KALOR JENIS: TERDIRI DARI APA, CARA PENGHITUNGANNYA, DAN CONTOH - KIMIA

The spesifik panas adalah jumlah energi yang akan diserap satu gram zat untuk meningkatkan suhunya dengan satu derajat celsius. Ini adalah sifat fisik yang intensif, karena tidak bergantung pada massa karena hanya diekspresikan untuk satu gram zat; akan tetapi, ini terkait dengan jumlah partikel dan massa molar mereka, serta gaya antarmolekul yang mengikatnya.

Jumlah energi yang diserap oleh zat dinyatakan dalam satuan joule (J), dan lebih jarang, dalam kalori (Cal). Umumnya, diasumsikan bahwa energi diserap melalui panas; namun, energi dapat berasal dari sumber lain, seperti pekerjaan yang dilakukan pada zat (pengadukan yang ketat, misalnya).

Air mendidih. Sumber: Pixabay

Gambar di atas menunjukkan ketel dari mana uap air yang dihasilkan oleh pemanas dilepaskan. Untuk memanaskan air, air harus menyerap panas dari api yang terletak di bawah ketel. Dengan demikian, seiring berjalannya waktu, dan tergantung dari intensitas api, air akan mendidih saat mencapai titik didihnya.

Panas spesifik menentukan berapa banyak energi yang dikonsumsi air untuk setiap derajat ºC saat suhunya meningkat. Nilai ini konstan jika volume air yang berbeda dipanaskan dalam ketel yang sama, karena seperti yang disebutkan di awal, ini adalah properti intensif.

Yang berbeda adalah jumlah total energi yang diserap oleh setiap massa air yang dipanaskan, juga dikenal sebagai kapasitas panas. Semakin besar massa air yang akan dipanaskan (2, 4, 10, 20 liter), semakin besar kapasitas kalornya; tetapi kalor jenisnya tetap sama.

Sifat ini bergantung pada tekanan, suhu dan volume; namun, demi pemahaman sederhana, variasi terkait mereka dihilangkan.

Apa kalor jenis?

Apa arti panas spesifik untuk zat tertentu telah ditentukan. Namun, arti sebenarnya lebih baik diekspresikan dengan rumusnya, yang membuatnya jelas melalui unit-unitnya yang merupakan jarak bebas yang terlibat ketika variabel yang bergantung padanya dianalisis. Rumusnya adalah:

Ce = Q / ΔT m

Dimana Q adalah kalor yang diserap, ΔT perubahan suhu, dan m adalah massa zat; yang menurut definisi sesuai dengan gram. Melakukan analisis terhadap unitnya, kami memiliki:

Ce = J / ºC · g

Yang juga dapat diekspresikan dengan cara berikut:

Ce = kJ / K g

Ce = J / ºC · Kg

Yang pertama adalah yang paling sederhana, dan dengan itu contoh akan didekati di bagian berikut.

Rumus tersebut secara eksplisit menunjukkan jumlah energi yang diserap (J) oleh satu gram zat dalam satu derajat ºC. Jika kita ingin menghapus jumlah energi ini, kita harus mengesampingkan persamaan J:

J = Ce · ºC · g

Yang diekspresikan dengan cara yang lebih tepat dan menurut variabelnya adalah:

Q = Ce ΔT m

Bagaimana kalor jenis dihitung?

Air sebagai referensi

Dalam rumus di atas, 'm' tidak mewakili satu gram zat, karena sudah secara implisit ditemukan di Ce. Rumus ini sangat berguna untuk menghitung kalor spesifik berbagai zat melalui kalorimetri.

Bagaimana? Menggunakan definisi kalori, yaitu jumlah energi yang dibutuhkan untuk memanaskan satu gram air dari 14,5 hingga 15,5ºC; ini sama dengan 4.184 J.

Kalor jenis air terlalu tinggi secara tidak normal, dan sifat ini digunakan untuk mengukur kalor jenis zat lain dengan mengetahui nilai 4,184 J.

