TOPIK 1: TERMOKIMIA

Pengenalan Termokimia

Tenaga

Keupayaan untuk melakukan kerja atau perubahanKerja, W = Daya (F) × Jarak (d)

Dalam kimia, kerja W adalah

perubahan tenaga yang terarah hasil

daripada sesuatu proses.

Tenaga dan kerja mempunyai unit yang sama

dalam SI iaitu joule (J)

Tenaga terdiri daripada pelbagai

bentuk iaitu:

Tenaga kinetikTenaga radiasiTenaga termaTenaga kimiaTenaga keupayaan

Perubahan tenaga dalam tindak balas kimia

Hukum Pertama Termodinamik

Semua tindak balas kimia mengalami perubahan tenaga.

Hasil tindak balas dan bahan tindak balas mempunyai tenaga yang berbeza.

Hampir semua perubahan tenaga yang berlaku dalam tindak balas kimia berupa HABA. Haba adalah satu bentuk tenaga terma.

Haba adalah pemindahan tenaga terma daripada dua jasad yang mempunyai suhu yang berlainan

Termokimia adalah kajian tentang perubahan haba semasa tindak balas kimia.

Hukum Pertama Termodinamik

Hukum keabadian

tenaga

Tenaga dalaman

Haba tindak balas

Hukum Keabadian Tenaga

Tenaga dalaman

Haba tindak balas

Menyatakan bahawa tenaga tidak boleh dicipta maupun dimusnahkan, ia cuma

berubah bentuk.

Semua bentuk tenaga boleh saling bertukar bentuk. Penukar bentuk tenaga adalah

mesin (semula jadi atau buatan). Semasa tenaga bertukar bentuk, magnitudnya

kekal, tidak bertambah, atau berkurang.

Jumlah tenaga kinetik dan tenaga keupayaan

Perubahan kandungan tenaga apabila 1 mol bahan tindak balas bertindak balas atau 1 mol hasil tindak balas terbentuk dipanggil haba tindak balas dan diberi simbol H.

Unit tenaga bagi haba tindak balas ialah joule (J).

Muatan haba tentu

Tindak balas eksotermik

Q = perubahan habam = jisim bahan (g)t = perubahan suhuc = muatan haba tentuunit J g-1 OC-1

Kapasiti haba sesuatu bahan ialah kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhunya sebanyak 1K.

∆H = mct∆H adalah perubahan haba

Entalpi ialah kandungan haba dalam sistem

Tindak balas eksotermik adalah disertai dengan

pembebasan tenaga haba ke sekelilingnya.

Tenaga haba yang dibebaskan akan

menyebakan bekas yang menampung tindak balas itu terasa panas apabila disentuh dengan tangan.

Suhu campuran bahan-bahan tindak balas

eksotermik akan menaik. Perubahan tenaga tindak

balas Eksotermik akan menunjukkan nilai negatif

H = negatif, iaitu: Perubahan Tenaga =

Tenaga Hasil Tindak Balas - Tenaga Bahan Tindak

Balas, ΔH = Hh - Hb

Contoh-contoh :Tindak balas pembakaran bahan apiTindak balas pemendakanTindak balas penyesaranTindak balas peneutralan

Tindak balas endotermik

Tindak balas endotermik adalah disertai dengan penyerapan

tenaga haba daripada sekeliling.

Tenaga haba yang diserap daripada sekeliling akan

menyebabkan bekas yang menampung tindak balas itu terasa sejuk apabila disentuh

dengan tangan.

Suhu campuran bahan-bahan tindak balas endotermik akan menurun. Perubahan tenaga tindak balas Endotermik akan

menunjukan nilai positif.

H = positif iaitu Perubahan Tenaga = Tenaga Hasil Tindak Balas - Tenaga Bahan Tindak

Balas, ΔH = Hh - Hb

Contoh-contoh:Penguraian kalsium karbonat apabila dipanaskan dengan kuat.Melarutkan garam ammonium klorida di dalam air

TOPIK 2: TERMOKIMIA

Kalorimeter

Jenis-jenis kalorimeter

Kalorimeter ialah pengiraan kuantitatif bagi haba yang diperlukan atau dihasilkan semasa proses tidak balas kimia, perubahan fizikal dan muatan haba.

Kalorimeter ialah sebagai alat yang digunakan untuk mengira haba tindak balas ketika menjelaskan proses tindak balas kimia yang berlaku.

Terdapat dua jenis kalorimeter iaitu “Coffee-Cup Calorimeter” and “Bomb Calorimeter”.

Coffee-cup calorimeter

Alat ini merupakan satu alat yang ringkas yang direka untuk digunakan di dalam makmal.

