Laporan Tetapan Kalorimeter [PDF]

Citation preview

PENENTUAN TETAPAN KALORIMETER I.



TUJUAN 1. Melakukan percobaan untuk menentukan tetapan kalorimeter. 2. Membuat kurva hubungan antara waktu dan suhu untuk memperoleh suhu pencampuran melalui ekstrapolasi.



II. DASAR TEORI Kalorimeter merupakan suatu alat yang dapat digunakan untuk mengukur perubahan panas. Kalorimeter menggunakan teknik pencampuran dua zat di dalam suatu wadah. Setiap kalorimeter mempunyai sifat yang khas dalam mengukur panas. Ini terjadi karena kalorimeter tersebut terbuat dari berbagai jenis seperti gelas, polietena, dan logam sehingga mempunyai kemampuan penyerap panas yang berbeda (Retug, 2003). Salah satu jenis kalorimeter sederhana yang biasa digunakan di laboratorium pendidikan adalah kalorimeter tekanan konstan Kalorimeter tekanan konstan digunakan untuk menentukan perubahan kalor untuk reaksi selain pembakaran. Secara kasar, kalorimeter tekanan-konstan dapat dibuat dari dua cangkir kopi Styrofoam. Cangkir luar membantu menyekat campuran reaksi dari lingkungan. Peralatan ini mengukur pengaruh kalor pada berbagai reaksi, seperti penetralan asam-basa, kalor pelarutan, dan kalor pengenceran. Karena tekanannya konstan, perubahan kalor untuk proses (qreaksi) sama dengan perubahan entalpi (∆H). Seperti dalam kalorimeter volume-konstan, kita memperlakukan kalorimeter sebagai sistem terisolasi. Lebih jauh lagi, dalam perhitungan kita mengabaikan kapasitas kalor yang lebih kecil dari cangkir kopi (Chang, 2003). Proses dalam kalorimeter berlangsung secara adiabatik, yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar ke dalam kalorimeter. Zat yang akan direaksikan dimasukkan dalam kalorimeter, dengan mengukur suhu sebelum dan sesudah reaksi dapat ditentukan kapasitas panas dan kalor reaksi (Petrucci,1987). Untuk menentukan jumlah panas yang diserap oleh kalorimeter beserta termometernya dan pengaduknya, sebelum digunakan maka terlebih dahulu perlu diketahui konstanta atau tetapan kalorimeter yang digunakan dalam percobaan (Retug, 2003). Tetapan kalorimeter adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu kalorimeter sebesar 10C pada air dengan massa 1 gram. Pengukuran besaran kalor dengan metode mencampur menggunakan prinsip bahwa bila terjadi pertukaran kalor antara dua benda yang suhu awalnya berbeda, besarnya kalor yang hilang oleh benda yang lebih



