KIMIA FISIK I

PERCOBAAN 3

PANAS JENIS

I.          Tujuan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut :

Menghitung panas spesifik dari sampel logam Zink dan logam Aluminium.

II.       Dasar Teori

Panas jenis adalah Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkansuhu dari suatu bahan bermassa m sebesar satu derajat dinamakan panas jenis dari bahan tersebut. Sehingga, jika panas sejumlah Q ditambahkan kesuatu bahan bermassa  m yang mempunyai panas jenis c (Glancoli, 1997).

 Di dalam sistem MKS, satuan untuk panas adalah Kilokalori dan didefinisikan sedemikian hingga panas jenis air adalah satu – yang bermakna bahwa apabila satu kilokalori panas diberikan kepada satukilogram air, maka suhu air akan naik sebesar satu derajat Celsius. Apabiladua atau lebih zat dengan suhu yang berbedabeda dicampurkan, mereka akan setimbang termal setelah beberapa saat karena panas akan mengalir dari zat bersuhu lebih tinggi ke zat yang bersuhu lebih rendah sampai semuazat mempunyai suhu yangsama. Jika bahanbahan penyusun sistem diisolasi  sedemikian hingga tidak ada pertukaran panas dengan lingkungannya, proses tersebut dinamakan adiabatik .Karena panas merupakan satu bentuk dari energi, hokum kekekalan energi mensyaratkan bahwa untuk suatu proses adiabatik jumlah seluruh perpindahan panas antar penyusun sistemharus sama dengan nol.Catatan: jika panas ditambahkan kepada suatu sistem, maka Tak  > Taw dan Q bernilai positif; jika panas diambil dari system maka Tak  < Taw dan Q  bernilai negative (Glancoli, 1997).

Telah disebutkan bahwa jumlah energi yang dimiliki sistemdinyatakan sebagai energi dalam (U). Hukum I termodinamika menyatakanhubungan antara energi sistem dengan lingkungannya jika terjadi peristiwa.Energi dalam sistem akan berubah jika sistem menyerap atau membebaskankalor. Jika sistem menyerap energi kalor, berarti lingkungan kehilangankalor, energi dalamnya bertambah (ΔU > 0), dan sebaliknya, jikalingkungan menyerap kalor atau sistem membebasakan kalor maka energidalam sistem akan berkurang (ΔU < 0), dengan kata lain sistem kehilangankalor dengan jumlah yang sama.Energi dalam juga akan berubah jika sistem melakukan ataumenerima kerja. Walaupun sistem tidak menyerap atau membebaskan kalor,energi dalam sistem akan berkurang jika sistem melakukan kerja, sebaliknyaakan bertambah jika sistem menerima kerja.Sebuah pompa bila dipanaskan akan menyebabkan suhu gas dalam pompa naik dan volumenya bertambah. Berarti energi dalam gas bertambahdan sistem melakukan kerja. Dengan kata lain, kalor (q) yang diberikankepada sistem sebagian disimpan sebagai energi dalam (ΔU) dan sebagianlagi diubah menjadi kerja (w).Secara matematis hubungan antara energi dalam, kalor dan kerjadalam hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut:

ΔU = q + W (6)Persamaan (6) menyatakan bahwa perubahan energi dalam (ΔU)sama dengan jumlah kalor yang diserap (q) ditambah dengan jumlah kerjayang diterima sistem (w) (Astra, 2006).

Rumusan hukum I termodinamika dapat dinyatakan dengan ungkapan atau kata-kata sebagai berikut.” Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah darisatu bentuk ke bentuk yang lain, atau energi alam semesta adalah konstan.”Karena itu hukum ini disebut juga hukum kekekalan energy (Glancoli, 1997) .

Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu kalorimeter sebesar 1 0C pada air dengan massa 1 gram disebut tetapan kalorimetri. Dalam roses ini berlaku asas Black, yaitu:

q_lepas = q_terima

q_{air panas} = q_{air dingin} + q_kalorimeter

m₁ C (T_p - T_c) = m₂ c (T_c - T_d) + (T_c - T_d)

keterangan:

m₁ = massa air panas

m₂ = massa air dingin

c = kalor jenis air

C = kapasitas kalorimeter

T_p = suhu air panas

T_c = suhu air campuran

T_d = suhu air dingin

(Glancoli, 1997) .

Karena kalor jenis bernilai konstan pada suhu yang lebar, kalor jenis benda lain dapat ditentukan dengan memanfaatkan fakta tersebut. Hal ini dapat dilakukan dengan cara memanaskan benda tersebut sampai dengan suhu tertentu kemudian benda itu dicelupkan ke dalam wadah yang suhu dan massanya diketahui. Setelah mencapai kesetimbangan termal, suhu akhir sistem diukur. Jika seluruh sistem terisolasi dengan lingkungannya, panas yang dilepaskan benda sama dengan panas yang diterima air dan wadahnya. Prosedur ini dinamakan kalorimetri dan wadah yang terisolasi tersebut dinamakan kalorimeter. Kalorimeter bekerja berdasarkan asas-asas Black (Glancoli, 1997) .