Ia direka menggunakan cawan polistirena dan termometer.

Alat ini digunakan untuk mencari perubahan haba sesuatu bahan yang terdiri daripada dua larutan.

Larutan tersebut perlu dimasukkan ke dalam kalorimeter dan catat suhu awal dan suhu akhir setelah tindak balas selesai.

Apabila tindak balas berlaku pada tekanan tetap di dalam “Coffee-Cup Calorimeter”, perubahan entalpi akan melibatkan haba.

Bomb calorimeter

Jenis kalorimeter ini merupakan alat penyukat tindak balas haba yang jitu dan ia mempunyai isi

padu tetap.

Digunakan untuk menyukat perubahan tenaga untuk tindak balas yang tidak akan berlaku sehingga dimulakan dengan

sengaja.

Bahan tindak balas akan diletakkan di dalam “bomb”,

iaitu diletakkan di dalam bekas yang ditutup dan di rendamkan

di dalam tangki air.

Tangki air tersebut besar dan bertindak sebagai penebat

sepenuhnya.

Apabila tindak balas berakhir, haba yang dilepaskan akan di serap oleh periuk api (“bomb”), air dan sebarang kelengkapan

yang terdapat di dalam air.

Seterusnya, suhu keseluruhan bahan di dalam tangki akan

meningkat.

Pengacau (stirrer) akan memastikan haba yang

dibebaskan akan disebarkan secara sekata sebelum suhu

akhir akan diambil.

Daripada perubahan suhu dan muatan haba kalorimeter (air dan semua yang terdapat di

dalam air), suhu yang dibebaskan telah dikira.

Muatan haba

1) Muatan haba ialah kuantiti haba sesuatu bahan yang diperlukan untuk menaikkan

suhunya sebanyak 1℃.

2) Muatan haba sesuatu objek bergantung pada jisim objek dan jenis objek.

Muatan haba tentu (specific heat capacity)

Muatan haba tentu suatu bahan ialah haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebanyak 1 bagi 1kg bahan itu.Formulanya ialah:

c = muatan haba tentuQ = kuantiti haba yang diserap atau dibebaskanm = jisim objek t = perubahan suhuUnitnya ialah J kg-1 OC-1

Haba pendam tentu (molar heat capacity)

Kuantiti haba yang diperlukan untuk mengubah keadaan jirim sesuatu bahan bergantung pada jisim bahan dan jenis bahan tersebut.Formulanya ialah:

L = haba pendam tentuQ = kuantiti haba yang diserap atau dibebaskanm = jisim Unitnya ialah J kg-1

TOPIK 3: TERMOKIMIA

Entalpi

Tindak balas entalpi

Definisi haba (entalpi)

Kandungan tenaga yang tersimpan dalam sesuatu bahan atau sistemSimbol = ∆H

Definisi haba tindak balas

Perubahan haba yang berlaku apabila bilangan mol bahan tindak balas seperti yang ditunjukkan dalam persamaan kimia bertindak bersama pada keadaan piawai untuk membentuk hasil tindakbalas dalam keadaan piawaiKeadaan piawai ialah keadaan di mana:Suhu = 25° C atau 298 KTekanan = 1 atm atau 101.3 kPaKepekatan = 1.0 mol dm-3

Bahan dan hasil tindakbalas mesti berada pada keadaan fizik yang biasa pada suhu 25°C dan tekanan 1 atm

Haba pemendakan

Haba penyesaran

Haba peneutralan

Haba pembakaran

Perubahan haba yang berlaku apabila 1 mol mendakan terbentuk daripada tindak balas larutan ionnya pada keadaan piawaiContoh: Ag+ (ak) + Cl- (ak) AgCl (p) ∆H= -65.5 KJmol-1

Haba pemendakan

Perubahan haba yang berlaku apabila satu mol logam disesarkan daripada larutan garamnya pada keadaan piawai oleh logam yang lebih elektropositifContoh:Fe (p) + CuSO4 (ak) FeSO4 (ak) + Cu (p) ∆H= -150 KJmol-1

Haba penyesaran

Haba yang dibebaskan apabila satu mol ion hidrogen daripada asid bergabung dengan satu mol hidroksida untuk membentuk satu mol air pada keadaan piawaiContoh:HNO3 (ak) + NaOH (ak) NaNO3 (ak) + H2 (ce) ∆H= -57 KJmol-1

Haba peneutralan

Haba yang dibebaskan apabila satu mol bahan dibakar dengan lengkap dalam oksigen pada keadaan piawai.Contoh:CH4 (g) + 202 (g) CO2 (g) + 2H2O (ce) ∆H= -890 KJmol-1

Haba pembakaran

TOPIK 4: TERMOKIMIA

Entalpi

Hukum Hess

Entalpi, H merupakan perubahan haba yang berlaku apabila 1 mol bahan terbentuk daripada unsur-unsurnya pada tekanan tetap.

