LAPORAN TETAP INSTRUMEN DAN TEKNIK PENGUKURAN PENENTUAN KAPASITAS PANAS SUATU ZAT MENGGUNAKAN BOM KALORIMETER 4000 ADIABATIS
DISUSUN OLEH: KELOMPOK II KELAS: 2.KA JURUSAN : TEKNIK KIMIA NAMA ANGGOTA:1. ANGGOTA:1. DORIE KARTIKA (061330400295) 2. ELVANIA NOVIANTI (061330400299) 3. ASTRI HANDAYANI (061330400290) 4. NURUL AGUSTINI (061330400306) 5. RADEN AYU WILDA. A (061330400309) 6. IRDA AGUSTINA (061330400301) 7. BERYL KHOLIF. A (061330400292)
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA Jalan Srijaya Negara Bukit Besar Palembang 30139 Telpon : +620711353414 +620711353414 Fax: +62711355918 Web : http :// www.polsri.ac.id atau http://www.polisriwijaya.ac.id Email :
[email protected]
PENENTUAN KAPASITAS PANAS SUATU ZAT MENGGUNAKAN BOM KALORIMETER 4000 ADIABATIS
I. Tujuan Percobaan Setelah melakukan percobaan ini, maka diharapkan. - Mahasiswa dapat mengoperasikan peralatan Bom Kalorimeter 4000 Adiabatis - Mahasiswa dapat menentukan kapasitas panas suatu zat (c) - Mahasiswa dapat menentukan nilai kalor suatu zat
II. Alat dan bahan yang digunakan Alat : - Seperangkat alat bom kalorimeter dan aksesorisnya - Spatula - Kaca arloji - Crussibel - Stopwatch - Gelas kimia 250 ml Bahan: - Sampel padat dan cair - Aquadest - Gas Oksigen - Asam Benzoat - Kawat Ni-Cr - Na2CO3 - Indicator metil red 0,5 %
III. Dasar Teori Alat
yang
digunakan
untuk
mengukur
perubahan
panas
disebut
kalorimeter. Hal ini didasarkan pada standar energy panas yang telah digunakan secara bertahun-tahun yaitu kalorimeter. Dua metode eksperimen secara termokimia yang umum digunakan untuk menentukan panas yaitu :
a.
Kalori pembakaran
b.
Kalori kalibrasi Dalam metode pertama, suatu unsur atau senyawa yang dibakar dengan
oksigen , kalor atau energy yang dibebaskan dalam reaksi diukur , sedangkan metode kedua digunakan senyawa anorganik dan larutan-lar utannya. Kalorimeter bom adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O 2 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. Kalorimeter bom terdiri dari tabung baja tebal dengan tutup kedap udara. Sejumlah tertentu zat yang akan diuji ditempatkan dalam cawan platina dan sebuah "kumparan besi” yang diketahui beratnya (yang juga akan dibakar) ditempatkan pula pada cawan platina sedemikian sehingga menempel pada zat yang akan diuji. Kalorimeter bom kemudian ditutup dan tutupnya lalu dikencangkan. Setelah itu "bom" diisi dengan O2 hingga tekanannya mencapai 25 atm. Kemudian "bom" dimasukkan ke dalam kalorimeter yang diisi air. Setelah semuanya tersusun, sejumlah tertentu aliran listrik dialirkan ke kawat besi dan setelah terjadi pambakaran, kenaikan suhu diukur. Kapasitas panas (atau harga air) “bom”, kalorimeter, pengaduk, dan termometer ditentukan dengan percobaan
terpisah
dengan
menggunakan
zat
yang
diketahui
panas
pembakarannnya dengan tepat. Bom kalorimeter berkaitan dengan pengukuran besaran energi suatu materi. Jenis alat kalorimeter yang non aliran dan telah lazim digunakan berupa bom kalorimeter untuk penentuan nilai kalor bahan bakar padat dan bahan bakar cair. Masalah bom kalorimeter berkaitan dengan ukuran besaran energi suatu materi. Besaran-besaran energi mencakup sifaf termodinamika sistem, nilai kalor biasanya dinyatakan dalam kalori/gram. Bom kalorimeter ksusus digunakan untuk menentukan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran. Reaksi pembakaran yang terjadi dalam bom akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air dan bom, oleh karena itu tidak ada kalor yang akan terbuang ke lingkungan (Diannovitasari, 2012).
