7. BOMB CALORIMETER 7.1. Prinsip Kerja Plain Oxygen Bomb Calorimeter Prinsip Jumlah panas yang diukur dalam kalori, yang dihasilkan apabila suatu bahan atau sampel dioksidasikan dengan sempurna di dalam suatu bomb calorimeter disebut energi total dari bahan atau sampel. Dalam penetapan energi total ini terjadi pengubahan energi kimia dalam suatu bahan atau sampel menjadi energi panas dan diukur jumlah panas yang dihasilkan. 7.2. Tipe/Macam Alat : Secara prinsip terdapat 3 macam : 1.
Isothermal Oxygen Bomb Calorimeter Dalam kalorimeter ini kenaikkan suhu dari vesel bagian dalam (calorimeter bucket) dapat diperiksa, sedang suhu vesel bagian luar (jacket) konstan. Suhu jacket dapat diatur terus-menerus selama penetapan untuk tetap sama dipertaltankan terhadap calorimeter bucket.
2.
Adiatbatic Oxygen Bomb Calorimeter Dalam kalorimeter ini tidak diperlukan lagi koreksi radiasi panas dan hanya memerlukan pemeriksaan suhu awal dan akhir kalorimeter dan suhu jacket perpaku sama terhadap suhu bagian dalam vessel selama penetapan. Perbedaan dengan macamvyang pertama, bahwa isothermal memerlukan pemeriksaan suhu awal, suhu antara dan suhu akhir.
3. Ballistic Oxygen Bomb Calorimeter Dalam alat ini sampel yang diketahui beratnya ditetapkan kalorinya dengan dibakar di dalam suatu bomb yang berisi oxygen yang berlebihan kemudian kenaikkan
suhu
maksimum
dari
bomb
diukur
dengan
thermocouple
dan
galvanometer. Dengan membandingkan kenaikkan suhu dengan sampel standar yang telah diketahui nilai kalorinya dengan cara pembakaran, nilai kalori sampel dapat ditetapkan. Dalam hal ini konstante kalibrasi dihitung dengan pembakaran asam benzoat dalam bomb calorimeter. Khemikalia standar yang dipergunakan dalam kalorimeter adalah :
Universitas Gadjah Mada
I.
asam benzoat : mempunyai nilai kalori 6,32 kcal/g tidak higroskopis terbakar mudah dan sempurna ada yang tersedia dalam bentuk pellet untuk mempermudah penanganan
II.
naphtalene : mempunyai nilai kalori 9,614 kcal/g
III.
sucrose : mempunyai nilai kalori 3,950 kcal/g kedua yang terakhir ini kurang memuaskan hasilnya
IV.
larutan alkali standar: dipakai untuk menitrasi air cucian dalam bomb untuk menempatkan koreksi asam biasanya dipergunakan larutan natrium carbonat 0,0725 N larutan ini ekuivalen dengan 1 kcal/ml
V.
indikator methyl orange atau methyl red
Titrasi : I.
Dilakukan terhadap air cucian dalam bomb yang telah ditampung dalam gelas beaker dan ditambah dengan indikator methyl orange atau methyl red.
II.
Koreksi asam : umumnya bahan makanan yang dibakar mengandung N dan S yang selanjutnya dengan proses pembakaran dan adanya oksigen yang berlebihan akan terbentuk gas N2O3 dan S2O3. Oksida ini dengan air akan membentuk HNO3 dan H2SO4. Panas yang dihasilkan oleh HNO3 0,1 N dalam kondisi bomb adalah 13,8 kcal/ml. iii.Bila H2SO4 juga terbentuk, maka koreksi terhadap H2SO4 juga diperhitungkan berdasarkan atas kadar S dalam sampel.
III.
Kadar S dalam sampel ditetapkan bila lebih besar dari 0,1 % dengan cara analisis gravimetri dari larutan yang tertinggal setelah titrasi dengan Na2CO3.
IV.
Koreksi 1,4 kcal harus dilakukan untuk setiap gram S yang dikonversikan terhadap H2SO4. lni berdasarkan atas panas yang terbentuk oleh 112SO4 0,17 N yaitu 72 kcal/ml. Tetapi koreksi 2 X 13,8 kcal/mol dari S telah dimasukkan di dalam koreksi asam nitrat sehingga penambahan koreksi yang harus diaplikasikan untuk S adalah 72 — (2 X 13, 8) = 44,4 kcal/mol atau 1,4 kcailg (44,4/32 kcal/g). Untuk mudahnya dapat diekspresikan sebagai 14 kcal untuk tiap percentage point S per gram sampel.
7.3. Mengoperasikan Alat Alat : a. Timbangan anal i tik b. Timbangan, minimum 3000 g
Universitas Gadjah Mada
c. Gelas ukur, 1000 ml d. Stopwatch e. Kompor f.
Unit bomb calorimeter
g. Thermometer h. Alat pengukur panjang i.
Bomb beserta cawan
j.
