Tugas Kimia

Kalorimeter

Kalorimeter adalah suatu sistem terisolasi (tidak ada perpindahan materi maupun energy dengan lingkungan diluar kalorimeter). Pengukuran jumlah kalor reaksi yang diserap atau dilepaskan pada suatu reaksi kimia dengan eksperimen disebut kalorimetri. Kita dapat menghitung perubahan suhu dengan rumus :
q = m . c . ∆T (Petrucci, 1987).
qkalorimeter=C. ∆T

Keterangan :
q = jumlah kalor (Joule)
m = massa zat (gram)
Δt = perubahan suhu( takhir - tawal)
c = kalor jenis
C = kapasitas kalor dari bom calorimeter

Oleh karena itu kalor reaksi sama dengan kalor yang diserap oleh calorimeter, sehingga :
q reaksi = -(q larutan + q kalorimeter)

Kalorimeter dibedakan menjadi beberapa macam :
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 ∆T
dengan :
m = massa air dalam kalorimeter ( g )
c = kalor jenis air dalam kalorimeter (J / g.oC ) atau ( J / g. K )
∆T= perubahan suhu ( oC atau K )
• Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat dihitung dengan rumus :
qbom = Cbom x ∆T
dengan :
Cbom = kapasitas kalor bom ( J / oC ) atau ( J / K )
∆T= 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.
∆E = q + w dimana w = - P. ∆V ( jika ∆V = nol maka w = nol )
maka
∆E = qv
Contoh soal :
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 ∆Hc gas metana?
Jawaban :
qair = m x c x ∆T
= ( 250 ) x ( 4,2 ) x ( 35 – 25 )
= 10.500 J
qbom = Cbom x ∆T
= ( 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
∆Hc CH4 = ( – 11,25 kJ / 0,0125 mol ) = - 900 kJ / mol ( reaksi eksoterm )

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 = Ckalorimeter x ∆T
dengan :
Ckalorimeter = 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.
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 soal :
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 33,5 oC. Jika kalor jenis larutan = kalor jenis air = 4,18 J / g.K. Tentukan perubahan entalpinya!


Jawaban :
qlarutan = m x c x ∆T
= ( 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.
∆H 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 ∆H reaksi = qreaksi = – 54,34 kJ



Soal-soal
1. Pada pemanasan 400g air bersuhu 25°C diperlukan kalor 84 kJ. Jika diketahui kalor jenis air = 4,2 J/g°C, tentukan suhu air setelah pemanasan!
2. Dalam kalorimeter bom yang memiliki kapasitas (nilai air) 125 J/ °C dan berisi 200 ml air dengan suhu 24°C dibakar sempurna 2 gr CH4 Mr=16. Bila suhu air kalorimeter menjadi 74°C dan kalor jenis air adalah 4,2 J/gC. Maka tentukan perubahan entalpi pembakaran CH4 tersebut!
3. Pencampuran 100 mL larutan HCl 2 M dan 100 mL larutan NaOH 1 M menyebabkan kenaikkan suhu larutan dari 25°C menjadi 31 ,5°C. Jika kalor jenis larutan dianggap sama dengan kalor jenis air = 4,2 J/g°C, kapasitas kalorimetri = 0 dan massa jenis air = 1 g/cm 3, tentukan ∆Hreaksi!
4. Pembakaran 32 g gas metana dalam kalorimetri menyebabkan suhu air kalorimetri naik dari 24,8°C menjadi 88,5°C. Jika kalorimetri berisi 6 L air dan diketahui kalor jenis air = 4,2 J/g°C serta kapasitas kalorimetri = 2740 J/g°C, tentukan kalor pembakaran gas metana!

Kunci jawaban:
1. q = 84 kJ = 84.000 J
q=m.c. ∆T
84.000 J = 400.(4.2) ∆T
∆T=50oC
∆T=T2-T1
50=T2-25
T2=75 oC

2. q = m c Δt + C Δt
q = 200g x 4,2 J/g C x (74-24)C + 125 J/C (74-24)C
= 48250 J = 48,25 kJ
mol CH4 = 2g / 16g/mol = 0,125 mol
0,125 mol membebaskan panas = 48,25 kJ
1 mol CH4 membebaskan panas = 1/0,125 x 48,25kJ = 386 kJ
Jadi entalpi molar pembakaran CH4 = 386 kJ/mol

3. Mol HCL = VHCL x MHCL = (0,1)(2)=(0,2)
Mol NaOH = VNaOH x MNaHO=(0,1)(1)=0,1
Mol pembatas = mol NaCl = 0,1 mol
Vlarutan = Vair = 200mL
m larutan = mair = (200) (1) = 200 g
Kalor yang diterima:
qlarutan=m.c. ∆t=(200)(4,2)(31,5-25)=5.460 J
q reaksi + q larutan=0Kalor yang dilepas reaksi: q reaksi = - q larutan = -5.460J=-5,46 kJ
Jadi ∆Hreaksi 0,1 mol = -5,46 kJ → ∆Hreaksi 1 mol = -5,46 / 0,1 = -54,6 kJ


4. qair=m.c. Δt=(6000)(4,2)(88,5-25,8)=1.605.240J=1.605,24 kJ
qkalorimeter=C. Δt=(2.740)( 88,5-25,8)=174.538J=174,538kJ
q reaksi + q larutan=0
qreaksi = – (qair + qkalorimeter) =-(1.605,24 kJ+174,538kJ)=-1.779,8kJ
∆Hreaksi = q larutan =-1.779,8kJ
Mol CH4 = = 2 mol → ∆Hpembakaran 2mol CH4 =-1.779,8kJ
∆Hc CH4 = = - 890 kJ/mol