TERMODINAMIKA: Jenis-jenis Kalorimeter

Jenis-jenis Kalorimeter

Beberapa jenis kalorimeter :

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 DT

dengan :

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

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 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) 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 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

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 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 )