Batu bara adalah salah satu bahan bakar fosil. Pengertian lainnya adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari suatu endapan organik, utamanya
dadalah
sisa-sisa
tumbuhan
dan
terbentuk
melalui
proses
pembatubaraan. Unsur-unsur utamanya terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Berdasarkan tingkat pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu. Batu bara umumnya terdiri dari antrasit, bituminius, subbituminus, lignit dan gambut. Disamping itu batu bara juga adalah batuan organik yang memiliki sifaf-sifaf fisika dan kimia yang kompleks dan dapat ditemui dalam berbagai bentuk. Pembentukan batu bara tersebut memerlukan kondisi-kondisi tertentu dan hanya terjadi pada masa tertentu sepanjang sejarah geologi (Anonim, 2012). Berdasarkan penjabaran di atas, maka untuk mengetahui lebih mendalam tentanng penentuan panas pembakaran maka dilakukanlah suatu percobaan tentang penentuan panas pembakaran dengan bom kalorimeter.
Kalorimeter bom adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor
(nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O 2 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.
Kalorimeter bom terdiri dari tabung baja tebal dengan tutup kedap udara.
Sejumlah tertentu zat yang akan diuji ditempatkan dalam cawan platina dan sebuah "kumparan
besi” yang diketahui beratnya (yang juga akan dibakar)
ditempatkan pula pada cawan platina sedemikian sehingga menempel pada zat yang akan diuji. Tipe kalorimeter Kalorimeter bom Kalorimeter bom adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor
(nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O 2 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. Contoh kalorimeter bom adalah kalorimeter makanan.
Kalorimeter makanan. Kalorimeter makanan adalah alat untuk menentukan nilai kalor zat makanan
karbohidrat, protein, atau lemak. Alat ini terdiri dari sebuah tabung kaca yang tingginya kurang lebih 19 cm dan garis menengahnya kurang lebih 7,5 cm. Bagian dasarnya melengkung ke atas membentuk sebuah penyungkup. Penyungkup ini disumbat dengan sebuah sumbat karet yang berlubang di bagian tengah. Bagian atas tabung kaca ini ditutup dengan lempeng ebonit yang bundar. Di dalam tabung kaca itu terdapat sebuah pengaduk, yang tangkainya menembus tutup ebonit, juga terdapat sebuah pipa spiral dari tembaga. Ujung bawah pipa spiral itu menembus lubang sumbat karet pada penyungkup dan ujung atasnya menembus tutup ebonit bagian tengah. Pada tutup ebonit itu masih terdapat lagi sebuah lubang, tempat untuk memasukkan sebuah termometer ke dalam tabung kaca. Tabung kaca itu diletakkan di atas sebuah keping asbes dan ditahan oleh 3 buah keping. Keping itu berbentuk bujur sangkar yang sisinya kurang lebih 9,5 cm. Di bawah keping asbes itu terdapat kabel listrik yang akan dihubungkan dengan sumber listrik bila digunakan. Di atas keping asbes itu terdapat sebuah cawan aluminium. Di atas cawan itu tergantung sebuah kawat nikelin yang berhubungan dengan kabel listrik di bawah keping asbes. Kawat nikelin itulah yang akan menyalakan makanan dalam cawan bila berpijar oleh arus listrik. Dekat cawan terdapat pipa logam untuk mengalirkan oksigen. Kalorimeter larutan Kalorimeter larutan adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor
yang terlibat pada reaksi kimia dalam sistem larutan. 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. Bentuk kalorimeter
Beker aluminium dan gelas plastik jenis polistirin (busa) dapat digunakan
sebagai kalorimeter sederhana dengan termometer sebagai pengaduk. Keuntungan menggunakan gelas plastik sebagai kalorimeter adalah murah harganya dan setelah dipakai dapat dibuang. Kalorimeter yang biasa digunakan di laboratorium fisika sekolah berbentuk bejana biasanya silinder dan terbuat dari logam misalnya tembaga atau aluminium dengan ukuran 75 mm x 50 mm (garis tengah). Bejana ini dilengkapi dengan alat pengaduk dan diletakkan di dalam bejana yang lebih besar yang disebut mantel/jaket. Mantel/jaket tersebut berguna untuk mengurangi hilangnya kalor karena konveksi dan konduksi.
