Kalorimeter adalah yang digunakan untuk mengukur volume dan panas yang dihasilkan selama interval waktu tertentu. Aliran dilewatkan melalui tangki sebagian diisi dengan air yang kapasitas termal dan beratnya diketahui sebelum awal percobaan.
Dengan pengukuran peningkatan suhu dan volume air selama durasi waktu yang diketahui, panas dan laju aliran dihitung. Kalorimeter semacam itu sangat cocok untuk pengukuran aliran kecil. Dalam kasus aliran besar, tabung sampel berdiameter kecil (misalnya 0,01 m) dapat dimasukkan untuk mengumpulkan cairan yang akan diukur dengan kalorimeter. Tabung dibuat untuk melintasi seluruh jari-jari sumur.
Waktu pengambilan sampel pada setiap jari-jari harus proporsional dengan luas aliran yang diwakilinya. Metode ini tidak mahal, tetapi hasil yang diperoleh tidak terlalu dapat diandalkan.
Pengertian Kalorimeter
Kalorimeter adalah instrumen yang berguna untuk mengukur aliran panas dari reaksi kimia atau perubahan fisik. Proses mengukur panas ini disebut kalorimetri. Kalorimeter dasar terdiri dari wadah logam berisi air di atas ruang bakar, di mana termometer digunakan untuk mengukur perubahan suhu air. Namun, ada banyak jenis kalorimeter yang lebih kompleks.
Kalorimeter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia. Kalorimeter es pertama dibangun berdasarkan konsep Joseph Black tentang panas laten, diperkenalkan pada 1761. Antoine Lavoisier menciptakan istilah kalorimeter pada 1780 untuk menggambarkan alat yang ia gunakan untuk mengukur panas dari respirasi kelinci percobaan yang digunakan untuk mencairkan salju. Pada tahun 1782, Lavoisier dan Pierre-Simon Laplace bereksperimen dengan kalorimeter es, di mana panas yang diperlukan untuk melelehkan es dapat digunakan untuk mengukur panas dari reaksi kimia.
Adapun kalor merupakan energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu. Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan jumlah kalor yang dipindahkan kesistem. 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.
Prinsip Kerja
Prinsip kerja kalorimeter dengan 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/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 Kalorimeter
Beberapa jenis kalorimeter yang sering dipakai antara lain: kalorimeter alumunium, elektrik, gas dan kalorimeter bom. Berikut ini akan di bahas mengenai kalorimeter bom dan kalorimeter sederhana.
Kalorimeter adiabatik:
Sebagian panas selalu hilang ke wadah dalam kalorimeter adiabatik, tetapi faktor koreksi diterapkan pada perhitungan untuk mengkompensasi kehilangan panas. Kalorimeter jenis ini digunakan untuk mempelajari reaksi kimia.
Kalorimeter Bom:
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.
Kalorimeter reaksi:
Pada kalorimeter jenis ini, reaksi kimia terjadi dalam wadah tertutup berinsulasi. Aliran panas versus waktu diukur untuk sampai pada reaksi panas. Ini digunakan untuk reaksi yang dimaksudkan untuk dijalankan pada suhu konstan atau untuk menemukan panas maksimum yang dilepaskan oleh suatu reaksi.
Kalorimeter Sederhana
Kalorimeter tekanan konstan:
Instrumen ini mengukur perubahan entalpi suatu reaksi dalam larutan dalam kondisi tekanan atmosfer konstan. Contoh umum dari jenis perangkat ini adalah kalorimeter cangkir kopi.
Fungsi Kalorimeter
Fungsi kalorimeter tergantung pada kekekalan energi dalam sebuah sistem terisolasi tertutup. Kalorimeter digunakan untuk menentukan kalori (energi makanan) dalam makanan. Dan untuk mengetahui besar energi yang dibebaskan pada suatu sistem menentukan perubahan kalor.
Kalorimeter tidak hanya digunakan untuk mengukur kalor jenis bahan logam, melainkan dapat juga digunakan untuk keperluan lain yang berkaitan dengan kalor (jumlah kalor). Beberapa kegunaan kalorimeter yang lain adalah untuk menunjukkan asas Black, mengukur kesetaraan kalor listrik, mengukur kalor lebur es, mengukur kalor uap, dan mengukur kalor jenis cairan.
