Kalorimetri

Hello Sobat dan adik-adik ! Salam Chemistry !! Pada kesempatan kali ini, saya akan mencoba membahas mengenai materi termokimia yaitu tentang kalorimetri. Salah satu ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang perubahan temperatur di sekitarnya adalah kalometri. Untuk lebih jelasnya silahkan baca artikel di bawah ini yang membahas tentang hal tersebut. Semoga bermanfaat…..!!!!

Selain memiliki energi kinetik dan energi potensial, setiap materi juga memiliki energi berupa panas atau bahasa ilmiahnya disebut kalor. Hal ini dapat dibuktikan dengan adanya suhu yang dimiliki oleh setiap materi. Suhu yang dimiliki oleh setiap materi mengindikasikan jumlah kalor yang dimiliki oleh materi tersebut. Jika suatu materi memiliki suhu yang tinggi, maka dapat dipastikan materi tersebut menyimpan kalor dalam jumlah yang banyak. Sehngga jika suatu materi memiliki suhu yang rendah, maka dapat dipastikan materi tersebut menyimpan kalor dalam jumlah yang sedikit. Untuk mendapatkan energi berupa kalor, setiap materi biasanya menyerap kalor yang terdapat di lingkungan sekitar tempat materi tersebut berada. Misalnya : besi yang kita letakkan dibawah sinar matahari pasti akan memiliki jumlah kalor yang lebih banyak dibandingkan dengan besi yang kita letakkan di dalam ruangan. Hal ini menandakan bahwa banyak tidaknya jumlah kalor yang dimiliki oleh suatu materi tergantung pada lingkungan tempat dimana materi tersebut berada.

Kalorimeter adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk menghitung penghantaran panas selama reaksi. Perangkat ini mempunyai dinding-dinding yang terisolasi. Dengan menghitung perubahan temperatur di dalam kalorimeter, Anda dapat menghitung energi yang dilepaskan selama reaksi. Misalnya, Anda memiliki beberapa liter bensin. Anda ingin membakarnya dan melihat seberapa banyak energi yang dilepaskan per liternya. Anda dapat menggunakan sebuah kalorimeter untuk melihat berapa banyak panas yang dilepaskan selama pembakaran. 

Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan jumlah kalor yang dipindahkan ke sistem (Keenan, 1980). 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.

Kalorimeter adalah pengukuran panas secara kuantitatif yang masuk selama proses kimia. Kalorimeter adalah alat untuk mengukur kalor dari reaksi yang dikeluarkan. Kalorimeter dapat digunakan untuk menghitung energi dalam makanan dalam atmosfer dan mengukur jumlah energi yang meningkat dalam suhu kalorimeter (Wahyu, 2010). Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia. Proses dalam kalorimeter berlangsung secara adiabatik, yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar kedalam kalorimeter. Suatu kalor reaksi dapat ditentukan melalui percobaan dengan kalorimeter. Adapun kalor merupakan energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu.

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 atau 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.
Jenis-Jenis Kalorimeter

Ada berbagai macam jenis kalorimeter, namun secara umum keanekaragaman tersebut merupakan cerminan dari prinsip kerja kalorimeter bom dan kalorimeter sederhana. Berikut ini akan di bahas mengenai kalorimeter bom dan kalorimeter sederhana.

Kalorimeter Bom

Gambar di samping memperlihatkan sebuah kalorimeter bom (bomb calorimeter), yang sangat cocok untuk mengukur kalor yang timbul dalam reaksi pembakaran. Sistem ini adalah segala sesuatu yang ada di dalam kalorimeter dengan jaket luar berupa dinding ganda. Kalorimeter ini meliputi bom dan isinya, air untuk merendam bom, termometer, pengaduk, dan seterusnya. Sistem ini terisolasi dari sekelilingnya. Jika terjadi reaksi pembakaran, energi kimia dikonversi menjadi energi termal, dan suhu sistem meningkat. Kalor reaksi, seperti dijelaskan sebelumnya adalah kuantitas kalor yang harus dilepas oleh sistem ke sekelilingnya agar kembali ke suhu awalnya. Kuantitas kalor ini, adalah negatif dari energi termal yang diperoleh kalorimeter dan isinya(qkal)( Petrucci, 2011) :
qreaksi = -qkal ( dengan qkal =  qbom+qair)

untuk menghitung qkal, kita perlu mengetahui kapasitas kalor kalorimeter (Ckal) dan kenaikan suhu yaitu(Chang, 2005) :
qkal= Ckal∆T
kuantitas Ckal dikalibrasi dengan membakar suatu zat yang sudah diketahui kalor pembakarannya secara tepat. Sebagai contoh. telah diketahui bahwa pembakaran 1 g asam asam benzoat (C6H5COOH) membebaskan 26,42 kJ  kalor. Jika kenaikan suhunya adalah 4,673°C, maka kapasitas kalor kalorimeternya adalah(Chang, 2005) :