1



dingin dan akhirnya tercapai suatu suhu keseimbangan diantara keduanya. Hal ini benar bila tidak ada kalor yang diperoleh atau hilang oleh sistem ke sekelilingnya. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk menentukan tetapan kalorimeter adalah dengan mencampurkan volume tertentu air dingin (massa m 1 suhu T1) dengan volume tertentu air panas (massa m2 dan T2) di dalam kalorimeter yang akan ditentukan tetapannya. Jika kalorimeter tidak menyerap panas dari pencampuran antara air panas dan air dingin ini, maka kalor yang diberikan oleh air panas harus sama dengan kalor yang diserap oleh air dingin. Namun, karena kalorimeter ikut menyerap panas, maka kalor yang diserap oleh kalorimeter merupakan selisih kalor yang diberikan oleh air panas dikurangi dengan kalor yang diserap oleh air dingin. Harga tetapan kalorimeter diperoleh dengan membagi jumlah kalor yang diserap oleh kalorimeter dengan perubahan temperatur pada kalorimeter. Dengan demikian, satuan dari tetapan kalorimeter adalah JK-1 (Retug, 2003). Untuk menaikkan suhu benda dari suhu awal t1 sampai suhu akhir t2, diperlukan sejumlah kalor dimana kalor adalah salah satu bentuk energi. Banyaknya kalor yang diperlukan suatu benda untuk menaikkan suhunya sangat bergantung pada kapasitas kalor (C) dari bahan benda tersebut. Secara matematis dituliskan : C = dQ/dT Kalor jenis adalah kapasitas kalor bahan tiap satuan massanya, yaitu : c = C/m Kalor jenis merupakan salah satu sifat termometrik benda. Untuk selang suhu yang tak terlalu besar, biasanya c dapat dianggap konstan, sehingga apabila suatu benda bermassa m, kalor jenis bahannya c dan suhunya T 1 maka untuk menaikkan suhunya menjadi T2 diperlukan kalor sebesar: Q = m.c.(T2-T1) Bila sebuah benda dengan suhu tertentu disinggungkan benda lain yang suhunya lebih rendah maka dalam selang waktu tertentu suhu kedua benda tersebut akan menjadi sama (setimbang). Hal ini terjadi karena benda yang bersuhu lebih tinggi memberikan panasnya ke benda yang bersuhu lebih rendah. Berdasarkan hukum kekekalan energi jumlah panas yang diberikan sama dengan jumlah panas yang diterima oleh benda yang bersuhu lebih rendah (asas Black). Dalam percobaan ini, sejumlah air yang telah diketahui massanya, dipanaskan dengan menggunakan kompor listrik. Air yang suhunya lebih tinggi ini dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air, massa air dingin sudah ditimbang terlebih dahulu. Dalam hal ini air dingin dan kalorimeter adalah dua benda yang bersuhu sama yang akan menerima panas dari air panas. Menurut asas Black diperoleh bahwa: 2



kalor yang dilepas (air panas) = kalor yang diterima (air dingin + kalorimeter) m2.c.(T2-Ta) = m1.c (Ta-T1) + C(Ta-T1) dimana, m1 = massa air dingin dengan suhu T1 m2 = massa air panas dengan suhu T2 c = kalor jenis air (1 kal/g.0C) Ta = suhu akhir sistem C = kapasitas kalor kalorimeter (Petrucci,1987). III.ALAT DAN BAHAN  Alat No.



Nama Alat



Ukuran



Jumlah



1.



Termometer



100oC



2 buah



2.



Kalorimeter



-



1 buah



3.



Gelas kimia



100 mL



2 buah



4.



Gelas ukur



50 mL



1 buah



5.



Pemanas magnetik



-



1 buah



6.



Pipet tetes



-



2 buah



 Bahan No.



IV.



Nama Bahan



Jumlah



1.



Air dingin



200 mL



2.



Air panas



200 mL



PROSEDUR KERJA DAN HASIL PENGAMATAN No



Langkah Kerja



. 1.



Kalorimeter dirangkai seperti gambar



Hasil Pengamatan



berikut ini.



3



2.



Sebanyak 50 mL air dimasukkan ke dalam kalorimeter sambil diaduk dan suhu air dalam kalorimeter dicatat setiap 15 detik



-



hingga menit keempat. Tepat pada menit keempat, sebanyak 50 mL air panas (350C45°C) ditambahkan ke dalam kalorimeter. Dilakukan tiga kali pengulangan.



-



-



-



3.



Suhu air dalam kalorimeter dicatat tiap 30 detik dengan tidak lupa terus diaduk sampai menit ke-8.



-



Rangkaian alat kalorimeter  Percobaan I Air dingin suhunya = 300C Air dingin dimasukkan ke dalam kalorimeter sebanyak 100 mL dan diaduk. Data air dingin dalam kalorimeter sebagai berikut. Waktu (menit) Suhu (°C) 0,5 300C 1 300C 1,5 30,50C 2 30,50C 2,5 30,50C 3 30,50C 3,5 30,50C 4 30,50C Pada menit ke-4 dimasukkan sebanyak 100 mL air panas (400C) ke dalam kalorimeter.  Percobaan II Air dingin suhunya = 300C Air dingin dimasukkan ke dalam kalorimeter sebanyak 100 mL dan diaduk. Data air dingin dalam kalorimeter sebagai berikut. Waktu (menit) Suhu (°C) 0,5 300C 1 300C 1,5 300C 2 300C 2,5 300C 3 300C 3,5 300C 4 300C Pada menit ke-4 dimasukkan sebanyak 100 mL air panas (420C) ke dalam kalorimeter.  Percobaan I Data setelah penambahan air panas. Waktu (menit) 0,5 1 1,5 2 2,5



Suhu (°C) 35,50C 350C 350C 350C 350C



4



3 350C 3,5 350C 4 350C  Percobaan II - Data setelah penambahan air panas.