Panas yang timbul atau diserap pada suatu reaksi panas itu tidak bergantung pada hasil akan tetapi bagaimana reaksi tersebut berlangsung awal dan akhir. Berdasarkan hukum Hess tersebut maka dapat dicari panas reaksi bagi suatu reaksi-reaksi yang sukar dilakukan. Panas pembentukan adalah panas reaksi pada pembentukan satu mol suatu zat dari unsur-unsurnya, jika aktivitas pereaksinya satu, hal ini disebut dengan panas pembentukan standar. Untuk zat cair, gas dan padat keadaan standarnya adalah keadaan pada satu atmosfer. Panas pembakaran adalah panas yang timbul pada pembakaran satu mol suatu zat, biasanya panas pembakaran ditentukan secara eksprimen pada V tetap dalam bom kalorimeter. Dari ini dapat dicari H.
Dari panas pembakaran, dapat diperoleh panas pembentukan senyawa-senyawa organik. Panas pembakaran mempunyai arti penting pada bahan-bahan bakar sebab nilai suatu bahan bakar ditentukan oleh besarnya panas pembakaran zat yang bersangkutan (Sugiyarto, 1997, hal: 74-76).
Jenis-jenis kalorimeter: 1)
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 :
qreaksi = – (qair + qbom ) Jumlah kalor yang diserap oleh air dapat dihitung dengan rumus : qair = m x c x DT dengan : m = massa air dalam kalorimeter ( g ) c = kalor jenis air dalam kalorimeter (J / g.oC ) atau ( J / g. K ) DT = perubahan suhu ( oC atau K ) ü Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat dihitung dengan rumus : qbom = C bom x DT dengan : C bom = kapasitas kalor bom ( J / oC ) atau ( J / K ) DT = 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. 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. qreaksi = – (qlarutan + qkalorimeter ) qkalorimeter = C kalorimeter x DT dengan : C kalorimeter = kapasitas kalor kalorimeter ( J / oC ) atau ( J / K ) DT = 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. qreaksi = – qlarutan qlarutan = m x c x DT dengan : m = massa larutan dalam kalorimeter ( g ) c = kalor jenis larutan dalam kalorimeter (J / g.oC ) atau ( J / g. K ) DT = 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
IV. Prosedur kerja 1. Kawat Ni-Cr diukur panjangnya sebelum percobaan dengan panjang 12 cm 2. Berat sampel ditimbang tidak lebih dari 1 gram 3. Kawat dimasukkan kedalam wadah sampel dengan kawatnya menyentuh sampel 4. Sebelum skalar utama dinyalakan, air aquadest diisikan pada bagian jacket melalui lubang di bawah tutup 5. Water cooler sirkulator dihubungkan lalu dipasangkan selangnya kealat bom kalorimeter
6. Sampel dimasukkan ke bucket, lalu ditambahkan oksigen dengan tekanan yang disesuaikan , kemudian dimasukkan kedalam bom head yang telah berisi air 7. Volume air dipastikan pada bucket selalu tetap dan suhunya diatur 25°C setiap kali melakukan pengukuran 8. Bom head dimasukkan ke dalam bucket dan ditutup C 4000 , indicator led hijau akan menyala , lalu timer T 1 dinyalakan selama 10 menit dan dicatat pada display 9. Saklar pembakaran ditekan maka indikator led kuning akan menyala dan timer T2 dinyalakan selama 10 menit , setelah 10 menit dicatat T2 pada display 10. Panjang kawat Ni-Cr diukur setelah pengeboman
Catatan : Sisa aquadest yang terdapat didalam bom head dapat digunakan untuk analisis sulfur dan nitrogen di dalam sampel dengan cara mentitrasinya dengan Na2CO3 0,0725 N dan indicator metil red 0,5 % sebanyak 3 tetes Perhitungan Untuk menentukan nilai kalor digunakan rumus : Nilai kalor (H) = (C.Δt – Qf) / m sampel Dimana : C
= (Hob x m sampel + Qf) Δt
Hob
= gross kalortimetrik dari asam benzoate
Qf
= cal kawat + cal sulfur hasil analisis
1 cal
= 4,1868 Joule
1 Btu = 1055,05585 Joule 1 cal/gr = 1,8 Btu/lb 1 cm kawat Ni-Cr terkandung panas sebesar 2,3 cal 1 ml volume titran setara dengan 1 cal
V. Data pengamatan
No
Data
Angka Pengukuran
1
Massa sampel
0,9 gram
2
Panjang kawat mula-mula
12 cm
3
Panjang kawat akhir
8 cm
4
Suhu awal (T1)
1,51 °C
5
Suhu akhir(T2)
3,958 °C
6
Hob asam benzoate
6318 Cal/gr
7
Analisa sulfur
2,3 cal
VI. Perhitungan Massa sampel = 0,9 gram Suhu awal (T1) = 1,51 °C Suhu akhir(T2) = 3,958 °C ΔT
= T2 – T1 = 3,958 °C - 1,51 °C = 2,448 °C
Sisa kawat 8 cm = 8 cm x 2,3 cal = 18,4 cal Analisa sulfur = 2,3 cal Hob asam benzoat = 6318 Cal/gr Qf = cal kawat+cal sulfur hasil analisis = 18,4 cal+2,3 cal = 20,7 cal Ditanya: kapasitas kalor dan nilai kalor?
