termokimiaexpertcourse.net/assets/document/modul/teknik/kimia... · 2019-08-31 · 5 termokimia...
TRANSCRIPT
Termokimia
ENERGI
2
Pengertian Dasar Energi
3
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.
Perubahan Energi Reaksi Kimia
4
Kalor adalah perpindahan energi termal antara dua benda
yang suhunya berbeda.
Suhu adalah pengukur thermal energy.
900C 400C
Suhu = Energi Termal
5
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 Perubahan Energi
6
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)
7
Eksotermik Endotermik
TERMODINAMIKA
8
Pengantar Termodinamika
9
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
10
Hukum termodinamika pertama – 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
Bentuk Hukum Pertama untukDEsistem
11
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
Kerja yang Dilakukan padaSuatu Sistem
12
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. awalkondisi awal Kondisi akhir
13
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: MembuatSalju
14
DE = q + w
q = 0
w < 0, DE < 0
DE = CDT
DT < 0, SALJU!
Entalpi Reaksi Kimia
15
DE = q + w
DE = DH - PDV
DH = DE + PDV
q = DH dan w = -PDV
Pada tekanan konstan:
16
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
Persamaan Termokimia
17
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
18
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.
Persamaan Termokimia
19
H2O (s) H2O (l) DH = 6,01 kJ
• Koefisien stoikiometri selalu menunjukkan jumlah mol zat
• 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
Persamaan Termokimia
20
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.
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
21
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
22
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
23
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
24
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
25
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
26
1 kal = 4.184 J 1 Kal = 1.000 kal = 4.184 J
27
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
28
29
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.)
30
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
31
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
32
Entalpi cairan (DHcairan) adalah panas yang dilepaskan atau
diterima ketika sejumlah cairan larut dalam sejumlah tertentu
zat pelarut.
DHcair = Hcair - Hkomponen
Proses Pencairan NaCl
33
DHcair = Tahap 1 + Tahap 2 = 788 – 784 = 4 kJ/mol