Contoh Soal dan Pembahasan
Berikut ini adalah beberapa contoh soal kalorimeter beserta pembahasannya yakni sebagai berikut:
Dalam suatu kalorimeter direaksikan 100 cm3 larutan NaOH 1 M dengan 100 cm3 larutan HCl 1 M, ternyata suhunya naik dari 250C menjadi 310C. kalor jenis larutan dianggap sama dengan kalor jenis air yaitu 4,18 Jg-1K-1 dan massa jenis larutan dianggap 1 g/cm3. Jika dianggap bahwa kalorimeter tidak menyerap kalor, tentukanlah perubahan entalpi dari reaksi
NaOH (aq) + HCl(aq) NaCl (aq) + H2O (l)
Penyelesaian :
qsistem = qlarutan + qkalorimeter
karena q kalorimeter diabaikan maka
qsistem = qlarutan
massa larutan = m NaOH + m HCl
= (100 + 100) = 200 gram
t = 31 – 25
= 60C
= 6 K
qlarutan = mlarutan x c larutan x t
= 200 gram x 4,18 J gram-1K-1x 6 K
= 5016 Joule
= 5,016 kJ
NaOH = HCl = 0,1 L x 1 mol/L
= 0,1 mol
Jadi pada reaksi antara 0,1 mol NaOH dengan 0,1 mol HCl terjadi perubahan kalor = 5,016 kJ maka untuk setiap 1 mol NaOH bereaksi dengan 1 mol HCl akan terjadi perubahan kalor
= 5,016 kJ/0,1 mol
= 50,16 kJ/mol
Karena pada saat reaksi suhu sistem naik maka berarti reaksinya eksoterm, dan perubahan entalpinya berharga negatif.
Persamaan termokimianya :
NaOH(aq) + HCl (aq) NaCl(aq) + H2O (l) H = – 50,16 kJ
Pengertian Kalorimetri
Kalorimetri adalah ilmu atau tindakan mengukur perubahan dalam variabel keadaan tubuh untuk tujuan menurunkan perpindahan panas yang terkait dengan perubahan keadaannya, misalnya, pada reaksi kimia, perubahan fisik, atau transisi fase di bawah batasan yang ditentukan. Kalorimetri dilakukan dengan kalorimeter.
Kalorimeter memberikan cara yang sangat langsung untuk mengukur nilai panas karena membakar sampel gas dan mengukur panas yang dihasilkan. GC bersama dengan suhu dan tekanan atau densitometri harus melengkapi kalorimetri karena kerapatan gas diperlukan untuk pengukuran energi. Kalorimeter mengukur nilai pemanasan volumetrik standar pada kondisi tekanan rendah. Jika kalorimeter dapat mengukur nilai kalor volumetrik aktual pada suhu dan tekanan mengalir atau nilai kalor massa maka pengukuran kerapatan tambahan tidak diperlukan untuk meter berbasis volume.
Kalorimeter inferensial juga membakar sampel gas di udara, tetapi alih-alih mengukur panas yang dilepaskan oleh pembakaran, ia menyimpulkan nilai panas dari sifat pembakaran stoikiometrik. Karena nilai panas disimpulkan dari sifat pembakaran online, pendekatan ini lebih cepat daripada GC. Kalorimeter inferensial juga mengukur nilai kalor volumetrik standar (Btu / scf) dan membutuhkan tambahan penggunaan densitometer untuk menentukan laju aliran energi pada meter berbasis volume. Mereka mungkin juga cocok untuk mengukur nilai kalor berbasis massa (Btu / lbm) karena ini merupakan properti komposisi bahan bakar yang bahkan kurang sensitif.
Salah satu desain kalorimeter inferensial yang populer memperbaiki laju aliran udara yang dikirim ke burner, kemudian mengkorelasikan laju aliran sampel ke nilai pemanasan pada kondisi stoikiometrik. Sensor suhu nyala digunakan untuk memberikan umpan balik untuk mengatur laju aliran bahan bakar ke nyala api. Karena kondisi stoikiometrik terjadi di dekat kondisi suhu nyala puncak, laju aliran bahan bakar bervariasi hingga suhu nyala puncak tercapai. Gas dengan nilai kalor tinggi akan membutuhkan laju aliran yang lebih rendah daripada gas dengan nilai kalor lebih rendah untuk mencapai kondisi stoikiometrik. Instrumen dikalibrasi secara berkala dengan gas metana murni yang memiliki nilai kalor yang diketahui.
Desain populer lainnya mempertahankan suhu gas buang pada tingkat yang tetap dengan mengatur pasokan udara ke api, yang kemudian berkorelasi dengan nilai kalor. Masih desain lain memperbaiki laju aliran udara dan menyimpulkan nilai pemanasan dari suhu gas buang.
Keakuratan kalorimeter inferensial adalah sekitar 0,15% dan reproduktifitasnya sekitar ± 3,2 Btu / scf (Stern, 1984).
