Praktikum Kimia Fisika (Kalorimeter Sistem Terbuka)

konbanwa minna-san, genki desu ka

Pada kesempatan ini minzo akan berbagi mengenai praktikum kimia fisika, praktikum yang dilakukan pada semester II setelah melalui 3 praktikum pada semseter I. Mengingatnya sungguh nostalgia haha, tidur larut ngerjain laporan, matkul yang padat, menentukan jadwal asistensi, waduh kalau diingat sangat menyenangkan rutinitas seperti itu dan bersyukur bisa melewatinya. Buat yang lagi berjuang pada semester awal, jangan pernah menyerah nikmati prosesnya hehe

Setalah sebelumnya BAB Kristalisasi Garam Dapur berikutnya adalah BAB Kalorimeter Sistem Terbuka, check it out...

6.1.       Tujuan Percobaan

          Memahami teori kalorimetri sistem terbuka beserta pembuktian teorinya.

6.2.       Tinjauan pustaka

Kalorimetri adalah ilmu dalam pengukuran panas dari reaksi kimia atau perubahan fisik. Kalorimetri termasuk penggunaan kalorimeter. Kata kalorimetri berasal dari bahasa Latin yaitu calor, yang berarti panas. Kalorimetri tidak langsung (indirect calorimetry) menghitung panas pada makhluk hidup yang memproduksi karbon dioksida dan buangan nitrogen (ammonia, untuk organisme perairan, urea, untuk organisme darat) atau konsumsi oksigen. Lavosier (1780) mengatakan bahwa produksi panas dapat diperkirakan dari konsumsi oksigen dengan menggunakan regresi acak. Hal itu membenarkan teori energi dinamik. Pengeluaran panas oleh makhluk hidup juga dapat dihitung oleh perhitungan kalorimetri langsung (direct calorymetry), dimana makhluk hidup ditempatkan didalam kalorimeter untuk dilakukan pengukuran (Pramudita, 2012).

Perubahan entalpi dapat ditentukan dengan cara sederhana. Karena satuan yang dipakai untuk entalpi adalah kalori, maka alat yang digunakan untuk mengukur perubahan entalpi disebut kalorimeter (Partana, 2009).

Untuk dapat menentukan jumlah panas secara baik, kalorimetri memerlukan beberapa syarat teknik dan ekonomis, antara lain:

-       Selama pengukuran, tak boleh ada pertukaran panas dengan luar sistem

-       Pengukuran harus cukup peka

-       Pengukuran perlu cukup teliti

-       Kalorimeter cukup kuat dan tahan lama.

Jenis-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 . Kalorimeter bom terdiri dari tabung baja tebal dengan tutup kedap udara.

Gambar 6.1. Kalorimeter Bom

2.    Kalorimeter sederhana

Kalorimeter sederhana adalah kalorimeter yang digunakan untuk mengukur kalor reaksi yang berlangsung dalam fase larutan karena itu disebut juga kalorimeter larutan. Jadi kalorimeter larutan adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat pada reaks kimia dalam sistem larutan. Pada dasarnya kalor yang dibebaskan/diserap menyebabkan perubahan suhu per kuantitas pereaksi kemudian dihitung kalor reaksi dari sistem larutan tersebut (Wijanarko, 2013).

Gambar 6.2. Kalorimeter Sederhana

Interaksi antara sistem dan lingkungan dapat berupa pertukaran materi atau pertukaran energi. Berkaitan dengan itu, maka sistem dibedakan menjadi tiga, yaitu:

1.    Sistem terbuka

Sistem terbuka yakni jika diantara sistem dan lingkungan dapat mengalami pertukaran materi dan energi. Pertukaran materi artinya ada hasil reaksi yang dapat meninggalkan sistem (wadah reaksi), misalnya gas, atau ada sesuatu dari lingkungan yang dapat memasuki sistem, contoh: air panas dalam gelas tanpa penutup.

2.    Sistem tertutup

Sistem tertutup yakni jika diantara sistem dan lingkungan hanya terjadi pertukaran energi. Contoh: air panas dalam gelas tertutup.

3.    Sistem terisolasi

Kemudian sistem terisolasi, yaitu tidak terjadi pertukaran materi maupun energi dengan lingkungan. Contoh: air panas dalam termos yang telah dimodifikasi (Usmayati, 2010).

Hampir semua reaksi kimia menyerap atau menghasilkan (melepaskan) energi, umumnya dalam bentuk kalor. Penting bagi kita untuk memahami perbedaan antara energi termal dan kalor. (Chang, 2005).

Kalor adalah energi yang pindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. Oleh karena itu, pengukuran kalor menyangkut perpindahan energi. Energi adalah kekal, sehingga benda yang suhunya tinggi akan melepas energi QL dan benda yang suhunya rendah akan menerima energi QT dengan besar yang sama. Apabila dinyatakan dalam bentuk Persamaan, maka:

Q_L = Q_T...........................................................(6.1)

Atau dapat juga Dalam sebuah Persamaan matematis dan dalam keadaan ideal dimana tidak ada zat lain yang terlibat dalam proses ini, maka azas Black juga dapat dituliskan sebagai berikut : (Wijanarko, 2013).

