Kalor Didih, Kalor Lebur Dan Kalor Beku Suatu Zat

Pengaruh kalor pada suatu zat tidak dapat dilihat dengan kasat mata meskipun dapat merubah wujud zat. Oleh karena itu, kalor disebut kalor laten.

Kalor Uap

Peristiwa mendidih adalah peristiwa di mana saat suhu dinaikkan, terbentuk gelembung-gelembung uap di dalam permukaan zat cair dan saat suhu diturunkan, gelembung-gelembung uap akan meninggalkan permukaan zat cair.

Dalam peristiwa mendidih, tidak akan terjadi peningkatan pada suhu zat cair. Dan peristiwa mendidih hanya akan terjadi pada suhu tertentu yang mana disebut titik didih.

Jika kalor terus diberikan pada suatu zat yang telah mendidih, tidak akan terjadi kenaikan suhu.

Energi kalor pada zat yang telah mendidih akan mengubah suatu zat cair menjadi berwujud gas. Energi kalor akan dilepaskan ketika uap air mengembun dan kembali menjadi air. Oleh karena itu, uap air pada suhu 100 ^oC memiliki energi kalor lebih besar daripada air pada suhu 100 ^oC.

Kalor uap adalah banyaknya kalor (dalam satuan Joule) yang diperlukan untuk proses penguapan 1 kg zat cair pada titik didihnya.

Zat	Titik Didih Normal (oC)	Kalor Uap (J/kg)
Air	100	2.260.000
Alkohol	78	1.100.000
Raksa	357	272.000
Timah hitam	1750	871.000
Tembaga	1187	5.069.000
Magnesium	1170	128.000
Perak	2193	2.336.000
Emas	2660	1.578.000
Besi	3032	6.340.000
Timbal	1620	735.000
Oksigen	-183	210.000
Nitrogen	-195,8	200.000
Amonia	-33,4	137.000
Tungsten	5900	4.800.000

Pengaruh Tekanan Terhadap Titik Didih

Kenaikan tekanan pada permukaan air akan menaikan titik didih air (> 100 ^oC). Penurunan tekanan pada permukaan air akan menurunkan titik didih air (< 100 ^oC).

Contoh :

Ketika panci presto yang tertutup rapat berisi air dipanaskan, uap akan terperangkap di atas permukaan air. Hal ini menyebabkan tekanan pada permukaan air naik menjadi 2 kali tekanan normal (2 atm).

Kenaikkan tekanan menyebabkan air tidak mendidih pada suhu 100 ^oC, melainkan pada suhu 120 ^oC. Titik didih yang tinggi akan menyebabkan makanan menjadi lebih cepat matang atau tulang ikan menjadi lunak.

Untuk menjaga tekanan uap di atas permukaan air tidak melebihi nilai tekanan yang membahayakan, pancir presto dilengkapi dengan alat pengatur tekanan yang disebut katup pengaman.

Katup pengaman mengandung pemberat yang berada di atas sebuah lubang pada tutup panci. Ketika tekanan uap berlebihan, tekanan uap akan menyebabkan pemberat tersebut terangkat, sehingga sejumlah uap dapat keluar melalui lubang.

Di atas permukaan laut, air mendidih pada suhu 100 ^oC. Semakin tinggi suatu tempat dari permukaan laut, semakin rendah tekanan udaranya dan semakin rendah titik didih air.

Contoh :

- Kota Denver, USA berada pada ketinggian 1600 m dari permukaan laut. Titik didih air adalah 95 ^oC.

- Ibu kota Meksiko, yaitu Mexico City berada pada ketinggian 2309 m dari permukaan laut. Titik didih air berkisar 90 ^oC – 95 ^oC.

- Kota Lhasa, Tibet berada pada ketinggian 3685 m dari permukaan laut. Titik didih air adalah 90 ^oC.

- Gunung Blanc, Swiss memiliki ketinggian 4807 m dari permukaan laut. Titik didih air adalah 85 ^oC.

- Gunung Everest, Nepal – Tibet memiliki ketinggian 8848 m dari permukaan laut. Titik didih air adalah 70 ^oC.

Pengaruh Ketidakmurnian Zat Terhadap Titik Didih

Ketidakmurnian suatu zat dapat menaikkan titik didihnya.

Contoh :

Air yang diberi sesendok gula atau sesendok garam memiliki titik didih di atas 100 ^oC. Oleh karena itu, titik didih air laut lebih tinggi daripada titik didih air murni/biasa.

Rumus :

Q = m . U

U = Q/ m

m = Q/ U

Keterangan :

Q adalah kalor (Joule atau J)

m adalah massa zat (kg)

U adalah kalor uap (J/kg)

Contoh 1 :

Hitunglah banyak kalor yang diperlukan untuk menguapkan 2 kg air pada suhu 100 ^oC !

Jawab :

Diketahui bahwa :

M air = 2 kg

U air = 2.260.000 J/kg

Maka,

Q = m x U

   = 2 x 2.260.000 = 4.520.000 J

Contoh 2 :

Sebanyak 920 kJ energi diberikan pada sebuah wadah berisi 5 kg air 100 ^oC. Berapa banyak air yang menguap dari wadah itu?

Jawab :

Diketahui bahwa :

Q = 920 kJ

U = 2.260.000 J/kg = 2260 kJ

Maka,

m = Q/ U

    = 920/ 2260 = 0,407 = 0,41 kg

Contoh 3 :

Hitunglah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg air pada suhu 80 ^oC !

Jawab :

Seperti yang telah kita ketahui bahwa air hanya dapat mendidih pada suhu 100 ^oC. Oleh karena itu, suhu 80 ^oC dinyatakan sebagai suhu awal.