Pada awal abad ke-19, dua ilmuwan Perancis mengumumkan hukum yang dikenal dengan Hukum transaksi Dulong dan Petit dengan kapasitas kalor zat. Hukum ini sangat membantu dalam mengklarifikasi massa atom dan formula atom. Dulong dan Petit menyatakan hubungan dengan cara yang berbeda namun setara. Mereka mencatat bahwa hasil dari massa atom dan kalor jenis sangat hampir konstan. Dulong dan Petit mengatakan hubungan antara berat atom dengan energi panas. “Energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 mol atom suatu unsure sama dengan 23,6 joule” (Glancoli, 1997) .

III.    Alat dan Bahan

         Adapun alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai  berikut :

A.    Alat

1.      Neraca digital

2.      Gelas kimia 150 ml

3.      Calorimeter

4.      Thermometer

5.      Penangas listrik

6.      Gegep

7.      Gelas ukur 50 ml

8.      Pipet tetes

9.      Tissue

B.     Bahan

1.      Logam Zn

2.      Aquades

3.      Logam Aluminium

IV.    Prosedur Kerja

Adapun prosedur kerja dari percobaan ini yaitu sebagai berikut :                      

•  Mengukur massa kalorimeter, yakni dengan menimbang kalorimeter menggunakan neraca digital.
• Mengukur massa sampel dengan menimbang sampel tersebut pada neraca digital.
• Mengukur 20 ml air lalu memanaskannya.
• Setelah air panas secara sempurna, lalu memasukan sampel (Zn) ke dalam air panas tersebut.
• Mengukur 20 ml air lalu memasukkannya ke dalam kalorimeter.
• Mengukur suhu air dalam kalorimeter tersebut dengan menggunakan termometer (T₁).
• Menyaring sampel (Zn) yang berada dalam air panas tadi (pada prosedur 4) dengan menggunakan tissue lalu memindahkan logam Zn yang telah disaring  tersebut ke dalam kalorimeter dengan sesegera mungkin.
• Mengukur suhu campuran air dan sampel (Zn) dalam kalorimeter dengan memasukan termometer pada lubang pipa bagian tutup kalorimeter (T₂).
• Mengukur massa total kalorimeter yang berisi campuran air dan sampel.
• Mencatat semua data yang diperoleh dari hasil pengamatan dan memasukkannya ke dalam tabel hasil pengamatan.
• Menghitung : massa air (m H₂O), perubahan suhu air ( H₂O), perubahan suhu sampel (  sampel), dan  massa spesifik dari sampel (Zn).
• Mengulangi langkah 2 sampai 11 dengan mengganti sampel Zn dengan sampel Al.

V.       Hasil Pengamatan

                 Adapun hasil pengamatan dari percobaan ini adalah sebagai berikut :

1.            Untuk Zink

No	Perlakuan	Hasil Pengamatan
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.	Massa calorimeter = Wcal (gr) Massa Sampel = W sampel (gr) Suhu awal air dingin = Tcool ( Suhu akhir campuran = Tfiral ( Massa total = m total (gr) Massa air = m H2O (gr) Perubahan suhu air =  ( Panas spesifik air = CH2O (cal/g Panas spesifik sampel = C sampel (cal/g	126,31 gram 8,36 gram 33 ( 34 ( 174,58 gram 39,91 gram 1 ( 1 ( 0,072 (cal/g

2.      Untuk Aluminium

No	Perlakuan	Hasil Pengamatan
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.	Massa calorimeter = Wcal (gr) Massa Sampel = W sampel (gr) Suhu awal air dingin = Tcool ( Suhu akhir campuran = Tfiral ( Massa total = m total (gr) Massa air = m H2O (gr) Perubahan suhu air =  ( Panas spesifik air = CH2O (cal/g Panas spesifik sampel = C sampel (cal/g	126,10 gram 3,42 gram 32,5 ( 33  ( 174,34 gram 44,82 gram 0,5 ( 6,7 ( 0,098 (cal/g

VII.    Pembahasan

Panas jenis adalah Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu dari suatu bahan bermassa m sebesar satu derajat dinamakan panas jenis dari bahan tersebut. Sehingga, jika panas sejumlah Q ditambahkan kesuatu bahan bermassa  m yang mempunyai panas jenis c (Glancoli,1997).

Karakteristik bahan dalam penyerapan kalor ini dinyatakan dalam besaran kalor jenis. Kalor jenis suatu bahan didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg bahan tersebut sebesar 1 C (Astra, 2006).

Adapun tujuan dari percobaan ini antara lain sebagai berikut :Menghitung panas spesifik dari sampel logam Zink dan logam Aluminium.Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur perubahan suhu yang terjadi pada reaksi. Sifat-sifat dari alat kalorimeter yaitu merupakan suatu isolator (tidak menyerap kalor) sehingga system bena-benar dalam keadaan terisolasi. Kenaikkan atau penurunan suhu yang terjadi benar-benar hanya digunakan untuk menaikkan suhu air dalam calorimeter (Astra, 2006).