QA = QB.........................................................(6.2)

MA . CA . ΔtA = MB . CB .ΔtB........................................(6.3)

  MA . CA . (tA – tc ) = MB . CB . (tc – tB)................................(6.4)

Pengukuran kalor jenis dengan kalorimeter didasarkan pada asas Black, yaitu kalor yang diterima oleh kalorimeter sama dengan kalor yang diberikan oleh zat yang dicari kalor jenisnya. Hal ini mengandung pengertian jika dua benda yang berbeda suhunya saling bersentuhan, maka akan menuju kesetimbangan termodinamika. Suhu akhir kedua benda akan sama (Pramudita, 2012).

Kalor jenis suatu benda didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu suatu zat sebesar 1 K. Kalor jenis ini merupakan sifat khas suatu benda yang menunjukkan kemampuannya untuk menyerap kalor pada perubahan suhu yang sama. Menurut definisi, kalor jenis c dapat dinyatakan dalam Persamaan matematis sebagai berikut:

Q = m . c . ∆t........................................................(6.5)

Dimana:

Q              = kalor yang diserap atau dikeluarkan (Joule)

m              = massa zat pereaksi (kg)

c               = kalor jenis (J/kg K)

∆t             = perubahan suhu

Aplikasi kalorimeter dalam kehidupan sehari-hari adalah setrika listrik, rice cooker, microwave, pengasap ikan, pemanas air listrik dan lain-lain. Alat-alat itu mempunyai prinsip kerja yaitu energi listrik yang diubah menjadi energi kalor. Seperti kalorimeter, yang mempunyai prinsip energi listrik diubah menjadi energi kalor dan diukur menggunakan kalorimeter sehingga energi listrik, energy kalor dan nilai kesetaraan kalor-listrik dapat dihitung (Wijanarko, 2013).

6.3.       Tinjauan Bahan

A.       Aquadest

-       Bau                            : tidak berbau

-       Bentuk                       : cair

-       Berat molekul            : 18,02 g/mol

-       Densitas                    : 1 g/cm³

-       pH                             : 7

-       Rumus kimia             : H₂O

-       Titik didih                 : 100 ^oC

-       Titik lebur                 : 0 °C

-       Warna                        : tidak berwarna

B.        Asam klorida 32%

-       Bentuk                       : cair

-       Berat molekul            : 36,46 g/mol

-       Densitas                    : 1,16 g/cm³

-       Rumus kimia             : HCl

-       Titik didih                 : 77,57 ^oC

-       Titik lebur                 : -44,21 °C

-       Warna                        : tidak berwarna sampai dengan kuning pucat

C.        Natrium Hidroksida

-       Bau                            : tidak berbau

-       Bentuk                       : padat

-       Berat molekul            : 40 g/mol

-       Densitas                    : 2,13 g/cm³

-       pH                             : 14

-       Rumus kimia             : NaOH

-       Titik didih                 : 1390 ^oC

-       Titik lebur                 : 318 °C

-       Warna                        : putih

6.4.       Alat dan Bahan

A.       Alat-alat yang dibutuhkan -       batang pengaduk -       Beakerglass -       Erlenmeyer -       gelas arloji -       karet penghisap -       labu ukur -       penangas air -       peralatan sistem -       pipet volume -       thermometer

B.     Bahan-bahan yang digunakan: -          Aquadest (H2O) -          natrium hidroksida (HCl) -          asam klorida (NaOH)

6.5.       Pembahasan

A.       Kalibrasi Alat

-  Pada saat memasukkan V_S1 sebanyak 25 mL air dingin dengan suhu normal kedalam kalorimetri bagian sistem dimana T_S1 28 °C. Yang kedua memasukkan  V_L sebanyak 50 mL air dingin kebagian lingkungan didapat T_L1 28 °C.

-    Pemanasan pada V_S2 sebanyak 25 mL air dengan suhu normal dan dinaikkan temperaturnya sampai naik 10 °C dari suhu normal (T_S2). Lalu mencampurkan T_S2 dengan T_S1 ke dalam sistem dan mengaduk keduanya hingga tercampur.

-     Suhu campuran didalam sistem ke dalam campuran T_S2 dengan T_S1 disebut sebagai T_S3 yang suhunya sebesar 32 °C.

-     Pada praktikum di proses kalibrasi ini terbukti teori hukum azaz black, dimana Q_terima = Q_lepas

B.    Penentuan Perubahan Entalpi Penetralan

-       Pertama memasukkan 50 mL air dingin terhadap lingkungan didapat temperatur awal 28 °C.

-  Pengukuran awal temperatur NaOH didapat 30 °C sebanyak 25 mL dan Pengukuran awal temperatur HCl didapat 29 °C sebanyak 25 mL.

-   Pencampuran antara larutan NaOH dan HCl, aduk hingga homogen dan didapat temperatur campuran sebesar 33 °C (temperatur sistem), dan 29 °C temperatur lingkungannya.

6.6.       Kesimpulan

Dapat memahami tentang kalorimetri antara sistem terbuka beserta pembuktian teori tentang kalorimetri, dimana pada sistem ini energi maupun materi dapat dipertukarkan secara bebas dengan lingkungannya. Jadi, didapatkan perubahan entalpi penetralan (ΔH_n) = -29063,9832 J/mol.