Tabung oksigen
k. Gelas beaker l.
Buret
m. Pipet
Cara kerja : 1 .Pasang cawan yang telah diisi sampel (pellet) pada tempatnya dan atur kawat pijar sedemikian rupa sehingga menyentuh sampel. 2.Pipet 1 ml aquadest dengan pipet volume, masukkan ke dalam bomb. 3.Pasang tempat cawan pada bomb, keraskan dengan tutup baut sebaik-baiknya. 4.Isi bomb dengan oksigen, tekanan 35 atm. 5.Pasang bucket yang telah diisi aquadest pada tempatnya. 6.Ambil bomb dengan penjepit dalam keadaan tetap tegak agar sampel tidak berubah posisi. 7.Diatur sambungan mur pada tempetnya dan masukkan bomb pada bucket. 8.Ambil penjepitnya 9.Pasang penutup bak bomb calorimeter pada tempetnya. 10.Hubungkan pengaduk aquadest dengan dinamo (pasang gelang karetnya). 11 .Hubungkan dinamo dengan sumber listriknya. 12.Diperiksa temperatur aquadest (1,5 °C di bawah suhu kamar). 13.Hubungkan bomb calorimeter dengan unit pembakaran, hubungkan dengan sumber listrik.
Pembakaran : 1.Diperiksa semua peralatan. 2.Siapkan blanko pencatat data bomb calorimeter dan pencatat waktu. 3.Hidupkan dinamo selama 5 menit, catat temperatur di dalam bucket setiap menitnya.
Universitas Gadjah Mada
4.Tepat 5 menit bakarlah sampel dengan jalan menekan tombol merah pada unit pembakaran 5.Catat temperatur setiap waktu tertentu seperti tertera pada formulir data yang tersedia. 6.Akhiri pencatatan temperatur setelah 6 kali pencatatan menunjukkan angka yang sama. Pembongkaran/Pembukaan bomb 1.Lepaskan pengaduk dari dinamo 2.Ambil tutup bomb calorimeter, tempetkan pada tempat yang tersedia. 3.Angkat bomb dari bucket dengan penjepit, lepaskan kedua sambungan mur-nya. 4.Letakkan bomb pada tempatnya. 5.Keluarkan sisa oksigen dari dalam bomb dengan memutar knop pengaman pada tutupnyabomb. 6.Lepaskan tutup baut, angkat penutup bomb dan tempatkan pada tempatnya. 7.Ambil cawan dengan pinset, cuci bagian dalamnya dengan aquadest, tampung air cucian dalam gelas beaker. 8.Cuci bomb dengan aquadest. Jadikan satu air cucian tersebut dengan air cucian cawan. 9.Titrasi air cucian dengan larutan Na2CO3 0,0725 N dengan indikator methyl orange (m.o.). 10.Lepaskan sisa kawat pijar luruskan dan ukur panjangnya (1 cm = 2,33 kali) Perhitungan :
a. ta
= temperatur pembakaran atau temperatur pijar
b. W = energi equivalen asam benzoat H.M. + el + e2 + e3 T
Kcal / °F atau °C
H = konstante kalorimeter asam benzoat = 6,318 kcal/g M = berat asam benzoat (g BK) T = korektor temperatur pembakaran = tc - ta r1(tb - ta) tc = temperatur konstan tb = temperatur dimana pembakaran mencapai 60 %
Universitas Gadjah Mada
=ta+60%(t0-ta) Ta = waktu pembakaran Tb = waktu b = kembalikan tb dalam data pencatat e1 = ml titrasi Na2CO3 0,0725 N = koreksi panas HNO3 e2 = koreksi panas H2SO4 -------------- = 0 e3 = koreksi panas kawat pijar = kawat pijar c. Hg = energi bruto = energi total W.T. – e1 - e3 berat sampel
kcal/g
DATA BOMB CALORIMETER Tanggal Nama sample Berat Sample (dry matter) Temperatur ruang (0C) Waktu (menit)
Temperatur (0F)
(0C)
Temperatur (0F)
(0C)
0 1 2 3 4 5 5.45 6 6.15 6.30 7 8 9 10
Universitas Gadjah Mada
11 12 13 14 15 16 17 18 ta Ta tc Tc r1 r2 tb = ta + 60% (tc - ta) Tb e1 T W Hg 7.4.Lingkup Analisis Penggunaan bomb calorimeter terutama dalam pengukuran energi total suatu bahan (gross energy). Penggunaan dengan selisih antar pengukuran (by difference) menghasilkan terminologi sesuai dengan masing-masing bidang, rnisalnya dihasilkan metabolizable energy, degestible energy, net energy dalam tenninologi makanan ternak. Pada saat ini telah banyak alat yang baru dalam pengukuran kandungan energi suatu bahan terutama penggunaan near infra red (NIR) yang lebih cepat dan akurat namun dibutuhkan dana besar untuk alatnya.
Universitas Gadjah Mada