Di mana H adalah entalpi system @ tindak balas dalam JoulesU adalah tenaga dalaman system @ tindak balas dalam Joules P adalah tekanan yang bertindak ke atas system @ tindak balasV adalah isipadu system @ tindak balas dalam meter padu

Entalpi, H ditakrifkan

Perubahan entalpi pembentukan piawai

Hukum Hess menyatakan bahawa

Haba keseluruhan atau akhir tindak balas adalah sama dengan jumlah haba proses tindak balas. ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 + ΔH4

Untuk menentukan entalpi suatu tindak balas, kita boleh menambah beberapa tindak balas. Hasil yang diperolehi akan menunjukkan nilai yang sama.

Contoh untuk menentukan entalpi :

Jadi, persamaan termokinia yang tepat adalah: N2(g)  + O2(g)  -- ->   2NO2(g)   ΔH = 68 KJ

Sesetengah perubahan entalpi pembentukan piawai adalah bernilai positif. Contohnya,

perubahan entalpi pembentukan piawai bagi etana, C2H2 adalah + 227 kJ mol–1.

2C (p) + H2 (g) → C2H2 (g) Δ . = + 227.0 kJ mol–1

Perubahan entalpi pembentukan piawai ialah haba yang diserapkan atau dibebaskan apabila satu mol bahan dibentuk daripada unsur-unsurnya di bawah keadaan piawai. Perubahan entalpi pembentukan piawai bagi bahan diberi symbol .

Sebagai contoh, entalpi pembentukan piawai bagi air ialah –285.5 kJ mol–1. Ini merujuk kepada perubahan berikut : H2(g) + ½O2 (g) → H2O(l)        = –285.5 kJ mol–1      

Ini bererti apabila 1 mol air (cecair) terbentuk daripada hydrogen (H) dan oksigen (O) dalam keadaan bergas, 285.5 kJ haba dibebaskan (tindak balas eksotermik)

Secara lazim, perubahan entalpi pembentukan piawai bagi unsur-unsur di bawah keadaan piawai diberikan nilai sifar.

Maka, perubahan entalpi pembentukan piawai bagi air boleh diwakili oleh profil tenaga berikut :

Mengikut Hukum Hess :

x + ( - 1311) = 2(-394) + (-296) x= + 227 kJ mol-1

ΔH1, ΔH2 dan ΔH3 semuanya boleh ditentukan secara terus dalam makmal.kitaran termokimia berikut digunakan :

Perubahan entalpi pembentukan piawai bagi etana sebenarnya diperoleh dengan menggunakan hukum Hess seperti berikut

C (p) + O2 (g) → CO2 (g)  = - 394 kJ

mol–1

H2 (g) + O2 (g) → H2 O(g)

. = - 296 kJ mol–1

C2H2 (g) + O2 (g) → 2CO2 (p) + H2 O(ce)

. = - 1311 kJ mol–1

Misalnya, karbon tidak berpadu secara langsung dengan dengan gas hydrogen di bawah sebarang keadaan untuk menghasilkan etana.

Perubahan entalpi pembentukan piawai sesetengah bahan tidak boleh ditentukan secara langsung oleh eksperimen.

Entalpi tindak balas dan entalpi pembentukan, Δ

Contoh : 2 Al (p) + Cr2O3 (p) → 2 Cr (p) + Al2O3 (p)       

Diberikan : Δ (Al2O3) = - 1669 kJ mol–1, Δ (Cr2O3) = -1128 kJ mol–1

2 Al (p) + Cr2O3 (p) → 2 Cr (p) + Al2O3 (p)  

ΔH  : 0 -1128  0 - 1669

ΔH = ( - 1669 + 0 ) - ( - 1128 + 0 )

= - 541 kJ.

Bagi suatu tindak balas am,

A + B = C + D

Maka, perubahan entalpi tindak balas

diberikan oleh formula berikut:

Δ = (hasil) + (bahan tindak

balas)

Perubahan entalpi pembakaran piawai, Δ

Perubahan entalpi pembakaran piawai adalah haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan dibakar dengan lengkap dalam oksigen berlebihan di bawah keadaan piawai.