Apa artinya kalor jenis tinggi? Bahwa ia menawarkan ketahanan yang cukup besar untuk meningkatkan suhunya, sehingga ia harus menyerap lebih banyak energi; Artinya, air perlu dipanaskan lebih lama dibandingkan dengan zat lain, yang di sekitar sumber panas memanas hampir seketika.

Untuk alasan ini, air digunakan dalam pengukuran kalorimetrik, karena air tidak mengalami perubahan suhu secara tiba-tiba saat menyerap energi yang dilepaskan dari reaksi kimia; atau, untuk kasus ini, dari kontak dengan bahan lain yang lebih panas.

Ekuilibrium termal

Karena air perlu menyerap banyak panas untuk meningkatkan suhunya, panas dapat berasal dari logam panas, misalnya. Dengan mempertimbangkan massa air dan logam, pertukaran panas akan terjadi di antara mereka sampai yang disebut kesetimbangan termal tercapai.

Saat ini terjadi, suhu air dan logam menjadi seimbang. Panas yang dilepaskan oleh logam panas sama dengan panas yang diserap oleh air.

Perkembangan matematika

Mengetahui hal ini, dan dengan rumus terakhir untuk Q yang baru saja dijelaskan, kami memiliki:

Q _Air = -Q _Logam

Tanda negatif menunjukkan bahwa panas dilepaskan dari benda yang lebih hangat (logam) ke benda yang lebih dingin (air). Setiap zat memiliki panas spesifik Ce, dan massanya, jadi ungkapan ini harus dikembangkan sebagai berikut:

Q _Air = Ce _Air · ΔT _Air · m _Air = - ( _Logam Ce · ΔT _Logam · m _Logam )

Yang tidak diketahui adalah _Logam Ce , karena dalam kesetimbangan termal suhu akhir untuk air dan logam adalah sama; selanjutnya diketahui temperatur awal air dan logam sebelum kontak, serta massanya. Oleh karena itu, Ce _Metal harus dibersihkan :

Ce _Metal = (Ce _Air · ΔT _Air · m _Air ) / (-ΔT _Metal · m _Metal )

Tanpa melupakan Ce _Water adalah 4,184 J / ºC · g. Jika ΔT _Air dan ΔT _Metal dikembangkan , kita akan memiliki (T _f - T _Water ) dan (T _f - T _Metal ), masing-masing. Air memanas, sementara logam mendingin, dan itulah sebabnya tanda negatif mengalikan ΔT _Logam, meninggalkan (T _Logam - T _f ). Jika tidak, _Logam ΔT akan bernilai negatif karena T _f lebih kecil (lebih dingin) dari T _Logam .

Persamaan tersebut akhirnya diekspresikan sebagai berikut:

Ce _Logam = Ce _Air · (T _f - T _Air ) · m _Air / (T _Logam - T _f ) · m _Logam

Dan dengan itu panas spesifik dihitung.

Contoh perhitungan

Ada sebuah bola logam aneh yang beratnya 130g, dan memiliki suhu 90ºC. Ini direndam dalam wadah 100g berisi air pada suhu 25ºC, di dalam kalorimeter. Setelah mencapai kesetimbangan termal, suhu wadah menjadi 40 ° C. Hitung Ce logam.

Suhu akhir, T _f , adalah 40 ° C. Mengetahui data lain, Ce kemudian dapat ditentukan secara langsung:

Ce _Metal = (4.184 J / ºC · g · (40 - 25) ºC · 100g) / (90 - 40) ºC · 130g

Ce _Metal = 0,965 J / ºC · g

Perhatikan bahwa kalor jenis air kira-kira empat kali kalor logam (4.184 / 0.965).

Jika Ce sangat kecil, semakin besar kecenderungannya untuk memanas; yang terkait dengan konduktivitas dan difusi termal. Logam dengan Ce yang lebih tinggi akan cenderung melepaskan atau kehilangan panas lebih banyak, jika bersentuhan dengan bahan lain, dibandingkan dengan logam lain dengan Ce yang lebih rendah.

