2.neraca energi dasar

8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar

1/24

DASAR NERACA ENERGI

1


2/24

DASAR NERACA ENERGI2

- perubahan temperatur

- perubahan fasa- perubahan ikatan kimia

- perubahan jumlah dan bentuk

Kandungan energi

suatu benda atau

sistem

keadaan benda atau

sistem yang bersangkutan

Akibat interaksi ataupun tanpa interaksi bendaatau sistem tersebut dengan benda lain ataulingkungan


3/24

SISTEM & SIFAT-SIFAT DASAR

NERACA ENERGI3

SISTEMSatu bagian alam semesta yang mendapat

perhatian dalam penyelesaian suatu masalah

LINGKUNGAN

(environment atau

surrounding)

Bagian lain dari alam semesta yang mungkin

dapat berhubungan dengan sistem

SISTEM

TERBUKA

Jika sistem tersebut menerima masukan massaatau melepaskan massa keluar sistem, walaupun

jumlah dan komposisi massa dalam sistem

mungkin tidak mengalami perubahan


4/24


NERACA ENERGI4

SISTEM

TERTUTUP

Jika sistem tersebut tidak mengalami

pemasukan atau pengeluaran massa. Sebuah

sistem tertutup mungkin mengalami pemasukan

atau pengeluaran energi yang dapat berupa

panas, kerja, listrik atau magnet.

SISTEM

TERISOLIR

Merupakan sistem tertutup, Jika sistem tersebut

tidak mengalami pemasukan atau pengeluaran

massa dan energi dalam bentuk apapun.

SISTEM

ADIABATIK

Merupakan sistem terbuka maupun tertutup,

Jika sistem tersebut tidak mengalami

pemasukan atau pengeluaran energi dalam

bentuk panas.


5/24


NERACA ENERGI5

Energi dapat tersimpan dalam sebuah benda atau berpindah

dari satu benda ke benda lain.

Sifat intensif yang tergantung jumlah

massa benda. Misalnya temperatur,

tekanan, densitas, kapasitas panas.Sifat milik benda

digolongkan

Sifat ekstensif yang tidak tergantungjumlah massa benda


6/24

ENERGI TERSIMPAN DALAM BENDA6

ENERGI

KINETIK (Ek)

Energi yang dimiliki benda (bagian sistem atau

keseluruhan sistem) untuk berhubungan dengan

gerak relatifnya terhadap benda atau bagian

lain yang ikut menyusun sistem bersangkutan.

Nilai energi kinetik persatuan massa.

EK = .2

= kecepatan linier gerak benda, m/s


7/24


1. Energi potensial sehubungan dengan posisi benda di dalam medan

grafitasi.EP= g . z

g = percepatan grafitasi, 9,8 m/s2

z = ketinggian benda terhadap permukaan bumi.

2. Energi potensial sehubungan dengan perubahan bentuk atau volumEP= P.V

P = tekanan yang diderita benda karena desakan benda disekitarnya,

N/m2

V = volum spesifik benda, m3/kg

ENERGI

POTENSIAL (Ep)

Dua tipe energi potensial yang penting untuk

diperhitungkan di dalam sistem pemroses kimia-

fisik adalah:


8/24


ENERGI

DALAM (U)

Energi yang dimiliki benda untuk

mempertahankan struktur molekul-molekul

penyusunnya, serta mempertahankan gerakan-

gerakan translasi, vibrasi, dan rotasi molekul-

molekul tersebut. U = f(T)

ENTALPISebuah besaran yang diturunkan secara

matematik, yaitu kemudahan untuk menuliskan

(U + PV) yang sering muncul bersamaan.

Di dalam sistem tertutup,suku PV hanya berupaperkalian nilai tekanan dan volum yang memiliki

satuan sama dengan energi.

Di dalam sistem terbuka dengan aliran kontinyu, suku

PV benar-benar merupakan aliran energi yang

masuk dan keluar bersama aliran material


9/24

ENERGI YANG BERPINDAH9

Energi sistem dapat bertambah atau berkurang melalui cara

berikut:

1. Energi yang terbawa dalam materi yang masuk atau keluar sistem.

2. Panas (Q) yang masuk atau keluar sistem melalui dinding sistem akibatperbedaan temperatur sistem dengan lingkungan.

3. Kerja (W) yang berpindah melalui dinding sistem sebagai akibat:

- perbedaan tekanan sistem dan lingkungan, yang diwujudkan dengan

perubahan volum sistem.