Perubahan entalpi pembakaran piawai beberapa bahan diberikan berikut :

C (p) + O2 (g) → CO2 (g) Δ  = - 394 kJ mol–1

Δ (karbon)

C3H8 (g) + 5O2 (g) → 3CO2 (g) + 4H2 O(ce) Δ . = - 2202 kJ mol–1

Δ (propana)

C2H2OH (ce) + 3O2 (g) → 2CO2 (g) + 3H2 (ce) Δ . = - 1368 kJ mol–1

Δ (etanol)

CH3COOH (ce) + 2O2(g) → 2CO2 (g) + 2H2O(ce) Δ . = - 876 kJ mol–1

Δ (asid etanoik)

Menggunakan nilai ΔH f∅

untuk meramalkan kestabilan relatif sebatian

Sebatian stabil ΔH f⊖ kJ mol-1 Sebatian tak stabil ΔH f

⊖mol-1

Al2O3 -1679 Cl2O7 -75.7

NaCl -411 NCl3 -230

HF -271 SnH4 -163

Haba pembentukan piawai dan kestabilan

Haba pembentukan piawai bagi sebatian mewakili tenaga yang dipindah dari atau kepada persekitaran apabila ikatan kimia dalam unsur berpecah dan ikatan terbaru terbentuk dalam sebatian itu.

Nilai Δ sebatian memberi maklumat yang baik tentang kestabilannya dan penguraian kepada unsur-unsurnya.

Sebatian yang sangat eksotermik dengan nilai Δ yang paling negatif biasanya paling stabil dan tidak mudah terurai menjadi unsur-unsurnya.

Manakala, sebatian yang paling endotermik dengan nilai Δ yang paling positif adalah tidak stabil dan cenderung untuk terurai (mungkin secara meletup) dengan pemanasan sedikit ataupun pada keadaan biasa.

Contoh sebatian stabil dan tidak stabil:

Perubahan entalpi pembentukan piawai bagi oksida dalam Kala 3 Jadual Berkala Unsur

ditunjukkan dalam jadual berikut.

Oksida ΔH f⊖ kJ mol-1 sebatian ΔH f

⊖mol-1 oksigen

Na2O - 416 - 832

MgO - 602 - 1204

Al2O3 - 1670 - 1113

SiO2 -911 -911

P4O10 -3012 -602

SO4 -395 -264

Cl2O7 + 265 + 76

Lebih kecil saiz halogen, lebih stabil hidrida halogen itu.

Ini berbeza dengan hidrida halogen. Nilai Δ berguna untuk menunjukkan kesan penambahan saiz atom halogen terhadap kestabilan.

Tidak berguna untuk membandingkan nilai Δ bagi sebatian yang tidak mengandungi unsur yang sama, misalnya CO dengan SiCl4.

Bahan yang paling stabil terhadap penguraian kepada unsure-unsurnya (iaitu sangat eksotermik) mungkin paling reaktif sebagai reagen.

Ini menerangkan sifat penurunan yang kuat bagi magnesium dan aluminium dan ketakstabilan diklorin heptoksida, Cl2O7 yang mudah meletup.

Perubahan kestabilan dari segi tenaga bertambah daripada Na2O hingga Al2O3 dan menyusut daripada SiO2 hingga Cl2O7.

Sebatian stabil HF (g) HCl (g) HBr HI (g)

ΔH f⊖ kJ mol-1 -271 -92 -36 + 26.5

Haba pembentukan hydrogen peroksida ialah -186 kJ mol-,

H2 (g) + O2 (g) → H2 O2(c) ΔH 298∅

. = - 186 kJ mol–1

Daripada data ini kita menyangka bahawa hydrogen peroksida sangat stabil, namun mudah terurai menjadi air dan oksigen.

Ia adalah kerana Δ hanya menghuraikan kestabilan hydrogen peroksida secara

relative terhadap unsur-unsurnya.

Oleh itu apabila hydrogen peroksida terurai, bahan itu tidak menghasilkan hydrogen dan

oksigen tetapi menghasilkan air dan oksigen:

H2O2 (c)   →    H2O (c) + ½O2 (g)

Δ = –98 kJ mol–1

Ini bererti hydrogen peroksida tidak stabil secara tenaga berbanding air dan oksigen.

Contoh ini menunjukkan betapa pentingnya untuk menentukan terhadap bahan apa

sebatian itu stabil atau tidak stabil.

TOPIK 5: TERMOKIMIA

Makanan dan bahan api

Makanan Tenaga yang terkandung dalam sesuatu makanan ialah kuantiti haba yang dihasilkan apabila 1 gram makanan dioksidakan.

Unit untuk jumlah tenaga ialah joules per gram (Jg-1) atau kalori.