4.



Waktu (menit) Suhu (°C) 0,5 35,50C 1 35,50C 1,5 35,50C 2 35,50C 2,5 35,50C 3 35,50C 3,5 35,50C 4 35,50C Kurva hubungan antara waktu dengan Kurva hubungan antara waktu (t) dengan suhu suhu dibuat untuk memperoleh



suhu (oC) pada pencampuran air panas dengan air



percampuran melalui ekstrapolasi.



dingin dicantumkan pada pembahasan.



V. PEMBAHASAN Pada praktikum ini dilakukan penentuan tetapan kalorimeter. Tujuan dilakukannya penentuan tetapan kalorimeter ini untuk mengetahui tetapan kalorimeter yang akan digunakan dalam praktikum-praktikum selanjutnya yang berhubungan dengan kalor. Kalorimeter yang telah diketahui tetapannya tidak boleh ditukar ataupun diganti dengan yang lain, hal ini disebabkan karena setiap kalorimeter memiliki nilai tetapan yang berbeda-beda. Jika kalorimeter ditukar ataupun diganti, maka hasil yang akan didapatkan untuk praktikum selanjutnya tidak akan akurat. Dalam penentuan tetapan kalorimeter ini digunakan zat yaitu air dingin dan air panas. Air dingin dan air panas yang digunakan ditentukan massanya karena dalam praktikum digunakan volume dari air dingin dan air panas yaitu 100 mL. Sesuai perhitungan, volume air dingin dan air panas yang digunakan yaitu 100 mL sehingga massa dari air dingin (m1) dan massa air panas (m2) yaitu 100 gram (massa jenis air = 1 g/mL). Suhu dari air dingin diukur menggunakan termometer untuk mengetahui suhu awal dari air dingin (suhu sebelum pencampuran). Dari pengukuran tersebut diperoleh suhu awal dari air dingin yaitu sebesar 30oC. Dalam praktikum ini saat melakukan pengukuran, kalorimeter ditutup dengan rapat dengan tujuan untuk meminimalisir pertukaran kalor antara sistem (kalorimeter) dan lingkungan. Apabila pertukaran kalor tersebut terjadi maka 5