- perbedaan tekanan lingkungan dengan sistem di tempat masukan, danperbedaan tekanan sistem dengan lingkungan di tempat keluaran.

- kerja poros yang berhubungan dengan perpindahan momentum antara

sistem dengan lingkungan, misalnya kerja pompa, kompresor atau

turbin.


10/24

TERMOFISIKA10

Termofisika berhubungan dengan perubahan

kandungan energi benda (sistem) berkaitan dengan

peristiwa fisik, yaitu: perubahan temperatur,

perubahan fasa atau pelarutan/pencampuran duasenyawa atau lebih tanpa disertai reaksi.

Panas Laten : perubahan harga entalpi yang cukup

besar diikuti perubahan fase, tanpa terjadi perubahan

suhu.

Panas Sensibel : perubahan harga entalpi yang cukup

besar tanpa diikuti perubahan fase, hanya terjadi

perubahan suhu


11/24

PANAS LATEN11

Panas laten berkaitan dengan perubahan kandunganenergi benda yang mengakibatkan perubahan fasa,seperti: penguapan, pengembunan, peleburan dan jugabentuk kristal. Perubahan fasa di dalam pemrosesan gas

alam kebanyakan hanya melibatkan penguapan danpengembunan, sehingga materi yang akan disampaikandibatasi dengan masalah perubahan fasa cair-uap.

Perubahan fasa untuk benda murni berlangsung padatekanan dan temperatur tetap, tetapi perubahan fasa

campuran senyawa berlangsung pada berbagai tekanandan temperatur, tergantung pada komposisinya. Nilaipanas laten penguapan tergantung pada tekanan dantemperatur.


12/24

PANAS LATEN12

Contoh temperatur, tekanan, dan panas laten

penguapan air sebagai berikut:

Data Penguapan Air

Temperatur, oC 30 100 120,2 151,8 179,9

Tekanan, bar 0,0424 1,0131 2 5 10

Panas penguapan , kJ/kg 2430,7 2257,0 2201,6 2107,4 2013,6


13/24

PANAS SENSIBEL13

Jika sebuah benda dipanasi atau didinginkan, maka kandungan

energinya teramati sebagai perubahan temperatur. Hubungannya dapat

dinyatakan dengan persamaan berikut:

Jika pemanasan dilakukan pada volum tetap (proses isometrik)

dU = Cv.dT

Jika pemanasan dilakukan pada tekanan tetap (isobar)

dH = Cp.dT

Persamaan tersebut dapat diartikan bahwa perubahan temperatur benda

menunjukan perubahan energi-dalam (U) untuk sistem yang mengalamiproses isometrik, dan perubahan entalpi (H) untuk proses isobar. Konstanta

Cv dan Cp merupakan kapasitas panas pada volum tetap dan tekanan

tetap.


14/24

PANAS SENSIBEL14

Secara termodinamika kapasitas panas ini didefinisikan sebagaiberikut:

Cv = [dU/dT], banyaknya panas yang diperlukan untuk menaikkantemperatur benda pada volum tetap.

Cp = [dH/dT], banyaknya panas yang diperlukan untuk menaikkan

temperatur benda pada tekanan tetap.Khusus untuk senyawa yang memiliki sifat mendekati gas ideal berlaku:

Cp = Cv + R

Cp = 7/2 R untuk gas beratom dua, seperti N2, O2

R = tetapan gas universal= 8,314 J/(mol.K)

= 1,987 cal/(mol.K)

= 0,082 L.atm/(mol.K)


15/24

TERMOKIMIA15

Semua reaksi melibatkan penyerapan atau

pelepasan panas dengan nilai yang berbeda-beda

Reaksi eksotermik reaksi yang melepaskan

panas.

Reaksi endotermikreaksi yang menyerap panas

Reaksi atermik reaksi yang melepaskan atau

menyerap panas sedikit dan nilainya dapatdiabaikan.


16/24

TERMOKIMIA16

Panas reaksi

panas yang terlibat dalam reaksi dan sering diberi

nama yang lebih spesifik, yaitu:

Panas pembentukan reaksi pembentukansuatu senyawa dari elemen (atom) penyusunnya.

Panas pembakaran reaksi pembakaran, yaitu

reaksi suatu senyawa dengan molekul O2. nilaipanas ini bergantung dari fasa air yang

terbentuk dari reaksi pembakaran.


17/24

TERMOKIMIA17

Panas reaksi standar panas yang dilepaskan ataudiserap oleh suatu reaksi secara stokiometrik, jikareaksi yang bersangkutan dilaksanakan padatemperatur acuan (25oC atau 298K).

