1 termodinamika
TRANSCRIPT
KIMIA DASAR II
Prof. Dr. Hamzar Suyani, MSc
2
Jadwal Pertemuan
Sabtu, 8:00 – 9:40
3
Materi Kuliah
1. Termodinamika Kimia (Chapter 15)
2. Kinetika Kimia (Chapter 16)
3. Keseimbangan Kimia (Chapter 17)
4. Keseimbangan asam basa (Chapter 18)
5. Keseimbangan hidrolisis (Chapter 19)
6. Keseimbangan kelarutan (Chapter 20)
7. Elektrokimia (Chapter 21)
8. Kimia Inti (Chapter 30)
4
Buku Pegangan
Whitten, Gailey dan Davis
General Chemistry with qualitative Analysis
5
Termodinamika
Mempelajari perubahan energi yang menyertai proses kimia dan fisika. Biasanya berupa panas (Termo)
Termokimia, mengamati, mengukur, dan memprediksi (perhitungan) perubahan energi pada proses kimia.
Penggunaan perubahan energi untuk menetukan apakah suatu proses dapat berlangsung pada suatu kondisi tertentu, dan menetukan perubahan kondisi agar proses lebih mudah atau jangan terjadi.
6
Hukum Termodinamika Pertama
Energi adalah kapasitas melakukan kerja dan/atau perpindahan panas.
Energi kinetik adalah energi gerak.
Ekinetik = ½ mv2
Energi potensial energi dipunyai sistem karena posisi dan komposisi
Jumlah energi total dari universe adalah konstan
Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan dengan proses fisika atau reaksi kimia biasa
7
Sumber Energi??
8
9
Istilah dalam termodinamika
Sistem → materi yang terlibat dalam perubahan kimia atau fisika
Lingkungan → apa saja yang berada disekeliling sistem
Universe → sistem dan lingkungan Keadaan → kondisi yang menentukan
sifat sistem (suhu, tekanan, komposisi, wujud (gas, cair atau padat))
Fungsi keadaan → P, V, T
10
Perubahan energi dalam, ∆E
Energi dalam adalah semua energi yang dikandung materi (kinetik, tarik menarik, tolah menolak, dan lain lain).
Perubahan energi dalam, ∆E, perbedaan antara energi dalam produk dengan energi dalam reaktan.
∆E = Eakhir – Eawal = Eproduk – Ereaktan = q + wq = panas, w = kerja
w = f x d = gaya x jarak
11
Tanda nilai q dan wq + → Panas diserap sistem
dari lingkungan
q - → Panas dilepaskan sistem ke lingkungan
w + → Kerja dilakukan terhadap sistem oleh lingkungan
w - → Kerja dilakukan oleh sistem terhadap lingkungan
Sistem
Lingkungan
w
q+ -
+ -
12
Reaksi pembakaran metana
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) + 887 kJ
887 kJ energi dilepaskan bila 1 mol metana bereaksi dengan 2 mol oksigen membentuk 1mol karbondioksida dan 2 mol air
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) ∆E = - 887 kJ
Bila dibalik,
CO2(g) + 2 H2O(l) → CH4(g) + 2 O2(g) - 887 kJ
CO2(g) + 2 H2O(l) → CH4(g) + 2 O2(g) ∆E = + 887 kJ
13
Kerja tekanan-volume
P x V = F/d2 x d3 = Fd = wBila tekanan konstan, w = -P∆V = -P(V2 – V1)
Gas mengembang, V2 – V1 > 0 w → ? Kerja oleh/terhadap sistem?Gas menyusut (kompres), w → ?
Substitusi -P∆V pada ∆E = q + w∆E = q - P∆V
Pada volume konstan, tidak ada kerja P∆V, walaupun P berobah, tidak ada yang bergerak, maka d = 0 dan Fd = 0
∆E = qv
Volume padatan atau cairan tidak berobah oleh perubahan tekanan, maka pembentukan atau pemakainnya tidak menghasilkan kerja
14
CO2 padat dalam kantong plastik
E = qp
15
Perubahan pada volume konstan
E = qv
CO2 padat dalam labu tertutup berubah jadi gas
16
Kerja oleh perubahan n
Hukum gas ideal, P∆V = (∆n)RT (∆n = nproduk – nreaktan, hanya berupa gas)∆n = 0, tidak ada kerja
2 NH4NO3(s) → 2 N2(g) + 4 H2O(g) + O2(g)
H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g)
2 SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)
Kerja oleh/terhadap sistem?