Begitu Ckal telah ditentukan, kalorimeter itu dapat digunakan untuk mengukur kalor pembakaran zat-zat yang lain. Perhatikan bahwa karena reaksi dalam suatu kalorimeter bom berlangsung pada tekanan-konstan, perubahan kalornya tidak sesuai dengan entalpi ∆H. Memang dimungkinkan untuk mengkoreksi perubahan kalor yang terukur sehingga sesuai dengan nilai ∆H, tetapi koreksi tersebut biasanya cukup kecil sehingga kita tidak akan membahas rinciannya di sini. Akhirnya, menarik untuk dicatat bahwa kandungan energi makanan dan bahan bakar (biasanya dinyatakan dalam kalori di mana 1 kal 4,184 J) diukur dengan kalorimeter volume- konstan(Chang, 2005)..
Untuk mengukur C, kita alirkan arus listrik melalui pemanas dalam kalorimeter dan kita tentukan kerja listrik yang kita lakukan padanya. Semua energi yang kita berikan sebagai kerja berjalan melewati batas antara pemanas dan kalorimeter sebagai kalor dan menyebabkan kenaikan temperatur. Karena kita secara tak langsung mengukur kalor yang diberikan dan dapat mengukur kenaikan temperatur kalorimeter yang disebabkannya, kita dapat menarik kesimpulan tentang nilai C dan menggunakan nilai itu untuk menafsirkan kenaikan temperatur yang dihasilkan oleh reaksi. Misalnya, jika kita mengalirkan arus 1 A dari sumber daya 12 V selama 3000 detik, kerja yang kita lakukan pada kalorimeter adalah(Atkins,1993):
W = I x V x t = 36.000 A V s = 36 kJ
Alternatif yang lain adalah membandingkan kenaikan temperatur sampel uji dengan standar yang diukur pada kondisi yang sama. Kemudian kita dapat menghitung kalor yang dihasilkan sampel dengan menggunakan(Atkins,1993):


Namun demikian, pada beberapa tahap, nilai qstandar harus sudah ditentukan dengan pengukuran kapasitas kalor kalorimeter. Dalam termodinamika, kita tidak pernah mengukur kalor secara langsung tetapi kita dapat mengetahui nilainya dari pengukuran kerja atau perubahan temperatur.
Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada volume tetap (∆V = nol). Oleh karena itu, perubahan kalor yang terjadi di dalam sistem = perubahan energi dalamnya.
∆E = q + w dimana  w  = – P. ∆V  ( jika ∆V = nol maka w  = nol ) maka  ∆E  = qv
Contoh kalorimeter bom adalah kalorimeter makanan.

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 atau dilepaskan larutan sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan diabaikan.

qreaksi          = – (qlarutan  + qkal )
qkal     = Ckal x ∆T

dengan :   
Ckal = kapasitas kalor kalorimeter ( J / oC ) atau ( J / K )
∆T  = 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.

Seperti halnya kalorimeter bom, kalor reaksi didefinisikan sebagai kuantitas kalor yang akan dipertukarkan dengan sekeliling dalam pengembalian kalorimeter suhu awalnya. Namun, sekali lagi, kalorimeter tidak secara fisik dikembalikan ke kondisi awalnya. Kita hanya mengambil kalor reaksi sebagai negatif dari kuantitas yang menghasilkan perubahan suhu dalam kalorimeter. Artinya, kita gunakan persamaan(Petrucci, 2011):

qreaksi    = – qlarutan
qlarutan   = m x c x ∆T
dengan :
m   = massa larutan dalam kalorimeter ( g )
c    = kalor jenis larutan dalam kalorimeter (J / g. oC ) atau ( J / g. K )
∆T  = perubahan suhu (oC atau K )

Pada kalorimeter ini, reaksi berlangsung pada tekanan tetap (∆P = nol ) sehingga perubahan kalor yang terjadi dalam sistem = perubahan entalpinya.
∆H = qp
Contoh kalorimeter sederhana adalah kalorimeter larutan.

Kalorimeter larutan adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat padareaksi 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.

Dalam menentukan entalpi berlaku persamaan
qreaksi   = – (qlarutan + qkal)
qreaksi   = – (m.c.∆T + c.∆T)
Jika kapasitas kalori dalam kalorimeter diabaikan, maka
qreaksi  = – (m.c.∆T)


DAFTAR PUSTAKA

Chang, Raymond. 2003. Kimia Dasar Jilid I Edisi 3. Jakarta: Erlangga.
Keenan. 1980. Fisika untuk Universitas Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Petrucci, dkk. 2011. Kimia Dasar Prinsip-prinsip dan Aplikasi Modern Jilid I Edisi 9. Jakarta: Erlangga.
Wahyu, dkk. 2010. Kimia Fisika. Jakarta : Rineka Cipta.

By : Indra Nur Cahyo 16630051