Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur perubahan suhu dari besaran zat tertentu yang diketahui (biasanya air). Perubahan suhu ini adalah karena panas yang diserap atau dilepaskan dalam proses yang sedang dipelajari; kimia jika merupakan reaksi, atau fisik jika terdiri dari perubahan fase atau keadaan.
Di laboratorium, kalorimeter paling sederhana yang dapat ditemukan adalah gelas kopi. Ini digunakan untuk mengukur panas yang diserap atau dilepaskan dalam reaksi tekanan konstan, dalam larutan air. Reaksi dipilih untuk menghindari intervensi reagen atau produk gas.
Meskipun bukan suatu mesin yang indah, kalorimeter adalah alat yang sangat berguna. Mereka digunakan untuk menentukan kalori (energi makanan) dalam makanan, serta hasil rata-rata kalor dari pembakaran berbagai kelas batubara dan minyak. Harga batu bara sering tergantung pada hasil panas dari sampel yang dibakar dalam kalorimeter.
Dalam reaksi eksoterm, jumlah panas yang dilepaskan dapat dihitung dari kenaikan suhu kalorimeter dan larutan encer:
Jumlah panas yang dilepaskan dalam reaksi = jumlah panas yang diserap oleh kalorimeter + jumlah panas yang diserap oleh larutan
Jumlah panas yang diserap oleh kalorimeter disebut kapasitas kalor kalorimeter. Ini ditentukan dengan memasok sejumlah panas yang diketahui ke kalorimeter dengan massa air tertentu. Kemudian, kenaikan suhu kalorimeter dan larutan yang dikandungnya diukur.
Dengan data ini, dan penggunaan panas spesifik atau kalor jenis air (4,18 J / g.ºC), kapasitas kalori kalorimeter dapat dihitung. Kapasitas kalor kalorimeter ini juga disebut konstanta kalorimeter.
Di sisi lain, panas yang diperoleh oleh larutan berair sama dengan m · ce · Δt. Dalam rumus m = massa air, ce = panas spesifik air dan Δt = variasi suhu. Mengetahui semua ini, seseorang kemudian dapat menghitung jumlah panas yang dilepaskan oleh reaksi eksotermik.
Pengertian
Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur perubahan energi termal atau perpindahan panas. Lebih khusus lagi, mengukur kalori. Kalori adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan satu gram air dengan satu derajat Celcius. Dengan demikian, kalorimeter mengukur perubahan suhu yang telah diketahui jumlah airnya.
Jika reaksi dilakukan dalam bejana reaksi, atau jika massa diukur dari zat dipanaskan yang ditempatkan dalam air kalorimeter, perubahan suhu air memungkinkan kita untuk menghitung perubahan energi panas.
Fungsi kalorimeter tergantung pada kekekalan energi dalam sebuah sistem terisolasi tertutup. Kalorimeter secara cermat terisolasi sehingga perpindahan panas kedalam atau keluar diabaikan. Perhatikan contoh berikut ini.
Contoh Soal: Sebuah sampel 0.500 kg air dalam kalorimeter dengan suhu 15,0 º C. Sebuah balok seng 0,0400 kg dengan suhu 115,0 º C ditempatkan di dalam air. Kalor jenis seng adalah 388 J / kg • º C. Cari suhu akhir dari sistem.
Solusi: panas yang hilang oleh balok seng akan sama dengan kenaikan panas oleh air dalam kalorimeter. Dalam rangka untuk mengatur kenaikan panas secara matematis sama dengan kehilangan panas, salah satu dari persyaratan harus dibuat negatif atau perubahan suhu harus dibalik. Anda juga harus mencatat bahwa suhu akhir air dan balok seng akan sama ketika kesetimbangan tercapai.
Contoh Soal:. Sebuah balok aluminium dengan massa 100 g pada suhu 100,0 º C ditempatkan dalam 100 g air pada 10,0 º C.. Suhu akhir campuran adalah 25,0 º C. Berapa kalor jenis dari aluminium yang ditentukan oleh percobaan?
Sejarah kalorimeter
Pada tahun 1780, A. L. Lavoisier, seorang ahli kimia Prancis, yang dianggap sebagai salah satu bapak kimia, menggunakan kelinci percobaan untuk mengukur produksi panas dengan cara bernafas.
