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