EKSPERIMEN 3

Tujuan : Untuk menentukan nilai bahan api bagi minyak tanah (kerosene), LPG dan lilin cair (wax).

Pendahuluan :

Pembakaran merupakan tindak balas redoks antara 1 bahan dengan oksigen untuk

menghasilkan tenaga haba. Semasa pembakaran, unsur ditukarkan kepada oksidanya,

misalnya karbon terbakar untuk membentuk gas karbon dioksida, manakala hidrogen

terbakar untuk membentuk air. Hasil tindak balas pembakaran ialah haba pembakaran.

Haba pembakaran ialah tenaga haba yang terbebas apabila 1 mol bahan apidibakar

dengan lengkapnya dalam gas oksigen yang berlebihan. Apabila sesuatu bahan api

terbakar dalam tenaga haba dibebaskan. Oleh itu, pembakaran sebarang bahan api

merupakan tindak balas eksotermik. Kuantiti tenaga haba yangdibebaskan oleh

pembakaran bahan api yang berbeza adalah berlainan dan dapat dibandingkan dengan

mengukur haba pembakarannya.

Bahan api fosil amat ternilai kerana ia boleh dibakar menghasilkan sejumlah tenaga

yang banyak bagi seunit berat. Arang sudah digunakan sebagai bahan api sebelum sejarah

mula-mula tercatat. Arang digunakan untuk menjalankan genahar untuk meleburkan bijih

logam. Hidrokarbon separa pepejal dari resapan juga dibakar pada zaman purba, tetapi

bahan-bahan sedemikian digunakan khusus untuk pengalisan air dan pengawetan.

Bahan api pula ialah bahan kimia yang mudah terbakar dalam udara

untukmembebaskan tenaga haba. Ia juga merupakan sumber tenaga yang penting dalam

kehidupan manusia. Misalnya, bahan api digunakan untuk menggerakkan kenderaan,

menjana kuasa elektrik serta memasak. Setiap bahan api berbeza dari segi nilai bahan

apinya. Nilai bahan api ialah suatu ukuran kandungan tenaga dalam sesuatu bahan api.

Nilai ini dapat ditentukan secara eksperimen di mana di dalam eksperimen ini, nilai bahan

api bagi kerosin, bahan lilin dan Laboratory gas(LPG) ditentukan.

Bahan : Minyak tanah (kerosene), LPG ( gas makmal) dan lilin (wax)

Alat Radas : Bekas kuprum, tunku kaki tiga (tripod stand), termometer (0-100)oC, 100 cm3 selinder penyukat, pelita minyak, penimbang elektronik, segitiga tanah liat (pipe-clay triangle), pengadang angin (windshield) dan blok kayuProsedur:

1. 200cm3 air disukat dengan menggunakan sebuah silinder penyukat dan dituang ke dalam

bekas kuprum.

2. Bekas kuprum tersebut diletakkan di atas tungku kaki tiga.

3. Suhu air di dalam bekas kuprum disukat dengan menggunakan termometer.

4. Sebuah penghadang angin dipasang disekeliling radas untuk menghalang angin

disekeliling.

5. Sebuah pelita diisi dengan kerosin lalu ditimbang menggunakan penimbang elektronik.

6. Letakkan pelita dibawah tin kuprum seperti rajah dibawah. Sumbu pelita dinyalakan untuk

memanaskan air di dalam bekas kuprum.

7. Air dikacau perlahan-lahan menggunakan termometer sepanjang pembakaran supaya

pemanasan berlaku secara seragam.

8. Apabila suhu naik mencecah 30 , padamkan pelita. Suhu tertinggi yang dicapai oleh air

direkodkan.