Bagaimana? Menggunakan perangkat yang mirip dengan kalorimeter. Panas yang dihasilkan oleh kelinci percobaan dibuktikan dengan mencairnya salju di sekitar peralatan.
Para peneliti A. L Lavoisier (1743-1794) dan P. S. Laplace (1749-1827) merancang kalorimeter yang digunakan untuk mengukur panas spesifik suatu benda dengan metode pencairan es.
Kalorimeter terdiri dari gelas bevel silinder, dipernis, didukung oleh tripod dan diakhiri secara internal dengan corong. Di dalam, gelas lain ditempatkan, mirip dengan yang sebelumnya, dengan tabung yang melewati ruang luar dan yang dilengkapi dengan kunci. Di dalam gelas kedua ada kotak.
Makhluk atau objek yang panas spesifiknya ditentukan ditempatkan pada grid ini. Es ditempatkan di dalam bejana konsentris, juga di keranjang.
Panas yang dihasilkan oleh tubuh diserap oleh es, menyebabkan es mencair. Dan air cair yang dihasilkan oleh pencairan es dikumpulkan, membuka kunci kaca internal.
Dan akhirnya, saat air menimbang, massa es yang meleleh itu diketahui.
Bagian Kalorimeter
Kalorimeter yang paling banyak digunakan di laboratorium pengajaran kimia adalah kalorimeter gelas kopi atau kalorimeter bom. Kalorimeter ini terdiri dari gelas kimia, atau wadah dari bahan anime yang memiliki sifat isolasi tertentu. larutan air ditempatkan di dalam wadah ini dengan tubuh yang akan menghasilkan atau menyerap panas.
Di bagian atas wadah kalorimeter ditempatkan tutup bahan isolasi dengan dua lubang. Dalam satu lubang, termometer diperkenalkan untuk mengukur perubahan suhu, dan yang lain pengaduk, lebih disukai dari bahan gelas, yang memenuhi fungsi memindahkan isi larutan berair.
Jenis dan karakteristiknya
Kalorimeter cangkir kopi
Kalorimeter cangkir kopi adalah salah satu yang digunakan dalam penentuan panas yang dilepaskan oleh reaksi eksoterm, dan panas diserap dalam reaksi endoterm.
Selain itu, dapat digunakan dalam menentukan panas spesifik benda; yaitu, jumlah panas yang perlu diserap satu gram zat untuk menaikkan suhunya satu derajat Celcius..
Kalorimeter bom
Kalorimeter bom adalah perangkat di mana jumlah panas yang dilepaskan atau diserap dalam reaksi yang terjadi pada volume konstan diukur.
Reaksi berlangsung dalam wadah baja yang kuat, yang direndam dalam volume air yang besar. Ini membuat suhu air berubah kecil. Oleh karena itu, diasumsikan bahwa perubahan yang terkait dengan reaksi diukur pada volume dan suhu yang konstan.
Ini menunjukkan bahwa tidak ada usaha yang dilakukan ketika reaksi dilakukan dalam kalorimeter bom.
Reaksi dimulai dengan memasok listrik melalui kabel yang terhubung ke pompa.
Kalorimeter adiabatik
Kalorimeter adiabatik ditandai dengan memiliki struktur isolasi yang disebut perisai. Perisai terletak di sekitar sel tempat perubahan panas dan suhu terjadi. Demikian juga, itu terhubung ke sistem elektronik yang mempertahankan suhunya sangat dekat dengan sel, untuk menghindari perpindahan panas.
Dalam kalorimeter adiabatik perbedaan suhu antara kalorimeter dan sekitarnya diminimalkan; serta koefisien perpindahan panas dan waktu untuk pertukaran panas diminimalkan.
Bagian-bagiannya terdiri dari:
- Sel (atau wadah), diintegrasikan ke dalam sistem isolasi yang digunakannya untuk menghindari kehilangan panas.
- Termometer, untuk mengukur perubahan suhu.
- Sebuah pemanas, terhubung ke sumber tegangan listrik yang dapat dikendalikan.
- Dan perisai, sudah disebutkan.
Sifat seperti entropi, suhu Debye, dan kerapatan elektron dapat ditentukan dalam jenis kalorimeter ini.