Pada soal ini, kita perlu mencari kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air dari 80 ^oC ke titik didih 100 ^oC dengan rumus :

Q₁ = m . c . ∆T

Diketahui bahwa :

m = 1 kg

c = 4200 J/kg ^oC → kalor jenis air

∆T = 100 ^oC – 80 ^oC = 20 ^oC

Q₁ = m . c .  ∆T

   = 1 . 4200 . 20 = 84.000 J

Sedangkan kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan air 100 ^oC menjadi uap air 100 ^oC adalah

Q₂ = m . U

   = 1. 2.260.000 = 2.260.000 J

Maka, kalor yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg air dari suhu 80 ^oC menjadi uap air 100 ^oC adalah

Q = Q₁ + Q₂

   = 84.000 + 2.260.000 = 2.344.000 J

Kalor Lebur Dan Kalor Beku

Kalor lebur adalah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan 1 kg zat padat menjadi 1 kg zat cair pada titik leburnya. Sedangkan, kalor yang dilepaskan ketika 1 kg zat cair membeku atau berubah wujud menjadi zat padat pada titik bekunya disebut kalor beku.

Titik lebur suatu zat sama dengan titik beku suatu zat yang sejenis.

Kalor lebur suatu zat sama dengan kalor beku suatu zat yang sejenis.

Oleh karena itu, rumus kalor lebur dan kalor beku adalah sama.

Pengaruh Tekanan Terhadap Titik Lebur

Tekanan yang diberikan pada suatu zat dapat menurunkan titik lebur zat tersebut.

Contoh :

Es melebur pada suhu 0 ^oC pada tekanan normal (1 atm). Jika diberi tekanan 2 atm, titik lebur es turun menjadi -0,007 ^oC. Tekanan akan kembali normal jika suatu materi (contoh : kawat yang diberi beban) yang memberi tekanan pada bagian es yang melebur telah lewat, sehingga air yang melebur dapat kembali membeku atau menjadi es.

Pengaruh Ketidakmurnian Zat Terhadap Titik Lebur

Ketidakmurnian suatu zat padat dapat menurunkan titik lebur es (< 0 ^oC), sehingga pada suhu di bawah 0 ^oC zat padat dapat melebur

Contoh :

Penambahan garam pada campuran air dan es dapat menurunkan titik lebur es hingga -20 ^oC, seperti pada proses pembuatan es krim. Untuk melebur diperlukan kalor. Karena kalor tidak disuplai dari luar, maka kalor diambil dari dalam es, sehingga suhu es akan turun lebih jauh walaupun es dalam keadaan cair.

Rumus :

Q = m . L

L = Q/ m

m = Q/ L

Keterangan :

Q adalah kalor (Joule atau J)

M adalah massa suatu zat (kg)

L adalah kalor lebur atau kalor beku (J/kg)

Zat	Titik Lebur (oC)	Kalor Lebur (J/kg)
Air	0	336.000
Alkohol	-97	69.000
Raksa	-39	120.000
Aluminium	660	403.000
Tembaga	1083	206.000
Platina	1769	113.000
Timbal	327	25.000
Timah hitam	327	25.000
Helium	-269,65	5230
Magnesium	650	8480
Besi	1535	289.000
Emas	1064	64.500
Perak	962	88.000
Sulfur/Belerang	119	38.100
Seng	420	100.000
Tungsten	3410	184.000
Amonia	-77,8	33.000
Oksigen	-218,8	14.000
Nitrogen	-210,0	26.000

Contoh 1 :

Sebanyak 28 gram zat padat dipanaskan. Apabila grafik kalor zat padat tersebut adalah sebagai berikut :

Berapa titik lebur dan kalor lebur zat padat tersebut ?

Jawab :

m = 28 gram = 0,028 kg

Pada peristiwa melebur, kalor yang diberikan pada suatu zat tidak dapat menaikkan suhu/tidak terjadi kenaikkan suhu. Jadi, proses melebur ditunjukkan oleh garis BC. Maka, titik lebur zat tersebut adalah 320 ^oC.

Berdasarkan grafik tersebut kalor yang diberikan pada suatu zat untuk melebur adalah

Q = 1500 – 900 = 600 J

Maka,

L = Q/ m

   = 600/0,028 = 21.429 J/kg

Contoh 2 :

Berdasarkan grafik di bawah ini terlihat hubungan antara kenaikkan suhu dengan kalor yang diserap oleh 50 gram es. Kalor jenis es 0,5 kal/g ^oC dan kalor lebur es 80 kal/g ^oC. Berapa nilai Q₂ dalam grafik tersebut ?

Jawab :

Diketahui bahwa :

c = 0,5 kal/g ^oC

m = 50 gram

∆T = 100 – 0 = 100 ^oC

Q₁ = m . c . ∆T

     = 50 . 0,5 . 100 = 2500 J

Dan

Q = m . L

   = 50 . 80 = 4000 J

Maka,

Q = Q₁ + Q₂

4000 = 2500 + Q₂

4000 – 2500 = Q₂

Q₂ = 1500 J

Contoh 3 :

Hitunglah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk melebur 500 gram es pada suhu -4 ^oC jika kalor jenis es adalah 2100 J/kg ^oC dan kalor lebur es adalah 340.000 J/kg !

Jawab :

Diketahui bahwa :

c = 2100 J/kg ^oC

m = 500 g = 0,5 kg

∆T = 0 – (-4) = 4 ^oC

L = 340.000 J/kg

Q₁ = m . c . ∆T

    = 0,5 . 2100 . 4 = 4200 J

Q₂ = m . L

    = 0,5 . 340.000 = 170.000 J

Maka,

Q = Q₁ + Q₂

   = 4200 + 170.000 = 174.200 J

Artikel Terkait :

Kalor Dan Perubahan Wujud Zat