Kalor Dan Perubahan Wujud Zat

Kalor adalah bentuk energi yang dapat berpindah.

Contoh :

a. Jika kita menyentuh ketel yang sedang digunakan untuk memasak air, kalor yang berada dalam ketel akan berpindah ke tangan kita.

b. Jika kita menyentuh batu es, kalor dari dalam tubuh kita akan berpindah ke batu es karena suhu tubuh kita lebih tinggi daripada suhu batu es.

c. Dalam sebuah mikrowave, gelombang mikro dipancarkan ke seluruh ruang, lalu masuk ke dalam makanan. Air yang terkandung dalam makanan akan menyerap energi dari mikrowave.

Ciri-ciri kalor :

- Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah.

- Kalor yang diberikan pada suatu zat sebanding dengan kalor jenis zat (c).

Kalor jenis zat adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1^oC.

- Kalor (Q) yang diberikan pada suatu zat sebanding dengan kenaikan atau perubahan suhu (∆T).

- Kalor yang diberikan pada suatu zat sebanding dengan massa zat (m).

Semakin banyak massa air yang dimasak, maka semakin banyak kalor yang diperlukan.

Karena itu, rumus kalor adalah :

Q = m . c . ∆T

∆T = suhu akhir – suhu awal

Keterangan :

Satuan kalor (Q) adalah J

Satuan massa zat (m) adalah kg

Satuan perubahan suhu (∆T) adalah ^oC atau K

Satuan kalor jenis zat (c) adalah J/Kg.^oC atau J/Kg.K

Berikut ini tabel kalor Jenis beberapa zat :

Zat	Kalor Jenis (J/Kg. oC)	Zat	Kalor Jenis (J/Kg. oC)
Air	4200	Timbal	130
Air laut	3900	Perak	230
Es	2100	Emas	130
Uap air	2010	Kuningan	376
Alkohol	2400	Seng	388
Raksa	140	Timah hitam	130
Spiritus	240	Parafin	2200
Minyak tanah	2200	Karet	170
Gliserin	2400	Kayu	1700
Aluminium	900	Marmer	860
Tembaga	390	Kaca	670
Besi	450	Udara	1000
Baja	450	Badan manusia	3470

Azas Black menyatakan bahwa jumlah kalor yang dilepas suatu benda sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh benda lain.

Faktor-faktor yang memengaruhi besarnya transfer kalor adalah jumlah zat, kalor jenis zat, perubahan suhu dan kapasitas kalor.

1 kalori adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg air sebesar 1 ^oC. Kilokalori merupakan satuan yang lebih besar dari kalori.

Kini untuk menyatakan kalor lebih sering menggunakan satuan joule. Namun, satuan kilokalori dan kalori masih digunakan untuk menunjukkan kandungan energi dalam makanan.

1 joule adalah energi yang digunakan ketika gaya 1 Newton memindahkan suatu benda searah gaya yang sejauh 1 meter. Kilojoule merupakan satuan yang lebih besar dari joule.

1 kalori = 4,2 Joule atau 4,186 Joule

1 Joule = 0,24 kalori atau 0,2389 kalori

1 Joule = 0,000239006 kkal

1 Joule = 10 ⁷ erg (ergon)

1 Joule = 6,242 x 10¹⁸ eV (electron volt)

1 kkal (kilokalori) = 4186 Joule

1 kJ (kilojoule) = 238,9 kalori

1 kJ = 1000 Joule

1 kJ = 10¹⁰ erg

1 kJ = 6,242 x 10²¹ eV

1 eV = 1,602 x 10^-19 Joule

1 keV (kiloelectron volt) = 1,602 x 10^-16 Joule

1 erg = 10^-7 Joule

1 erg = 6,2415 x 10¹¹ eV

Ergon adalah jumlah usaha yang dihasilkan oleh gaya sebesar 1 dyne pada jarak 1 cm.

Joulemeter berfungsi untuk mengukur kalor. Alat untuk mengukur besar pemakaian energi listrik yang dipasang oleh PLN di setiap bangunan termasuk sebuah joulemeter.

Kalorimeter berfungsi untuk mengukur kalor jenis suatu zat.

Kalorimeter terbagi menjadi empat jenis, yaitu :

a. Kalorimeter reaksi untuk menghitung jumlah kalor dari semua reaksi, kecuali reaksi pembakaran.

b. Kalorimeter Bom untuk menghitung jumlah kalor dalam bahan makanan berdasarkan reaksi pembakaran.

c. Kalorimeter Thiemann untuk menghitung jumlah kalor bahan bakar berwujud gas.

d. Kalorimeter listrik untuk menghitung jumlah kalor zat berwujud cair.

Jika kalor dari kalorimeter diperhitungan, rumus untuk menghitung kalor menjadi :

Q = (m . c . ∆T) + (C . ∆T)

Keterangan :

C adalah kapasitas kalor (kJ/^oC)

Kapasitas kalor dapat dihitung dengan rumus :

C = Q / ∆T    atau    C = m . c

Contoh 1 :

Berapa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 250 gram air dari 20 ^oC sampai 100 ^oC?