Contoh

Panas khusus untuk zat yang berbeda ditunjukkan di bawah ini.

air

Panas jenis air, seperti yang dinyatakan, adalah 4,184 J / ° C · g.

Berkat nilai ini, ia bisa mendapatkan banyak sinar matahari di lautan dan air hampir tidak akan menguap ke tingkat yang cukup berarti. Ini menghasilkan perbedaan termal yang tidak mempengaruhi kehidupan laut. Misalnya, saat Anda pergi ke pantai untuk berenang, meskipun di luar sangat cerah, suhu air terasa lebih rendah dan lebih sejuk.

Air panas juga perlu mengeluarkan banyak energi untuk mendinginkan dirinya sendiri. Dalam prosesnya, ia memanaskan massa udara yang bersirkulasi, menaikkan suhu (sedang) agak di daerah pesisir selama musim dingin.

Contoh menarik lainnya adalah jika kita tidak terbuat dari air, sehari di bawah sinar matahari bisa mematikan, karena suhu tubuh kita akan naik dengan cepat.

Nilai unik Ce ini disebabkan oleh ikatan hidrogen antarmolekul. Ini menyerap panas untuk dipecah, jadi mereka menyimpan energi. Sampai pecah, molekul air tidak akan dapat bergetar meningkatkan energi kinetik rata-rata, yang tercermin dalam peningkatan suhu.

Es

Panas jenis es adalah 2.090 J / ºC · g. Seperti halnya air, ia memiliki nilai yang sangat tinggi. Artinya, gunung es, misalnya, perlu menyerap panas dalam jumlah besar untuk meningkatkan suhunya. Namun, beberapa gunung es saat ini bahkan telah menyerap panas yang dibutuhkan untuk mencair (panas fusi laten).

Aluminium

Kalor jenis aluminium adalah 0,900 J / ºC · g. Ini sedikit lebih rendah dari logam di dalam bola (0,965 J / ºC · g). Di sini panas diserap untuk menggetarkan atom logam aluminium dalam struktur kristalnya, dan bukan molekul individu yang diikat oleh gaya antarmolekul.

Besi

Kalor jenis besi adalah 0,444 J / ºC · g. Lebih kecil dari aluminium, itu berarti bahwa ia menawarkan resistansi yang lebih rendah saat dipanaskan; Artinya, sebelum kebakaran, sepotong besi akan berubah menjadi merah panas lebih awal dari pada sepotong aluminium.

Aluminium lebih tahan terhadap pemanasan, membuat makanan tetap panas lebih lama saat aluminium foil terkenal digunakan untuk membungkus makanan ringan.

Udara

Panas jenis udara kira-kira 1,003 J / ºC · g. Nilai ini sangat bergantung pada tekanan dan suhu karena terdiri dari campuran gas. Di sini panas diserap untuk menggetarkan molekul nitrogen, oksigen, karbon dioksida, argon, dll.

Perak

Terakhir, kalor jenis perak adalah 0,234 J / ºC · g. Dari semua zat yang disebutkan memiliki nilai Ce yang paling rendah, artinya jika dihadapkan dengan besi dan aluminium, sepotong perak akan lebih panas pada saat yang bersamaan dibandingkan dengan dua logam lainnya. Faktanya, ia selaras dengan konduktivitas termalnya yang tinggi.

Referensi

Serway & Jewett. (2008). Fisika: untuk sains dan teknik. (Edisi Ketujuh), Volume 1, Pembelajaran Cengage.
Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Kimia. (Edisi kedelapan). Pembelajaran Cengage.
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5 November 2018). Kapasitas Panas Spesifik dalam Kimia. Diperoleh dari: thinkco.com
Eric W. Weisstein. (2007). Panas Spesifik. Diperoleh dari: scienceworld.wolfram.com
Kapal R. (2016). Panas Spesifik. Universitas Negeri Georgia. Diperoleh dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
Wikipedia. (2019). Panas spesifik. Diperoleh dari: es.wikipedia.org

KALOR JENIS: TERDIRI DARI APA, CARA PENGHITUNGANNYA, DAN CONTOH - KIMIA - 2025