termokimia - expertcourse.netexpertcourse.net/assets/document/modul/teknik/kimia/bab5.pdf · energi...

EXPERT COURSE

#bimbelnyamahasiswa

TERMOKIMIA

ENERGI

Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja

• Energi Radiasi berasal dari matahari dan merupakan sumber energi

utama di Bumi.

• Energi Termal adalah energi yang berkaitan dengan gerak acak

atom-atom dan molekul.

• Energi Kimia tersimpan dalam satuan struktur zat kimia.

• Energi Nuklir merupakan energi yg tersimpan dalam gabungan

neutron dan proton pada atom.

• Potential energy adalah energi yang tersedia akibat posisi suatu

benda.

PENGERTIAN DASAR ENERGI

Kalor adalah perpindahan energi termal antara dua benda

yang suhunya berbeda.

Suhu adalah pengukur thermal energy.

900C 400C

Suhu = Energi Termal

PERUBAHAN ENERGI REAKSI KIMIA

Termokimia adalah

ilmu yang mempelajari

perubahan kalor yang

menyertai reaksi

kimia.

Sistem adalah bagian

tertentu dr alam yg

menjadi perhatian kita.

terbukamassa & energiPerpindahan:

tertutupenergi

terisolasitdk terjadi apa2

SISTEM

LINGKUNGAN

Proses eksotermik adalah setiap proses yang melepaskan

kalor (yaitu, perpindahan energi termal ke lingkungan).

Proses endotermik adalah setiap proses dimana kalor harus

disalurkan ke sistem oleh lingkungan.

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l) + energi

H2O (g) H2O (l) + energi

energi + 2HgO (s) 2Hg (l) + O2 (g)

energi + H2O (s) H2O (l)

PROSES PERUBAHAN ENERGI

Eksotermik Endotermik

TERMODINAMIKA

Fungsi keadaan merupakan sifat-sifat yang ditentukan oleh

keadaan sistem, terlepas dari keadaan tersebut dicapai.

Energi potential gravitasi potensial pendaki

1 dan pendaki 2 adalah sama, tidak

bergantung pada lintasan yang dipilih.

energi , tekanan, volume, suhu

DE = Ek. akhir – Eik. awal

DP = Pk. akhir – Pk. awal

DV = Vk. akhir- Vk. awal

DT = Tk. akhir- Tk. awal

PENGANTAR TERMODINAMIKA

Hukum pertama termodinamika– energi dpt diubah dr

satu bentuk ke bentuk yg lain, tetapi tdk dpt diciptakan atau

dimusnahkan. DEsistem + DElingkungan = 0

or

DEsistem = -DElingkungan

C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O

Reaksi kimia eksotermik!

Energi kimia yg hilang dr pembakaran = Energi yg diperoleh dari lingkungansistem lingkungan

Hukum pertama termodinamika

DE = q + w

DE perubahan energi dalam suatu sistem

q jumlah kalor yang dipertukarkan antar sistem dan lingkungan

w adalah kerja yang dilakukan pada (atau oleh) sistem tersebut

w = -PDV ketika gas memuai thd tekanan eksternal yg konstan

merupakan kerja yg dilakukan gas pd lingkungannya

Bentuk Hukum Pertama untuk DEsistem

w = Fd

w = -P DV

P x V = x d3 = Fd = wF

d2

DV > 0

-PDV < 0

wsis < 0

Kerja

bukan

merupakan

fungsi

keadaan!

Dw = wk. akhir- wk. awal kondisi awal Kondisi akhir

Kerja yang Dilakukan pada Suatu Sistem

Suatu sampel gas nitrogen volumenya memuai dari 1,6 L menjadi

5,4 L pada suhu yg konstan. Berapakah kerja yang dilakukan dalam

satuan joule jika gas memuai (a) pada tabung dan (b) pada tekanan

tetap 3,7 atm?w = -P DV

(a) DV = 5,4 L – 1,6 L = 3,8 L P = 0 atm

W = -0 atm x 3,8 L = 0 L•atm = 0 joule

(b) DV = 5,4 L – 1,6 L = 3,.8 L P = 3,7 atm

w = -3,7 atm x 3,8 L = -14,1 L•atm

w = -14,1 L•atm x 101,3 J1L•atm

= -1.430 J

Kimia dalam Kehidupan: Membuat Salju

DE = q + w

q = 0

w < 0, DE < 0

DE = CDT

DT < 0, SALJU!