Panas reaksi dihitung dari panas pembentukan ataupanas pembakaran senyawa-senyawa yang terlibat.

Perhitungan panas reaksi standar dari panaspembentukan standar

HR.298= (Hf.298 produk) - (Hf.298 reaktan)

atau HR.298= (s Hf.298s)


18/24

TERMOKIMIA18

Perhitungan panas reaksi standar dari panas pembakaranstandar

HR.298= -[(Hc.298 reaktan) - (Hc.298 produk)]

HR.298= - (s Hc.298s)

Dengan:

HR.298= panas reaksi pada 298K

Hf.298= panas pembentukan pada 298K, data tersedia.

Hc.298= panas pambakaran pada 298K, data tersedia.

s = koefisien persamaan reaksi untuk setiapsenyawa s, dengan nilai negatif untukreaktan dan positip untuk produk


19/24

Soal-119

Hitung panas pembakaran standar CH4dari datapanas pembentukan standar. Reaksi pembakaranmetana adalah sebagai berikut:

CH4+ 2O2

CO2+ 2H2Odiketahui:

Hf.298CO2 = -94,05 kcal/mol

Hf.298H2O(l) = -68,32 kcal/mol

Hf.298 CH4 = -17,89 kcal/mol

Hf.298 O2 = 0


20/24

Penyelesaian Soal-120

Hc.298= [Hf.298CO2+ 2xHf.298H2O]

[Hf.298 CH4+2xHf.298 O2]= [-94,05 + 2x -68,32] [-17,89 + 2x0]

= -212,8 kcal/mol


21/24

Soal-221

Hitung panas pembentukan standarpropan (C3H8) dari data

pembakaran standar berikut:

Reaksi 1 : 3C + 4H2C3H8

Hf.298C3H8= ?Reaksi 2 : C3H8+ 5O23CO2+ 4H2O

Hc.298C3H8= -530,61 kcal/mol

Reaksi 3 : C + O2CO2

Hc.298C = -94,05 kcal/mol

Reaksi 4 : H2+ O2H2O

Hc.298H2= -68,32 kcal/mol


22/24

Penyelesaian Soal-222

Persamaan reaksi 1 dapat disusun dari penjumlahanpersamaan 2, 3, dan 4 berikut:

3CO2+ 4H2OC3H8+ 5O2 -1 x (reaksi 2)

3C + 3O23CO2 3 x (reaksi 3)

4H2+ 2O24H2O 4 x (reaksi 4)3C + 4H2C3H8 Reaksi 1Reaksi Pembentukkan

Sehingga:

Hf.298C3H8 = [(-1)x

Hc.298C3H8]

[(3x

Hc.298C) +(4xHc.298H2)]

= [(-1)x(- 530,61)] [(3x(-94,05)) + (4x(-68,32))]

= [530,61] [-555,43]

= 1086,04 kcal/mol


23/24

PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP

PANAS REAKSI23

Kandungan energi benda sangat tergantung pada temperatur. Dengan demikian

panas yang timbul atau diserap oleh suatu reaksi juga tergantung pada

temperatur reaksi, atau temperatur reaktan dan produk reaksi.

Persamaan perhitungan panas reaksi di luar temperatur acuan dapat ditulis

dalam dua bentuk, yaitu:

Penggunaan panas reaksi standar

HR.T= HR.298+(Hs,T.produk) - (Hs,T.reaktan)dengan:

HR.T

= panas reaksi pada temperatur T

HR.298 = panas reaksi standar (pada temperatur 298K)

(Hs,T.produk) = entalpi sensibel senyawa produk reaksi(Hs,T.reaktan) = entalpi sensibel senyawa reaktan

Penggunaan panas pembentukan standar (atau panas pembakaran standar)

HR.T= (Hf.298+Hs,T)produk- (Hf.298+Hs,T)reaktan


24/24

Soal Quis24

Hitung panas reaksi standaretanol (C2H5OH) dari data pembakaran

standar berikut:

Reaksi 1 : 2C + 3H2+ O2C2H5OH

Hf.298C2H5OH = ?Reaksi 2 : C + O2CO2

Hc.298C = -393,5 kJ/mol

Reaksi 3 : H2+ O2H2O

Hc.298H2= -286 kJ/mol

Reaksi 4 : C2H5OH + 3O22CO2 +3H2O

Hc.298C2H5OH = -1367 kJ/mol

2.neraca energi dasar

Documents