Jawab :

Diketahui bahwa :

m = 250 g = 0,25 kg

∆T = 100 ^oC – 20 ^oC = 80 ^oC

c = 4200 J/kg. ^oC (berdasarkan tabel di atas)

Maka kalor air adalah,

Q = m . c . ∆T

   = 0,25 . 4200 . 80 = 84.000 Joule

Contoh 2 :

Pada 0,8 kg panci aluminium yang bersuhu 20 ^oC diberikan kalor sebesar 22.500 J. Berapakah suhu akhir panci aluminium tersebut?

Jawab :

Diketahui bahwa :

m panci aluminium = 0,8 kg

Suhu awal = 20 ^oC

Q = 22.500 J

c aluminium = 900 J/kg. ^oC (berdasarkan tabel di atas)

Cari terlebih dahulu nilai ∆T karena ∆T belum diketahui.

Q = m . c . ∆T

∆T = Q / m . c

     = 22.500 / 0,8 . 900

     = 22.500 /  720 = 31,25 = 31 ^oC

Maka suhu akhir panci aluminium,

∆T = suhu akhir – suhu awal

31 = x – 20

-x  = -31 – 20

-x = -51

x = 51 ^oC

Atau

Suhu akhir = Suhu awal + perubahan suhu

Contoh 3 :

Kalor yang dilepas secangkir kopi panas yang memiliki suhu awal 120 ^oC, lalu turun menjadi 70 ^oC adalah 90 kJ. Berapa massa kopi panas dalam cangkir tersebut?

Jawab :

Karena kopi yang telah dimasak berwujud cair, maka kita anggap saja kalor jenis kopi sama dengan kalor jenis air.

Diketahui bahwa :

∆T  = 120 ^oC – 70 ^oC = 50 ^oC

Q = 90 kJ = 90.000 J

c = 4200 J/kg. ^oC

Maka massa secangkir kopi panas,

Q =  m . c . ∆T

m =  Q / c . ∆T

    = 90.000 / 4200 . 50

    = 90.000 / 210.000 = 0,428 = 0,4 kg

Contoh 4 :

20 g NaOH dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air 180 g. Selisih suhu sebelum dan sesudah reaksi berlangsung adalah 5 ^oC. Berapa kalor pelarutan NaOH bila menggunakan bejana aluminium?

Jawab :

Untuk menghitung kalor jika kalor dari kalorimeter tidak diabaikan memerlukan jumlah kapasitas kalor. Maka, kapasitas kalor dicari terlebih dahulu karena dalam soal kapasitas kalor belum diketahui.

Karena dalam soal yang diketahui massa zat, maka digunakan rumus :

C = m . c

Samakan saja kalor jenis NaOH dengan kalor jenis air. Dan ubah satuan gram menjadi kg untuk massa NaOH

m NaOH = 20 g = 0,02 kg

C = m . c

   = 0,02 kg . 4200 J/kg.^oC = 84 J/^oC = 0,084 kJ/^oC

Q  = (m . c . ∆T) + (C . ∆T)

    = (0,02 kg . 4200 J/kg.^oC . 5 ^oC) + (84 J/^oC . 5 ^oC)

    = 420 J + 420 J = 840 J

Contoh 5 :

60 mL NaCl 0,3 M direaksikan dengan 40 mL NaOH 0,7 M dalam kalorimeter yang terbuat dari aluminium. Reaksi ini mengalami kenaikan suhu 5 ^oC. Massa jenis larutan (ρ) adalah 2 g/mL. Apabila kalor yang diserap aluminium diabaikan, berapa kalor dari reaksi tersebut?

Jawab :

Untuk contoh nomor 5 ini terdapat rumus kimia

Diketahui bahwa :

V NaCl = 60 mL

Konsentrasi NaCl [NaCl] = 0,3 M

V NaOH = 40 mL

Konsentrasi NaOH [NaOH] = 0,7 M

∆T = 4 ^oC

c = 900 J/kg.^oC = 0,9 J/g.^oC

ρ = 2 g/mL (jika dalam soal massa jenis larutan memiliki satuan kg/L, maka satuan volume diubah menjadi L)

Vtotal = 60 mL + 40 mL = 100 mL

Untuk mencari massa zat, kita menggunakan rumus :

ρ = m/V → rumus kimia

m = ρ . V = 2 . 100 = 200 g

Maka, kalor dari reaksi adalah

Q = m . c . ∆T

   = 200 . 0,9 . 4 = 720 J

Hubungan Daya Peralatan Listrik Dengan Kalor Yang Dihasilkan

Prinsip kerja peralatan listrik adalah menarik arus listrik dari suplai listrik PLN, sehingga menghasilkan energi listrik.

Energi listrik yang dihasilkan oleh elemen pemanas adalah hasil kali daya ketel listrik dengan selang waktu selama benda tersebut dipanaskan.