Untuk percobaan kali ini, dilakukan dengan metode kalorimetri. Dimana bertujuan agar hasil yang di dapatkan lebih akurat. Pada metode ini, yang menjadi instrumennya yaitu Kalorimeter. Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia. Pada dasarnya, kalor yang dibebaskan atau diserap menyebabkan perubahan suhu pada calorimeter. Ada 2 tipe Kalorimeter yaitu calorimeter Bum dan Kalorimeter larutan Kalorimeter Bum adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor(nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna suatu senyawa. Kalorimeter larutan adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat pada reaksi kimia dalam system larutan  (Astra, 2006).

Dalam metode kalorimetri ini digunakan persamaan asas Black (Q lepas = Q terima) atau m₂ c_{2 2} = m₁ c_{1 1}. Nilai m (massa) suatu zat tersebut dapat diperoleh dengan menggunakan konsep mol, yaitu :

                                                                       n =

Dalam percobaan ini dilakukan dengan beberapa prosedur yaitu mengukur massa kalorimeter dengan cara menimbang calorimeter dengan menggunakan neraca digital. Hal ini bertujuan agar mengetahui massa awal dari calorimeter itu sendiri, selain itu digunakannya kalorimeter dalam percobaan ini,karena kalorimeter merupakan alat yang paling akurat serta efisien dalam mengukur suhu (Astra, 2006).

Langkah yang kedua yaitu menimbang sampel logam Zn dan logam Aluminium pada neraca digital. Penimbangan ini dilakukan agar mengetahui massa sampel tersebut. Langkah yang ketiga yaitu mengukur 20 ml air yang kemudian di panaskan di penangas listrik. Selanjutnya adalah setelah air mulai panas sempurna atau sudah mencapai suhu 100 C kemudian di masukkan sampel ke dalam air panas tersebut, hal ini bertujuan agar mengeluarkan kalor yang ada pada logam tersebut (Glancoli,1997).

Perlakuan selanjutnya adalah mengukur air sebanyak 20 ml lalu memasukkannya ke dalam kalorimeter. Selanjutnya yaitu mengukur suhu air dalam calorimeter dengan menggunakan thermometer (T₁). Setelah itu menyaring sampel yang telah dimasukkan ke dalam air panas tadi dengan menggunakan tissue lalu memasukkannya kedalam calorimeter sesegera mungkin (Astra, 2006).

Kemudian mengukur suhu (T₂) di dalam calorimeter yang telah berisi sampel dengan cara memasukkan thermometer ke dalam calorimeter melalui lubang yang ada di atas penutup calorimeter itu sendriri. Perlakuan selanjutnya yaitu mengukur massa total calorimeter yang berisikan campuran air dan sampel dengan menggunakan neraca digital (Astra, 2006).

               Dulong dan Petit mengemukakan hubungan antara berat atom dengan energi panas. Mereka menyatakan “Energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 mol atom suatu unsure sama dengan 23,6 joule” (Staf Pengajar, 2013).

   Asas black menyatakan energi panas yang dikeluarkan oleh suatu benda bersuhu tinggi sama dengan energi panas yang diserap oleh benda bersuhu rendah. Pernyataan diatas dapat di jadikan landasan dalam melakukan percobaan ini. Dimana pada percobaan ini air berperan sebagai penerima atau penyerap kalor dan kedua logam (Zn dan Al) berperan sebagai pelepas kalor (Staf Pengajar, 2013).

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, didapatkan hasil untuk panas jenis sampel yang pertama yaitu Zink adalah 0,072 cal/g  dan untuk nilai panas jenis dari Aluminium adalah 0,098 cal/g  sementara untuk nilai panas jenis dari literature yaitu untuk Zink adalah 0,0109 cal/g  dan untuk aluminium yaitu 0,194 kal/g . perbedaan yang terjadi antara nilai yang di dapatkan dari percobaan dan dari literature yang ada disebabkan karena kurangnya tingkat ketelitian dalam melakukan percobaan ini, seperti pada saat penimbangan dan pada saat membaca suhu yang terlihat pada thermometer (Sugiyarto, 2008).

VIII.  Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dari percobaan ini adalah sebagai berikut :

Adapun kesimpulan yang diperoleh dari percobaan yang telah dilakukan antara lain sebagai berikut :

Panas jenis merupaka kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram suatu zat sebanyak 1⁰C. pada literature panas jenis Zn adalah sebesar 0,109 cal/g⁰C. sedangkan panas jenis yang diperoleh dari hasil percoban untuk logam Zn adalah 0,072 cal/g⁰C dan nilai panas jenis Al yang diperoleh dari hasil percobaan adalah 0,098 cal/g⁰C.

DAFTAR PUSTAKA

Astra, I. dan Setiawan H. 2006. Fisika untuk SMA dan MA kelas10. Piranti Darama Kalokatama: Jakarta

Glancoli.C, Douglas. 1997. Fisika Jilid1 edisi empat. Erlangga: Jakarta

Sugiyarto, T dkk. 2008. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs. Jakarta : Pusat perbukuan, Departemen Penididkan Nasional

Tim dosen Kmia Fisik I. 2013. Penuntun Praktikum Kimia Fisik I. Palu : UNTAD