akan menyebabkan penentuan tetapan kalorimeter akan terganggu. Setelah dimasukkan ke dalam kalorimeter, air dingin dalam kalorimeter diaduk dengan menaik-turunkan batang besi yang terdapat pada tutup kalorimeter. Batang tersebut berhubungan dengan batang besi berbentuk lingakaran yang terdapat di dalam kalorimeter. Adapun tujuan pengocokan ini adalah untuk meratakan suhu air yang terdapat dalam kalorimeter sehingga suhu yang diamati bisa representatif. Namun pengocokan juga dilakukan tidak terlalu kuat dan cepat untuk menghindari meningkatnya suhu air dalam kalorimeter akibat dari pengocokan. Suhu air dingin dalam kalorimeter diamati setiap 30 detik selama 4 menit sambil terus diaduk. Dalam percobaan ini dilakukan dua kali pengulangan agar hasil pengamatan yang diperoleh lebih akurat. Dari data hasil pengamatan didapat suhu air dingin dari menit ke-0 sampai menit ke- 4 pada percobaan I adalah konstan pada suhu 30,5 oC dan pada percobaan II suhu air konstan 30 oC. Konstannya suhu pada hasil pengamatan tersebut sampai akhir menit ke-4 menunjukkan bahwa pertukaran kalor antara air dingin dan kalorimeter sudah berlangsung sempurna (seimbang). Pada menit ke-4, ke dalam kalorimeter dimasukkan air panas yang suhunya sudah diukur terlebih dahulu dengan termometer. Suhu awal air panas panas pada percobaan I sebesar 40oC sedangkan suhu awal air panas pada percobaan II yaitu 42 oC. Setelah air panas dimasukkan ke dalam kalorimeter, kalorimeter kembali dikocok dan suhu dicatat setiap 30 detik sekali selama 4 menit. Adapun tujuan dari pengocokan adalah untuk mencampur air dingin dan air panas sehingga pertukaran kalor bisa terjadi lebih cepat. Suhu aquades, setelah pencampuran diamati sebesar 35,5oC untuk percobaan I maupun percobaan II. Pada menit ke 0,5 terjadi penurunan suhu dari 35,5 oC menjadi 35oC untuk percobaan I sedangkan pada percobaan II tidak terjadi perubahan suhu. Penurunan suhu yang terjadi konstan sampai menit ke-4 baik untuk percobaan I sedangkan pada percobaan II suhu tetap konstan. Turunnya suhu campuran menunjukkan bahwa terjadi penyerapan suhu dari air panas oleh air dingin dan juga oleh kalorimeter. Sedangkan konstannya suhu pada menit ke-1 sampai akhir menit ke-4 menunjukkan bahwa pertukaran suhu antara air dingin, air panas maupun dengan kalorimeter sudah berlangsung dengan sempurna. Berdasarkan data hasil pengamatan, dapat dibuat kurva hubungan antara waktu (t) dengan suhu (oC) untuk memperoleh suhu pencampuran melalui ekstrapolasi sebagai berikut.



6



Kurva Hubungan Suhu terhadap Waktu dalam Penentuan Tetapan Kalorimeter (Percobaan I)



Ekstrapolasi



Temperatur (oC)Suhu air dingin



ΔT



Suhu air panas



Ekstrapolasi 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 Waktu (Menit)



Gambar 1. Grafik hubungan antara waktu (t) dengan suhu ( oC) pada pencampuran air panas dengan air dingin (percobaan I). Kurva Hubungan Suhu terhadap Waktu dalam Penentuan Tetapan Kalorimeter (Percobaan 2)



Ekstrapolasi Temperatur (oC)Suhu air dingin



ΔT



Suhu air panas



Ekstrapolasi 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 Waktu (Menit)



Gambar 2. Grafik hubungan antara waktu (t) dengan suhu ( oC) pada pencampuran air panas dengan air dingin (percobaan II).



7



Berdasarkan kurva diatas hasil ekstrapolasi untuk menentukan suhu akhir campuran, diperoleh suhu akhir campuran pada percobaan I adalah 35,7 oC dan percobaan II adalah 35,5 oC. Perhitungan Tetapan Kalorimeter: Percobaan I  Kalor (energi panas) yang diserap oleh air dingin Q1 = m1 x c x ∆T1 = 100 g x 4,18 Jg-1 oC-1 x (35,7-30,5)oC = 2173,6 Joule  Kalor (energi panas) yang dilepaskan oleh air panas Q2 = m2 x c x ∆T2 = 100 g x 4,18 Jg-1 oC-1 x (40-35,7)oC = 1797,4 Joule  Energi panas yang diserap oleh kalorimeter Q3 = Q2 – Q1 = (2173,6 – 1797,4) Joule = 376,2 Joule  Energi panas yang diserap oleh kalorimeter untuk setiap kenaikan suhu Q3 376,2 J C



= C x ∆T = C x (35,7-30,5)oC = 376,2 J/5,2oC = 72,34 J/oC



Percobaan II  Kalor (energi panas) yang diserap oleh air dingin Q1 = m1 x c x ∆T1 = 100 g x 4,18 Jg-1 oC-1 x (35,5-30)oC = 2299 Joule  Kalor (energi panas) yang dilepaskan oleh air panas Q2 = m2 x c x ∆T2 = 100 g x 4,18 Jg-1 oC-1 x (42-35.5)oC = 2717 Joule 8



 Energi panas yang diserap oleh kalorimeter Q3 = Q2 – Q1 = (2717 – 2299) Joule = 418 Joule  Energi panas yang diserap oleh kalorimeter untuk setiap kenaikan suhu Q3 = C x ∆T 418 J = C x (35,5-30)oC C



= 418 J/5,5oC = 76oC



Dari kedua percobaan didapat hasil tetapan kalorimeter yang berbeda sehingga perlu ditarik titik tengah atau rata-ratanya, maka : Crata −rata=



VI.