Kalorimeter isoperibol
Kalorimeter isoperibol adalah perangkat di mana sel reaksi dan pompa direndam dalam struktur yang disebut jaket. Dalam hal ini, jaket yang disebut terdiri dari air, dijaga pada suhu konstan.
Suhu sel dan pompa meningkat ketika panas dilepaskan selama proses pembakaran; tetapi suhu jaket air dipertahankan pada suhu yang tetap.
Mikroprosesor mengontrol suhu sel dan jaket, membuat koreksi yang diperlukan untuk panas kebocoran yang dihasilkan dari perbedaan antara dua suhu.
Koreksi ini diterapkan terus menerus, dan dengan koreksi akhir, berdasarkan pengukuran sebelum dan sesudah pengujian.
Kalorimeter aliran
Dikembangkan oleh Caliendar, ia memiliki perangkat untuk memindahkan gas dalam sebuah wadah dengan kecepatan konstan. Menambahkan panas mengukur peningkatan suhu dalam cairan.
Kalorimeter aliran ditandai dengan:
- Pengukuran akurat kecepatan aliran konstan.
- Pengukuran tepat dari jumlah panas yang dimasukkan ke dalam cairan melalui pemanas.
- Pengukuran akurat kenaikan suhu dalam gas yang disebabkan oleh input energi
- Desain untuk mengukur kapasitas gas di bawah tekanan.
Kalorimeter bom untuk kalorimetri pemindaian diferensial
Ini ditandai dengan memiliki dua wadah: dalam satu sampel untuk dipelajari ditempatkan, sementara yang lain disimpan kosong atau bahan referensi digunakan.
Kedua wadah dipanaskan dengan laju energi yang konstan, dengan menggunakan dua pemanas independen. Saat pemanasan kedua wadah dimulai, komputer akan merencanakan perbedaan aliran panas dari pemanas terhadap suhu, sehingga menentukan aliran panas.
Selain itu, variasi suhu dapat ditentukan sebagai fungsi waktu; dan akhirnya, kapasitas kalori.
Fungsi
Dalam kimia fisik
- Kalorimeter dasar, jenis gelas kopi, memungkinkan untuk mengukur jumlah panas yang dikeluarkan atau diserap oleh tubuh. Mereka dapat menentukan apakah suatu reaksi eksoterm atau endoterm. Selanjutnya, panas spesifik suatu benda dapat ditentukan.
- Kalorimeter adiabatik telah digunakan untuk menentukan entropi proses kimia dan kerapatan elektron.
Dalam sistem biologis
- Mikrokalorimeter digunakan untuk mempelajari sistem biologis yang mencakup interaksi antar molekul, serta perubahan konformasi molekuler yang terjadi; misalnya, dalam terungkapnya suatu molekul. Jalur ini mencakup pemindaian diferensial dan titrasi isotermal.
- Mikrokalorimeter digunakan dalam pengembangan obat molekul kecil, bioterapi, dan vaksin.
Kalorimeter bom oksigen dan daya kalori
Pembakaran berbagai zat terjadi dalam kalorimeter bom oksigen, dan kekuatan kalorinya dapat ditentukan. Di antara zat yang dipelajari melalui penggunaan kalorimeter ini adalah: batubara dan kokas; minyak nabati, baik yang berat maupun yang ringan; bensin dan semua bahan bakar motor.
Serta jenis bahan bakar untuk reaktor pesawat; limbah bahan bakar dan pembuangan limbah; produk makanan dan suplemen untuk nutrisi manusia; tanaman pakan ternak dan suplemen untuk pakan ternak; Bahan bangunan; bahan bakar roket dan propelan.
Demikian juga, kekuatan kalori telah ditentukan oleh kalorimetri dalam studi termodinamika bahan yang mudah terbakar; dalam studi keseimbangan energi dalam ekologi; dalam bahan peledak dan bubuk termal dan dalam pengajaran metode termodinamika dasar.
Ringkasan
- Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur perubahan energi termal atau perpindahan kalor.
- Jika reaksi dilakukan dalam bejana reaksi atau jika massa diukur dari zat dipanaskan yang ditempatkan dalam air kalorimeter, perubahan suhu air memungkinkan kita untuk menghitung perubahan energi kalor.