Δ ( ) =
Kapasitas kalor (C ) =
= 2331,25 cal/°C Nilai kalor (ΔH)
=
Δ
( ) = = 6318 cal/gram
VII. Analisa Percobaan ini adalah penentuan kapasitas panas suatu zat denngan menggunakan bom calorimeter 4000 adiabatis. Adapun tujuan dari praktikum ini adalah dapat menentukan kapasitas panas suatu zat (c ) dan nilai kalor suatu zat. Alat yang digunakan adalah bom calorimeter. Dalam prinsipnya, bom calorimeter ini adalah contoh bahan bakar yang akan diukur dimasukkan ke dalam bejana logam kemudian diisi dengan oksigen bertekanan tinggi. Boom ditempatkan di dalam bejana air dan bahan kalor itu dinyalakan dengan sambungan listrik dari luar. Suhu air diukur sebagai fungsi waktu setelah penyalaan. Setelah semua data terkumpul, maka dapat ditentukan nilai kalor bahan bakar zat tersebut melalui neraca energi. Begitulah prinsip dari bom calorimeter ini. Langkah awal yang dillakukan pada percobaan ini adalah menimbang sampel asam benzoat sebanyak 0,9 gram. Kemudian melakukan pressing terhadap sampel tersebut hingga terbentuk palette bertekstur padatan. Kawat diukur sepanjang 12 cm dan dihubungkan ke bagian dalam calorimeter. Alat tersebut dikencangkan tutupnya agar oksigen yang akan dimasukkan ke dalam bom head tidak keluar. Oksigen dimasukkan ke dalam bom head dan kemudian bom head tersebut dimasukkan ke dalam calorimeter untuk selanjutnya dilkaukan analisa. Bom calorimeter berisi air dimana air ini berfungsi untuk menyerap kalor yang dikeluarkan oleh bucket berisi bom head tersebut. Suhu dapat dilihat dari display alat tersebut. Selain itu, air tadi terdapat agitator yang berfungsi untuk menyerap suhu yang ada di dalam sistem tersebut. Alasan mengapa gas oksigen yang digunakan dalam bom calorimeter bukan gas lain adalah Karena di dalam bom tersebut terjadi reaksi pembakaran, sehingga gas yang akan dipakai adalah gas oksigen karena oksigen ini berfungsi dalam proses pembakaran.
Dengan melakukan pengeboman pada sistem bom calorimeter iini, suatu bahan bakar dapat diketahui berapa nilai kapasitas panas dan kalor suatu zat. Kapasitas panas merupakan suatu ukuran yang ditetapkan untuk suatu benda dalam kadar panas tertentu. Nilai kalor bahan
bakar adalah suatu besaran
menunjukkan energi kalor dihasilkan dari suatu proses pembakaran setiap satuan massa bahan bakar.
VIII. Kesimpulan Dari percobaan yang telah diamati dapat disimpulkan bahwa kalorimeter bom adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O 2 berlebih) suatu senyawa, bahan makanan, bahan bakar. Dengan mengetahui berat sampel , sisa panjang kawat(setelah pengeboman) , perubahan suhu awal dan suhu akhir dapat dicari nilai kalor nya dan hasil dari nilai kalor dari asam benzoat adalah 6318Cal/°C. Adapun kapasitas kalor asam benzoate=2331,25 cal/°C dan dalam pengisian oksigen harus dengan tekanan yang disesuaikan.
IX. Daftar Pustaka Arie, Arhy. 2013. Bom Kalorimeter . http://arikimia.blogspot.com. Diakses pada 15 Maret 2014. Dhini, Aulia.2014. Kalorimeter Bom. http//dhiniauliaphasa.blogspot.com. Diakses pada 15 Maret 2014. Rizkatiti. 2012. Kalorimeter . http://anotherwordfrizti.blogspot.com. Diakses pada 15 Maret 2014. Tim Laboratorium ITP. 2013. Penuntun Praktikum Instrumen dan Teknik Pengukuran. Palembang:Politeknik Negeri Sriwijaya..
X. Gambar Alat