9. Timbang dan rekodkan jisim lampu beserta kandungannya dengan cepat.

10. Langkah 1 – 9 diulang dengan menggunakan wax(lilin).

11. Langkah 1 – 9 diulang dengan menggunakan LPG.

Keputusan:

Bahan api Kerosin Wax (Lilin) LPG

Isi padu air didalam bekas/ cm3 200 200 200

Suhu awal air/ oC 34.0 32.0 31.0

Rajah 1

Suhu akhir air/ oC 64.0 58.0 65.0

Kenaikan suhu air/oC 30.0 26.0 34.0

Jisim awal pelita + bahan api/g 255.09 22.34 538.07

Jisim akhir pelita + bahan api/g 243.67 11.00 533.22

Jisim bahan api yang terbakar/g 11.42 11.34 4.85

Pengiraan:

PENGIRAAN NILAI BAHAN API BAGI KEROSIN

= - (11.42) (4.2) (30)

= -1438.92 J

= -1.439 kJ

Jisim molekul relatif kerosin = C11H24 =11(12)+24(1)=156

Bil mol kerosin digunakan = 11.42 / 156 = 0.073 mol

Nilai Bahan Api =

= -1.439 / 0.073

= -19.71 kJ mol-1

PENGIRAAN NILAI BAHAN API BAGI LILIN

= - (11.34) (4.2) (26)

= -1238.33 J

= -1.238 kJ

Jisim molekul relatif lilin = C20H42 = 20(12) + 42(1) =282

Bil mol lilin digunakan = 11.34 / 282 = 0.040 mol

Nilai Bahan Api =

= -1.238 / 0.04

= -30.95 kJ mol-1

PENGIRAAN NILAI BAHAN API BAGI LPG

q

Bilangan Mol lilin digunakan

q

Bilangan Mol kerosin digunakan

= - (4.85) (4.2) (34)

= -692.58 J

= -0.693 kJ

Jisim molekul relatif LPG = C3H8 = 3(12)+8(1) =44

Bil mol LPG digunakan = 4.85 / 44 = 0.11 mol

Nilai Bahan Api =

= - 0.693 / 0.11

= - 6.3 kJ mol-1

Perbincangan:

1) Nilai bahan api bagi LPG adalah yang paling rendah iaitu -6.3 kJ mol-1 manakala nilai

bahan api bagi lilin adalah yang paling tinggi iaitu -30.95kJ mol-1. Nilai bahan api bagi

kerosin adalah sederhana iaitu -19.71 kJ mol-1.

2) Dalam ekperimen yang dijalankan terdiri daripada tiga hidrokarbon yang berbeza dari

segi bilangan karbon dalam molekulnya. Bagi kerosin jumlah karbon dalam molekulnya

antara 11-16. Manakala bagi LPG pula bilangan karbon dalam molekulnya antara 1-4.

Bagi lilin karbon dalam molekulnya adalah antara 20-30. Dapat diperhatikan ketiga-tiga

bahan in wujud dalam tiga bentuk fizikal iaitu LPG dalam bentuk gas, Kerosin dalam

bentuk cecair dan lilin dalam bentuk pepejal.

3) Dalam eksperimen ini, kita dapat lihat bahawa LPG telah digunakan dalam jisim yang

kurang untuk meningkatkan suhu air sebanyak 34oC manakala lilin menggunakan jisim

yang lebih banyak untuk meningkatkan suhu air sebanyak 26oC. Ini membuktikan

bahawa LPG merupakan bahan api yang efisyen.

q

Bilangan Mol LPG digunakan

4) Semasa melaksanakan eksperimen ini, oksigen yang berlebihan mestilah dibekalkan

supaya pembakaran boleh berlaku dengan lengkap. Jika oksigen ataupun udara tidak

dibekalkan dengan lengkap maka haba yang dibebaskan akan kurang daripada haba

pembakaran.

5) Langkah berjaga-jaga perlu diambil perhatian ketika menjalankan ekperimen ini

antaranya: meletakkan pengadang asbestos di sekeliling pembakaran kerana dapat

mengelakkan gangguan arus angin. Selain itu, bongkah kayu diletakkan di bawah pelita

bagi meninggikan dan mendekatkan dengan bekas kuprum. Air dalam bekas kuprum

juga perlu dikacau supaya haba tersebar dengan sekata.

6) Saya telah menggunakan susunan alat radas yang ada di Rajah 1. Semasa membuat

ujian dengan lilin, saya telah menutup sistema tersebut dengan lebih baik kerana ia

mengambil masa yang lebih lama. Dengan ini, haba tidak banyak hilang ke persekitaran.

Saya sepatutnya menggunakan kaedah ini dari awal lagi. Ini akan memberikan jawapan

yang lebih tepat.

