KALORIMETER

A. Pengertian

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam

suatu perubahan atau reaksi kimia.

Pada kalorimeter terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi kalor sesuai

dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan energi

tidak dapat dimusnahkan.

Prinsip kerja dari kalorimeter adalah mengalirkan arus listrik pada kumparan kawat

penghantar yang dimasukan ke dalam air suling. Pada waktu bergerak dalam kawat

penghantar (akibat perbedaan potenial) pembawa muatan bertumbukan dengan atom logam

dan kehilangan energi. Akibatnya pembawa muatan bertumbukan dengan kecepatan konstan

yang sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan akan

menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memperoleh energi yaitu energi kalor / panas.

Diketahui bahwa semakin besar nilai tegangan listrik dan arus listrik pada suatu bahan maka

tara panas listrik yang dimiliki oleh bahan itu semakin kecil. Kita dapat melihat seolah

pengukuran dengan menggunakan arus kecil menghasilkan nilai yang kecil. Hal ini

merupakan suatu anggapan yang salah karena dalam pengukuran pertama perubahan suhu

yang digunakan sangatlah kecil berbeda dengan data yang menggunakan arus besar. Tapi

jika perubahan suhu itu sama besarnya maka yang berarus kecil yang mempunyai tara panas

listrik yang besar.

B. Penemu Kalorimeter (Joseph Black)

Ketika Joseph Black, ahli kimia-fisika dari Skotlandia, menjabat profesor di Universitas

Edinburgurh, kelasnya selalu dipenuhi murid-murid dari seluruh Eropa yang ingin

mendengarkan kuliahnya yang sering disertai demonstrasi percobaan yang menarik.

Beberapa percobaan yang Black lakukan ketika mengajar masih sering dilakukan oleh guru

kimia sekolah saat ini, misalnya menambahkan karbon dioksida ke lilin yang menyala di dalam

stoples, dan mengeluarkannya melalui selang ke larutan kalsium.

Black menghabiskan banyak waktunya untuk mengamati perpindahan kalor.

Karena sering berkutat di laboratorium, ia berhasil mendapatkan penemuan yang

sangat penting di tahun 1761, yaitu kalor laten. Kalor laten adalah kalor yang

diserap oleh suatu zat, bukan untuk menaikkan suhu zat tersebut, tetapi

digunakan untuk mengubah wujudnya. Kita dapat mengamati kalor laten dalam

kehidupan sehari-hari, misalnya, ketika air (zat cair) yang dipanaskan berubah

menjadi uap air (zat gas).

Black juga membuktikan bahwa setiap benda menyerap kalor yang berbeda

untuk menaikkan suhunya sebanyak satu derajat. Inilah yang sebenarnya kita

ukur ketika menggunakan kalorimeter, alat yang diciptakan oleh Balck. Black

jugalah orang yang dianggap sebagai penemu gas karbon dioksida.

Joseph Black adalah guru dari James Watt, penemu mesin uap yang justru lebih

terkenal daripada Black sendiri. temuan-tenuan black terbukti bermanfaat bagi

Watt untuk semakin meningkatkan kinerja mesin uapnya.

C. Jenis Kalorimeter

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.

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 DTdengan :

                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 )

Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat dihitung dengan rumus :

                                qbom = Cbom x DT

dengan :

                Cbom = 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.

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

Maka:

                   DE = qv

2. Kalorimeter sederhana ( Larutan )

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 = Ckalorimeter x DT

dengan :

                   Ckalorimeter = 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  = qp

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 = mb  . Cb (tb – t2) = ma . Cb (t2 - tb)

                              (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)

D. Contoh soal :

1. Suatu kalorimeter bom berisi 250 mL air yang suhunya 25oC, kemudian dibakar 200

mg gas metana. Suhu tertinggi yang dicapai air dalam kalorimeter = 35oC. Jika

kapasitas kalor kalorimeter = 75 J / oC dan kalor jenis air = 4,2 J / g.oC, berapakah DHc

gas metana?

Jawaban :

qair = m x c x DT

= ( 250 ) x ( 4,2 ) x ( 35 – 25 )

= 10.500 J

qbom = Cbom x DT

= ( 75 ) x ( 35 – 25 )

= 750 J

qreaksi = – (qair + qbom )

qreaksi = - ( 10.500 J + 750 J )

= - 11.250 J = – 11,25 kJ

200 mg CH4 = 0,2 g CH4 = ( 0,2 / 16 ) mol = 0,0125 mol

DHc CH4 = ( – 11,25 kJ / 0,0125 mol ) = - 900 kJ / mol ( reaksi eksoterm )

2. Sebanyak 50 mL ( = 50 gram ) larutan HCl 1 M bersuhu 27 oC dicampur dengan 50

mL ( = 50 gram ) larutan NaOH 1 M bersuhu 27 oC dalam suatu kalorimeter gelas

stirofoam. Suhu campuran naik sampai 33,5oC. Jika kalor jenis larutan = kalor jenis

air = 4,18 J / g.K. Tentukan perubahan entalpinya!

Jawaban :

qlarutan = m x c x DT

= ( 100 ) x ( 4,18 ) x ( 33,5 – 27 )

= 2.717 J

Karena kalor kalorimeter diabaikan maka :

qreaksi = – qlarutan

= - 2.717 J

Jumlah mol ( n ) HCl = 0,05 L x 1 mol / L = 0,05 mol

Jumlah mol ( n ) NaOH = 0,05 L x 1 mol / L = 0,05 mol

Oleh karena perbandingan jumlah mol pereaksi = perbandingan koefisien

reaksinya maka campuran tersebut adalah ekivalen.

DH harus disesuaikan dengan stoikiometri reaksinya, sehingga :

q (1 mol HCl + 1 mol NaOH ) = ( 1 / 0,05 ) x ( – 2.717 J )

= – 54.340 J = – 54,34 kJ

Jadi DH reaksi = qreaksi = – 54,34 kJ

E. DAFTAR PUSTAKA

http://www.wikipedia.co.id

http://www.ilmubiologi.com/macam-macam kalorimeter