17
Kalorimetri
Metoda penentuan panas dilepaskan/ diserap reaksi atau perubahan fisika
• Kalorimeter Bom → volume konstan (∆E = qv)• Kalorimeter cangkir kopi → tekanan konstan
(∆E = qp)Pada keduanya berlaku hubungan,Panas dilepaskan reaksi = panas diterima
kalorimeter + panas diterima airKonstanta kalorimeter = kapasitas panas
kalorimeter → panas diperlukan kalorimeter untuk menaikkan suhu 1 oC.
18
Reaksi NaOH dengan HCl
19
Kalorimeter
20
Mengukur Energi Reaksi Kimia
21
Menentukan konstanta kalorimeter
Kedalam kalorimeter dimasukkan 3000 g air. Kemudian dimasukkan senyawa yang menghasilkan 9,598 kJ. Suhu naik 0,629 oC. Berapa nilai konstanta kalorimeter?
Panas diterima air = masa air x kapasitas panas air x perubahan suhu= 3000 g x 4,184 J/g.oC x 0,629 oC = 7895 J
Panas diterima kalorimeter= panas hasil reaksi – panas diterima air= 9598 J – 7895 J = 1703 J = 1,703 kJ
Kapasitas panas = 1,703 kJ/0,629 oC = 2,71 kJ/oC
22
Contoh pemakaian
1,000 g sampel etanol dibakar dalam kalorimeter bom yang berisi 3000 g air. Suhu naik dari 24,284 oC menjadi 26,225 oC. Tentukan nilai ∆E dalam J/g dan kJ/mol etanol.
C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l)
Perubahan suhu = 26,225 oC - 24,284 oC = 1,941 oCPanas diterima air = 3000 g x 4,184 J/g. oC x 1,941 oC = 2,436 x 104 J
= 24,36 kJPanas diterima kalorimeter = 2,71 kJ/oC x 1,941 oC = 5,26 kJ.Panas total = 24,36 kJ + 5,26 kJ = 29,62 kJ
Panas reaksi = -29,62 kJ/g etanol x 46,07 g/mol = - 1365 kJ/mol etanol
23
Problem1. A 2.00-g sample of hydrazine, N2H4, is burned in a bomb
calorimeter that contains 6.40 x103 g of H2O, and the temperature increases from 25.00°C to 26.17°C. The heat capacity of the calorimeter is 3.76 kJ/°C. Calculate E for the combustion of N2H4 in kJ/g and in kJ/mol.
2. A nutritionist determines the caloric value of a 10.00- gram sample of beef fat by burning it in a bomb calorimeter. The calorimeter held 2.500 kg of water, the heat capacity of the bomb is 1.360 kJ/°C, and the temperature of the calorimeter increased from 25.0°C to 56.9°C. (a) Calculate the number of joules released per gram of beef fat. (b) One nutritional Calorie is 1 kcal or 4184 joules. What is the dietary, caloric value of beef fat, in nutritional Calories per gram?
24
Kalorimeter cangkir kopi
50,0 ml larutan tembaga(II) sulfat pada suhu 23,35 oC dicampur dengan 50 ml larutan NaOH, juga pada 23,35 oC dalam kalorimeter cangkir kopi dengan kapasitas panas 24,0 J/ oC. Setelah reaksi berlangsung, suhu berobah menjadi 26,65 oC. Densiti larutan akhir adalah 1,02 g/ml. Hitung jumlah energi dibebaskan.