7) Bekas kuprum digunakan kerana bekas kuprum adalah pengalir atau konduktor haba

yang baik. Ini dapat mengelakkan ralat semasa eksperimen dijalankan. Ia dibina dari

konduktor haba yang baik supaya haba yang diserap daripada pembakaran hidrokarbon

dapat dipindahkan dengan cepat kepada air. Dengan itu kadar kehilangan haba ke

persekitaraan dapat dikurangkan.

Soalan:

1. Nyatakan enam faktor yang memberi kesan kepada pemilihan bahanapi yang digunakan di industri. (6m)

Faktor yang mempengaruhi pemilihan bahan api yang digunakan dalam industri ialah

bahan api yang murah. Bahan api yang murah akan menjimatkan kos. Faktor kedua

ialah bahan api yang mudah didapati. Faktor lain pula ialah mempunyai nilai bahan api

yang tinggi. Nilai bahan api yang tinggi akan menghasilkan pembakaran yang efisen dan

menjimatkan. Seterusnya, bahan api yang hendak digunakan mestilah mesra alam dan

tidak mencemarkan alam sekitar. Bahan api juga mudah dan selamat disimpan atau

diangkut. Ini akan mengurangkan kos dan mengelakkan bahaya. Bahan api juga

mestilah dari jenis yang sesuai untuk industri atau aktiviti yang dikehendaki. Sebagai

contoh, untuk kapal terbang, kita perlu menggunakan minyak jet sebagai bahan api

manakala untuk kereta dan motosikal, kita menggunakan petrol.

2. Anda di berikan lilin, minyak tanah dan LPG. Jika anda di tapak perkemahan, bahan manakah akan anda gunakan untuk memasak ? Jelaskan (7m)

Pada pandangan saya, saya akan memilih LPG untuk digunakan sewaktu perkhemahan

bagi memasak makanan. Ini adalah ia menggunakan bahan api yang sedikit untuk

memanaskan air. Dengan ini, kita dapat menggunakannya untuk masa yang lama untuk

memasak di hutan. Selain itu, LPG juga senang dibawa kerana terdapat dalam saiz

yang kecil dan ringan. Kita boleh membawanya ke mana-mana saja. Seterusnya, LPG

tidak mengeluarkan jelaga seperti kerosin. Pembakaran sempurna berlaku dalam LPG.

Dengan ini, persekitaran juga dapat dijaga

3. Jika LPG mengandungi hanya butana dan propana, tulis persamaan tindakbalas pembakaran untuk kedua-dua hidrokarbon ini. (4m)

C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O …………... Propana

2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O ……………Butana

4. Terangkan mengapa nilai bahan api yang diperolehi lebih rendah dari nilai teori. (3m)

Nilai bahan api yang diperolehi adalah kurang daripada teori kerana eksperimen ini tidak

dijalankan pada keadaan piawai. Selain itu, terdapat juga haba yang hilang ke

persekitaran kerana tidak ditutup dengan baik. Ini menyebabkan nilai bahan api yang

diperolehi tidak sama dengan nilai teori. Faktor lain ialah penghadang angin. Ia hanya

dapat menghalang sedikit haba daripada hilang ke persekitaran. Mengikut pemerhatian,

jarak antara nyalaan dan juga tin adalah jauh. Keadaan ini menyebabkan radiasi haba

berlaku. Dengan ini, haba tidak dapat disalurkan sepenuhnya ke tin tersebut.

Kesimpulan:

Setiap hidrokarbon akan mempunyai nilai bahan api dan haba pembakaran yang

berbeza, yang bergantung kepada bilangan karbon per molekul. Nilai bahan api bagi

LPG adalah yang paling rendah manakala nilai bahan api bagi lilin adalah yang paling

tinggi dalam eksperimen ini.

Rujukan

BBC. (2014). Specific heat capacity. Retrieved from http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/aqa/heatingandcooling/buildingsrev3.shtml

Encyclopædia Britannica. (2016). Heat capacity. Retrieved from http://www.britannica.com/science/heat-capacity

Gibbs, K. (2013). Heat energy. Retrieved from http://www.schoolphysics.co.uk/age14-16/Heat%20energy/Heat%20energy/text/Specific_heat_capacity_and_heat_energy/index.html?PHPSESSID=b2810791ba27022d9331843c394d05c5

The Physics Classroom. (2015). What is Heat? Retrieved from http://www.physicsclassroom.com/class/thermalp/lesson-1/what-is-heat