W = P . t

Keterangan :

W adalah energi listrik

P = daya ketel listrik (satuan W)

t = waktu (satuan s)

Energi yang dihasilkan oleh elemen pemanas akan memberikan kalor pada sejumlah massa zat dalam ketel listrik.

W = m . c . ∆T

Sehingga dikatakan,

P . t = m . c . ∆T

Contoh :

Pada sebuah ketel listrik tercantum data 220 V 350 W. Ketel listrik tersebut dihubungkan ke suplai listrik PLN 320 V dan digunakan untuk memanaskan 1 liter air, sehingga terjadi kenaikan suhu dari 30 ^oC menjadi 80 ^oC. Berapa lama waktu yang diperlukan, hingga air mendidih?

Jawab :

Diketahui bahwa :

P = 350 W

Massa air = volume air, maka 1 liter = 1 kg

∆T = 80 – 30 = 50 ^oC

c = 4200 J/kg.^oC

Maka waktu yang diperlukan,

P . t = m . c . ∆T

t = m . c . ∆T / P

  = 1 . 4200 . 50 / 350

  = 210.000 / 350 = 600 s = 10 menit (dibagi 60)

Perubahan Wujud Zat

Kalor yang diberikan oleh suatu zat dapat mengubah wujud suatu zat.

Contoh :

Besi yang pada dasarnya berwujud padat, jika mendapat kalor pada suhu tertentu akan berubah wujud menjadi cair. Jika kalor terus diberikan pada suhu yang sangat tinggi, besi yang telah berwujud cair akan menjadi uap atau gas.

Namun, tidak semua zat berwujud padat harus berubah terlebih dahulu menjadi wujud cair. Terdapat beberapa zat tertentu yang dapat berubah wujud dari padat ke gas, seperti kapur barus, yodium dan naftalena.

Contoh :

Sebuah kapur barus yang disimpan dalam lemari pakaian, lambat-laun akan berubah wujud menjadi uap. Jika uap dari kapur barus ditampung lalu didinginkan pada suhu tertentu, uap kapur barus akan berubah wujud menjadi padat. Hal ini dikarenakan uap kapur barus melepaskan kalor ketika didinginkan.

Berikut ini diagram perubahan wujud zat :

Dalam peristiwa melebur diperlukan kalor.

Dalam peristiwa membeku terjadi pelepasan kalor.

Dalam peristiwa menguap diperlukan kalor.

Dalam peristiwa mengembun terjadi pelepasan kalor.

Dalam peristiwa menyublim dari zat padat ke gas diperlukan kalor.

Dalam peristiwa menyublim dari gas ke zat padat terjadi pelepasan kalor.

Volume cairan akan meningkat apabila cairan didinginkan.

Alkohol merupakan salah satu zat yang dapat menguap. Tetapi, saat terjadi penguapan alkohol, uap alkohol tidak tercium oleh kita, melainkan hanya dapat dirasakan, seperti jari kita yang telah dicelupkan ke dalam alkohol akan terasa dingin ketika alkohol menguap.

Zat cair tidak dapat berubah wujud menjadi gas jika tidak diberi kalor dari luar. Jika kalor tidak diberikan dengan pemanasan, zat cair akan mengambil kalor yang diperlukan untuk menguap dari lingkungan sekitarnya, seperti alkohol tersebut yang mengambil kalor dari tubuh manusia.

Jika uap air yang terjadi karena penguapan, seperti pada laut atau sungai memasuki udara dingin, uap air akan kembali ke wujud cair sebagai tetes-tetes air murni. Hal ini merupakan proses pengembunan.

Awan disusun oleh berjuta-juta tetes air yang menggantung di udara.

Lima cara untuk mempercepat penguapan, antara lain :

- Memanaskan suatu zat cair.

- Memperluas permukaan zat cair.

- Meniupkan udara di atas permukaan zat cair.

- Menyemburkan zat cair.

- Mengurangi tekanan pada permukaan zat cair, sehingga jarak antara molekul udara di atas permukaan menjadi lebih renggang. Dan molekul-molekul zat cair di dekat permukaan dapat mengisi ruang kosong di antara molekul-molekul udara tersebut.

Contoh :

- Zat cair yang bersuhu panas dipindahkan ke tempat yang permukaannya lebih luas agar suhu cepat turun.

- Pada pakaian basah yang dijemur di bawah terik matahari. Penguapan air pada pakaian dapat dipercepat dengan pemanasan dari cahaya matahari dan tiupan angin.

- Meniupkan udara di atas permukaan teh hangat.

- Bensin menguap saat disemprotkan ke dalam aliran udara yang bergerak. Campuran udara dan uap bensin diserap oleh karburator mesin mobil untuk pembakaran.

- Jika makanan disimpan dalam tempat yang dingin, seperti lemari es, maka kandungan air dalam makanan akan sulit menguap, sehingga makanan tetap segar.

Artikel Terkait :
Kalori Didih, Kalor Lebur Dan Kalor Beku Suatu Zat