72,34 J / ❑oC +76 J / ❑oC =74,17 J / ❑oC 2



SIMPULAN Berdasarkan data hasil percobaan dan pembahasan, maka dapat ditarik simpulan



sebagai berikut. 1. Harga



tetapan



kalorimeter



yang



diperoleh



berdasarkan



hasil



percobaan



pencampuran air panas dan air dingin adalah 74,17 J/oC. 2. Kurva hubungan antara waktu dan suhu untuk memperoleh suhu pencampuran melalui ekstrapolasi adalah sebagai berikut.



9



Kurva Hubungan Suhu terhadap Waktu dalam Penentuan Tetapan Kalorimeter (Percobaan I)



Ekstrapolasi



Temperatur (oC)Suhu air dingin



Suhu air panas



ΔT



Ekstrapolasi 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 Waktu (Menit)



Gambar 1. Grafik hubungan antara waktu (t) dengan suhu (oC) pada pencampuran air panas dengan air dingin (percobaan I). Kurva Hubungan Suhu terhadap Waktu dalam Penentuan Tetapan Kalorimeter (Percobaan 2)



Ekstrapolasi Temperatur (oC)Suhu air dingin



Suhu air panas



ΔT



Ekstrapolasi 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 Waktu (Menit)



Gambar 2. Grafik hubungan antara waktu (t) dengan suhu (oC) pada pencampuran air panas dengan air dingin (percobaan II).



VII.



JAWABAN PERTANYAAN



10



1. Mengapa energi yang diserap air dingin tidak sama dengan energi yang dilepas oleh air panas? Jawaban Hal ini terjadi karena kalorimeter yang digunakan sebagai tempat untuk mencampurkan air dingin dan air panas ikut menyerap kalor/energi yang dilepaskan oleh air panas. Oleh karena itu, kalor yang dilepaskan oleh air panas tidak hanya diserap oleh air dingin tetapi juga diserap oleh kalorimeter. Dengan demikian kalor yang diserap oleh kalorimeter merupakan selisih kalor yang diberikan oleh air panas dikurangi dengan kalor yang diserap oleh air dingin. 2. Bagaimana Anda dapat menghitung kapasitas panas dari kalorimeter? Jawaban Untuk menghitung kapasitas panas dari kalorimeter, maka dapat dilakukan dengan mencampurkan volume tertentu air dingin (massa m1 suhu T1) dengan volume tertentu air panas (massa m2 dan T2) di dalam kalorimeter yang akan ditentukan tetapannya. Karena kalorimeter ikut menyerap panas, maka kalor yang diserap oleh kalorimeter merupakan selisih kalor yang dilepaskan oleh air panas dikurangi dengan kalor yang diserap oleh air dingin. Harga tetapan kalorimeter diperoleh dengan membagi jumlah kalor yang diserap oleh kalorimeter dengan perubahan temperatur pada kalorimeter.



VIII. DAFTAR PUSTAKA 11



Bird, Tony. 1987. Penuntun Praktikum Kimia Universitas. Jakarta: PT Gramedia. Retug, Nyoman., I Dewa Ketut Sastrawidana. 2003. Penuntun Praktikum Kimia Fisika. Singaraja: Jurusan Pendidikan Kimia, Fakultas Pendidikan MIPA, IKIP Negeri Singaraja. Petrucci, H Ralph. 1987. Kimia Dasar. Bogor: Erlangga. Chang, Raymond. 2003. Kimia Dasar Konsep-konsep Inti Edisi Ketiga. Alih Bahasa :Muhamad



Abdulkadir



Martoprawiro,dkk.General



Chemistry



The



Essential



Concepts Third Edition.Jakarta:Erlangga



12