DE = q + w

DE = DH - PDV

DH = DE + PDV

q = DH dan w = -PDV

Pada tekanan konstan:

Entalpi Reaksi Kimia

Entalpi (H) biasanya digunakan untuk menghitung aliran kalor

ke dalam atau ke luar sistem dalam suatu proses yang terjadi

pada tekanan konstan.

DH = H (produk) – H (reaktan)

DH = kalor yg diberikan atau diterima selama rekasi pada tekanan konstan

Hproduk < Hreaktan

DH < 0

Hproduk > Hreaktan

DH > 0

Entalpi (H)

Persamaan Termokimia

H2O (s) H2O (l) DH = 6,01 kJ

Apakah DH negatif atau positif?

Sistem menerima panas

Endotermik

DH > 0

6,01 kJ diterima untuk setiap 1 mol es yg meleleh

pada suhu 00C dan tekanan 1 atm.

Persamaan Termokimia

CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) DH = -890,4 kJ

Apakah DH negatif atau positif?

Sistem melepas panas

Eksotermik

DH < 0

890,4 kJ dilepaskan untuk setiap pembakaran 1 mol

metana pada suhu 250C dan tekanan 1 atm.

H2O (s) H2O (l) DH = 6,01 kJ

• Koefisien stoikiometri selalu menunjukkan jumlah mol zat

Persamaan Termokimia

• Ketika kita membalik suatu persamaan, kita mengubah

peran reaktan dan produk, DH sama tetapi berubah tanda

H2O (l) H2O (s) DH = -6,01 kJ

• Jika kita mengalikan kedua ruas persamaan termokimia

dg suatu faktor n, maka DH jg harus berubah dg faktor yg

sama n.

2H2O (s) 2H2O (l) DH = 2 x 6,01 = 12,0 kJ

H2O (s) H2O (l) DH = 6.01 kJ

• Kita harus selalu menuliskan wujud fisis semua reaktan

dan produk, karena akan membantu penentuan

perubahan entalpi yg sesungguhnya.

Persamaan Termokimia

H2O (l) H2O (g) DH = 44.0 kJ

Berapa kalor dihasilkan jika 266 g fosfor putih (P4) dibakar

di udara?

P4 (s) + 5O2 (g) P4O10 (s) DH = -3.013 kJ

266 g P4

1 mol P4

123,9 g P4

x3.013 kJ

1 mol P4

x = 6.470 kJ

Perbandingan DH dan DE

2Na (s) + 2H2O (l) 2NaOH (aq) + H2 (g) DH = -367,5 kJ/mol

DE = DH - PDV At 25 0C, 1 mol H2 = 24,5 L pd 1 atm

PDV = 1 atm x 24,5 L = 2,5 kJ

DE = -367,5 kJ/mol – 2,5 kJ/mol = -370,0 kJ/mol

Kalor jenis suatu zat adalah jumlah kalor yang dibutuhkan

untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1 derajat Celcius.

Kapasitas kalor suatu zat adalah jumlah kalor yang

dibutuhkan untuk menaikkan sejumlah zat sebesar 1 derajat

Celcius.

C = ms

Kalor (q) diterima atau dilepaskan:

q = msDt

q = CDt

Dt = tk. awal- tk. akhir

Berapa banyak kalor yang diberikan jika 869 g batang besi

didinginkan dari suhu 940C menjadi 50C?

s dr Fe = 0,444 J/g • 0C

Dt = tk. akhir– tk. awal = 50C – 940C = -890C

q = msDt = 869 g x 0,444 J/g • 0C x –890C = -34.000 J

Kalorimetri Volume-Konstan

Tidak ada kalor yang diserap

atau dilepaskan!

