaskan. Dari grafik yang didapat pada sesudah penambahan air panas didapatkan penurunan suhu yang seharusnya mengalami kenaikan suhu, sedangkan pada penambahan air dingin mengalami kenaikan suhu. Mungkin itu disebabkan karena
15
kerusakan pada alat yang digunakan yaitu kalorimeter yang mengalami kerusakan pada bahan isolasi. Sehingga hasil yang didapat kurang maksimal.
16
BAB 5 PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Jadi jumlah kalor yang diserap air dingin adalah 342,76 Joule.
Jadi jumlah kalor yang diserap air panas adalah 6136,24 Joule.
Jadi jumlah kalor yang diserap kalorimeter adalah 5793,48 Joule.
Kalorimeter mempunyai sifat adiabatik, yaitu tidak ada en ergi yang lepas atau masuk dari luar kedalam kalorimeter.
5.2 Saran
Sebaiknya pada percobaan selanjutnya menggunakan bahan yang lebih bervariasi seperti alkohol atau minyak agar lebih mengetahui seberapa besar kalor yang diserap dan dilepaskan.
16
17
DAFTAR PUSTAKA
Bueche, F. 1989. Fisika 1989. Fisika Jakarta Jakarta:: Erlangga.
Holman. 1997. Perpindah 1997. Perpindahan an kalor . Jakarta: Erlangga.
Petrucci, H. 1985. Kimia 1985. Kimia Dasar . Jakarta: Erlangga.
Resnick, H. 1985. Fisika 1985. Fisika.. Jakarta: Erlangga.