Cu(SO4)(aq) + 2NaOH(aq) → Cu(OH)2(s) + Na2SO4(aq)
Masa larutan = (50+50)ml x 1,02g/ml = 102 gPanas diserap larutan = 102 g x 4,18 J/g.oC x (26,65-23,35) oC = 1,41
x 103 JPanas diserap kalorimeter = 24,0 J/ oC x (26,65-23,35) oC = 79 J.Jumlah panas diserap = 1,41 x 103 J + 79 J = 1,49 x 103J.Jadi jumlah panas dilepaskan = 1,49 kJ.
25
Problem1. A 5.1-gram piece of gold jewelry is removed from water at
100.0°C and placed in a coffee-cup calorimeter containing 16.9 g of water at 22.5°C. The equilibrium temperature of the water and jewelry is 23.2°C. The calorimeter constant is known from calibration experiments to be 1.87 J/°C. What is the specific heat of this piece of jewelry? The specific heat of pure gold is 0.129 J/g °C. Is the jewelry pure gold?
2. A coffee-cup calorimeter having a heat capacity of 472 J/°C is used to measure the heat evolved when the following aqueous solutions, both initially at 22.6°C, are mixed: 100. g of solution containing 6.62 g of lead(II) nitrate, Pb(NO3)2, and 100. g of solution containing 6.00 g of sodium iodide, NaI. The final temperature is 24.2°C. Assume that the specific heat of the mixture is the same as that for water, 4.18 J/g.°C. The reaction is
Pb(NO3)2(aq) + 2NaI(aq) → PbI2 (s) + 2NaNO3 (aq)
(a) Calculate the heat evolved in the reaction. (b) Calculate the H for the reaction under the conditions of the experiment.
26
Problem
27
Perubahan Entalpi, ∆H
Perobahan entalpi, ∆H, adalah panas reaksi pada tekanan tetap.
∆H = ∆E + P∆V∆E = q + w w = -p∆V
∆H = q + w + P∆V
∆H = qP (pada P dan T konstan)
Reaksi pembakaran etanol,W = -P∆V = -(∆n)RT = -(-1 mol)(8,314J/mol.K)(298 K) = +2,48 x 103 J.∆H = -1365 kJ/mol – 2,48 kJ/mol = -1367 kJ/mol
28
Keadaan Standar
• Tekanan = 1 atm• Suhu = 25 oC = 298 K• Senyawa:
- padatan/cairan → zat murni - gas → tekanan 1 atm
- larutan → konsentrasi 1 M
Entalpi pembentukan molar standar, ∆Hof, adalah jumlah energi
diserap pada reaksi pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsurnya dalam keadaan standar (Appendix K)
H2(g) + Br2(l) → 2HBr(g) + 72,8 kJ ∆Ho = - 72,8 kJ/mol½ H2(g) + ½ Br2(l) → HBr(g) + 36,4 kJ ∆Ho = - 36,4 kJ/mol
∆Hof HBr(g) = - 36,4 kJ/mol
29
Nilai beberapa H0f
30
H pembentukan
31
Hukum Hess
Perobahan entalpi reaksi akan sama apakah reaksi itu berlangsung satu tahap atau dalam beberapa tahap
∆H0reaksi = ∆H0
A + ∆H0B + ∆H0
C + ….
Secara umum dalam suatu reaksi
∆H0reaksi = ∑n∆H0
f produk - ∆H0f reaktan
32
33
34
35
Pemakaian hukum Hess
36
Energi ikatan (Bond Energy, BE) Jumlah Energi diperlukan untuk memutus 1 mol ikatan
kovalen senyawa gas membentuk produk dalam keadaan gas
37
Perubahan Entalpi dari energi ikatan
∆H0reaksi = ∑BEreaktan - ∑BEproduk
Tentukan nilai ∆H pembakaran butana menggunakan energi ikatan
C4H10(g) + 13/2 O2 → 4 CO2(g) + 5 H2O(g)
∆H0reaksi = (10 BEC-H + 3 BEC-C + 13/2 BEO=O) – (8 BEC=O + 10
BEOH)
= (10 x 414 + 3 x 347 + 13/2 x 498) – (8 x 741 + 10 x 464)
= 8418 – 10568
= - 2150 kJ/mol
38
Problem in book
39
Tentukan nilai perubahan entalpi
40
Problem
41