qsistem = qair + qbom+ qreaksi

qsistem = 0

qreaksi = - (qair + qbom)

qair = msDt

qbom = CbomDt

Reaksi pd V konstan

DH ~ qreaksi

DH = qreaksi

Kalorimetri Volume-Konstan

Tidak ada kalor yang diserap

atau dilepaskan!

qsistem = qair + qkal + qreaksi

qsistem = 0

qreaksi = - (qair + qkal)

qair = msDt

qkal = CkalDt

Reaksi pada P KonstanDH = qreaksi

1 kal = 4.184 J 1 Kal = 1.000 kal = 4.184 J

Karena tidak terdapat cara untuk mengukur nilai absolut dari entalpi suatu zat, haruskah

dilakukan pengukuran pada perubahan entalpi dari setiap reaksi yg terjadi?

Titik rujukan “permukaan air laut” untuk semua ungkapan entalpi disebut entalpi

pembentukan standar (DH0).f

Entalpi Pembentukan Standar (DH0) adalah perubahan kalor yang dihasilkan ketika 1

mol suatu senyawa dibentuk dari unsur-unsurnya pada tekanan 1 atm.f

Entalpi pembentukan standar setiap unsur dalam bentuknya yang paling stabil adalah

nol.

DH0 (O2) = 0f

DH0 (O3) = 142 kJ/molf

DH0 (C, grafit) = 0f

DH0 (C, intann) = 1,90 kJ/molf

Entalpi perubahan standar (DH0 ) didefiniskan sebagai entalpi reaksi yang

berlangsung pada tekanan 1 atm.reaksi

aA + bB cC + dD

DH0rxn dDH0 (D)fcDH0 (C)f= [ + ] - bDH0 (B)faDH0 (A)f[ + ]

DH0rxn nDH0 (produk)f= S mDH0 (reaktan)fS-

Hukum Hess: bila reaktan diubah menjadi produk, perubahan

entalpinya adalah sama, terlepas apakah reaksi berlangsung dalam

satu tahap atau dalam beberapa tahap.

(Entalpi adalah fungsi keadaan. Tidak peduli bagaimana caranya, yg

dilakukan adalah memulai dan mengakhirinya.)

Hitung entalpi pembentukan standar dari CS2 (l) dimana:

C(grafit) + O2 (g) CO2 (g) DH0 = -393,5 kJreaksi

S(rombik) + O2 (g) SO2 (g) DH0 = -296.1 kJreaksi

CS2(l) + 3O2 (g) CO2 (g) + 2SO2 (g) DH0 = -1.072 kJrea

1. Tuliskan entalpi pembentukan standar untuk CS2 C(grafit) + 2S(rombik) CS2 (l)

2. Tambahkan reaksi yg diberikan shg hasilnya merupakan reaksi yg diharapkan.

reaksiC(grafit) + O2 (g) CO2 (g) DH0 = -393,5 kJ

2S(rombik) + 2O2 (g) 2SO2 (g) DH0 = -296,1x2 kJrea

CO2(g) + 2SO2 (g) CS2 (l) + 3O2 (g) DH0 = +1.072 kJrea+

C(grafit) + 2S(rombik) CS2 (l)

DH0 = -393,5 + (2x-296,1) + 1.072 = 86,3 kJrea

Benzana (C6H6) terbakar diudara dan menghasilkan

karbon dioksida dan air cair. Berapakah panas yang

dilepaskan per mol oleh pembakaran benzana? Entalpi

pembentukan standar benzana adalah 49,04 kJ/mol.

2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)

DH0rea nDH0 (produk)f= S mDH0 (reaktan)fS-

DH0rea 6DH0 (H2O)f12DH0 (CO2)f= [ + ] - 2DH0 (C6H6)f[ ]

DH0rea = [ 12x–393,5 + 6x–187.6 ] – [ 2x49,04 ] = -5.946 kJ

-5.946 kJ

2 mol= - 2.973 kJ/mol C6H6

Entalpi cairan (DHcairan) adalah panas yang dilepaskan atau

diterima ketika sejumlah cairan larut dalam sejumlah tertentu

zat pelarut.

DHcair = Hcair - Hkomponen

Proses pencairan NaCl

DHcair = Tahap 1 + Tahap 2 = 788 – 784 = 4 kJ/mol