Jumlah tenaga untuk tiga kelas makanan yang utama ialah:

Karbohidrat: 22.2 kJg-1

Proteins: 17.2 kJg-1

Lipids: 38. 5 kJg-1

Jumlah tenaga boleh ditentukan dengan formula berikut: Jumlah tenaga makanan

Jumlah tenaga makanan juga boleh ditentukan dengan bomb calorimeter.

Bahan api

Bahan api ialah bahan kimia yang dapat dibakar untuk

membebaskan tenaga haba.

Kebanyakan bahan api yang digunakan adalah bahan api fosil seperti

arang batu, gas asli dan petroleum.

Bahan api yang berbeza mempunyai haba pembakaran yang

berlainan.

Pemilihan bahan api untuk kegunaan industri adalah berdasarkan faktor berikut:Haba pembakaranKos tenagaSumber bahan apiKesan kepada alam sekitar

Ini bermakna bahan api yang digunakan mestilah merupakan bahan api yangMenghasilkan tenaga haba yang banyakMempunyai harga yang rendahMudah diperolehTidak mencemarkan alam sekitar

Petroleum

Petroleum biasanya merupakan sebatian pelbagai hidrokarbon, terutamanya siri alkana, dan biasanya didapati di bahagian atas kerak bumi.

Terbentuk daripada pereputan sisa haiwan dan tumbuhan yang tenggelam ke dasar laut berjuta-juta tahun dahulu.

Komponen-komponen petroleum berbeza dari segi saiz, oleh itu setiap komponen mempunyai takat lebur dan takat didih tersendiri.

Perbezaan dalam takat didih ini membolehkan komponen-komponen petroleum diasingkan melalui penyulingan berperingkat, iaitu cara penyulingan pada julat suhu yang berlainan.

Proses industri bagi pengasingan komponen-komponen di dalam petroleum dipanggil penapisan petroleum.

Kegunaan utama petroleum ialah sebagai sumber tenaga untuk menggerakkan kenderaan.

Selain sebagai bahan bakar dan pelincir, petroleum turut digunakan dalam pelbagai industri seperti pembuatan pelarut, baja serta racun perosak, sabun dan detergen, pewangi, plastik, bahan letupan dan lain-lain.

Sifat pecahan-pecahan petroleum yang diperolehi

Makin rendah takat didih pecahan petroleum itu

makin kurang likat pecahan itumakin cerah warnanyamakin mudah pecahan itu terbakarmakin bersih nyalanya (kurang berjelaga)

Makin tinggi takat didih pecahan petroleum itu

makin likat pecahan itumakin gelap warnanyamakin sukar pecahan itu terbakarmakin berjelaga nyalanya.

Pecahan-pecahan Petroleum Dan Kegunaannya.

Pecahan Petroleum Kegunaan

Gas-gas petroleum

(takat didih paling rendah)

Dicairkan di bawah tekanan dan digunakan sebagai gas untuk

memasak.

Petrol Digunakan sebagai bahan api untuk kereta dan kenderaan

ringan.

Nafta Sumber bagi pembuatan plastik, dadah, dan kain sintetik dalam

industri petrokimia dan sebagai pelarut

Kerosin Digunakan sebagai bahan api untuk pesawat terbang serta

untuk pemanasan dan pencahayaan (lampu kerosin )

Diesel Digunakan sebagai bahan api untuk kenderaan berat seperti

bas , lori dan kereta api.

Minyak pelincir Digunakan sebagai pelincir untuk mengurangkan geseran

Parafin Digunakan untuk membuat lilin,bahan penggilap dan bahan

pencuci

Minyak Bahan Api Digunakan sebagai bahan api dalam kapal , mesin kilang dan

stesen jana kuasa

Bitumen

(takat didih paling tinggi)

Digunakan untuk membuat jalan raya dan bahan kalis air.

Tenaga solar

Tenaga suria atau tenaga solar adalah teknologi untuk

mendapatkan tenaga berguna daripada cahaya matahari.

Tenaga matahari telah digunakan dalam banyak teknologi tradisional sejak beberapa abad dan telah digunakan secara meluas ketika ketiadaan bekalan

tenaga lain, seperti di kawasan terpencil dan di

angkasa lepas.

Tenaga matahari sekarang digunakan dalam beberapa pengunaan:Pemanasan (air panas, pemanasan bangunan, masakan)Generasi elektrik (fotovoltaik, enjin pemanasan)Penyahmasinan air laut.

Kegunaannya semakin meluas tatkala kesedaran

mengenai kos persekitaran dan bekalan terhad oleh

sumber tenaga lain seperti bahan api fosil yang semakin

terasa.