Kimia Dasar Oleh :

Dr. Aminudin Sulaema

Termodinamika Kimia

Mengapa terjadi perubahan

Temperatur, Energi termal dan panas

Hukum kekekalan energi

Satuan energi

Kapasitas panas dan panas spesifik

Pengukuran perubahan energi termal

Enthalfi

Hukum Hess

Mengapa perubahan Terjadi ?

Proses spontan

Berlangsung dengan sendirinya “secara alami” tanpa memerlukan pemicu

Proses tidak spontan

Diperlukan sesuatu untuk bisa berlangsung

Kapan reaksi berlangsung spontan ?

Kespontanan suatu reaksi dapat ditentukan dengan mempelajari thermodinamika

Thermodinamika dapat digunakan untuk menghitung kerja yang dihasilkan dari beberapa reaksi kimia

Dua faktor yang dapat menetukan kespontanan reaksi yaitu entalphi dan entropi

Energi

Energi – kemampuan untuk melakukan kerja

Kerja – usaha yang diberikan pada suatu objek

Ada beberapa bentuk energi

•Termal-panas

•Listrik

•Radiasi- termasuk sinar

•Kimia

•Mekanik- suara

•nuklir

Energi

Energi dapat diklasifikasi menjadi :

Energi Potensial

Energi yang tersimpan- Kemampuan untuk melakukan kerja

Energi kinetik

Energi dari yang bergerak - keadaan sedang melakukan kerja

Energi dapat dipindahkan dari satu objek ke yang lainnya. Energi juga dapat berubah bentuk

Energi Potensial VS energi Kinetik

Perubahan dari energi potensial menjadi energi kinetik

Energi Kinetik VS Energi Potensial

Energi dan Ikatan kimia

Dalam Reaksi Kimia

•Ikatan yang lama putus

•Ikatan baru terbentuk

•Energi bisa diserap atau dilepaskan

Eksoterm : berupa energi yang dilepaskan

Ikatan baru lebih stabil

Endotermik : berupa energi yang diserap

Ikatan baru kurang stabil

Eksoterm

Karena energi maka dilepaskan

Hasil lebih stabil

Diperlukan tambahan energi karena produk reaksi kurang stabil

Endoterm

Entropi

Entropi – Suatu ukuran “ ketidak teraturan” atau tingkat kebebasan sistem

Keadaan tidak teratur lebih disukai dari pada keadaan teratur, dan dapat menjadikan suatu reaksi dapat berlangsung spontan walaupun endoterm

Laju Perubahan

Tidak semua Perubahan yang spontan berlangsung dalam suatu periode waktu tertentu

Beberapa memerlukan energi awal untuk dapat memulai reaksi

Kinetika – mempelajari laju reaksi

Temperatur, kalor dan panas

Temperatur. Suatu sifat intensif dari material

kalor – gerakan dari molekul, atom atau ion. Semua materi mempunyai energi ini jika berada pada temperatur diatas 0 K

Panas. kalor yang dipertukarkan melalui perbedaan temperatur. Energi termal mengalir dari benda yang lebih panas ke yang lebih dingin

Hukum Kekekalan energi“Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan” - dalam suatu reaksi kimia.

Selama reaksi, energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya

Contoh - Pembakaran gas alam.

Ikatan kimia yang ada sebagai energi potensial, maka pada saat reaksi :

Sejumlah energi potensial dirubah menjadi energi panas dan cahaya

Satuan Energi

Seperti sudah diketahui, energi kinetik didefinisikan sebagai :

energi kinetik = ½ mv2

m= massa zat V = kecepatan

Joule (J) – energi yang diperlukan untuk menggerakan 2 kg massa pada kecepatan 1 m/s. Turunan satuan SI

J = energi kinetik = ½ (2kg)(1m/s)2

= 1 kg m2s-2

Satuan Energi

Kalori (kal)

Awalnya didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan satu gram air dari 15 ke 16oC

Kini didefinisikan: 1 kal = 4,184 J

Nilai kalori

Ini sering anda lihat pada label produk makanan

Biasanya dinyatakan dalam kilokalori (kkal)

Kapasitas Panas

Setiap zat memiliki kalor

Identik dengan massa, suatu bahan dapat mengandung perbedaan jumlah kalor walapun teperaturnya sama.

Kapasitas panas . Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan temperatur bahan sebesar 1 derajat

Panas spesifik. Jumlah kalor yang diperlukan untuk meningkatkan temperatur 1 gram bahan sebesar 1 derajat.

Kapasitas Panas Spesifik (Cv) pada 25oC, 1 atm

Bahan Cv Bahan Cv

Cv = kapasitas panas , J g-1 oC-1

Kapasitas Panas

Contoh

Berapa joule harus diberikan untuk memanaskanya pada 50 g lempeng alumunium dari 22oC menjadi 85 oC

Panas yang diperlukan = Massa x Cv x T

Ini adalah proses perubahan endoterm tandanya +

Mengukur perubahan kalor

Nilai Kalor suatu zat tidak bisa secara langsung diukur

Kita hanya bisa mengukur perubahannya saja

Untuk dapat mengamati perubahan energi, kita harus dapat mengisolasi sistem kita sebagai bagian alam semesta

Kalorimeter – alat yang dapat digunakan untuk mengukur perubahan dan kalor dan dianggap mewakili sebagai sitem yang terisolasi kita.

Contoh Kalorimetri

Anda diberi dua macam larutan seperti tertulis dibawah ini :

Keduanya memiliki terperatur awal 20,0oC

Kedua larutan segera masukan kedalam kalorimeter “Coffee Cup” dan aduk. Reaksi akan terjadi dengan cepat. Temperatur tertinggi adalah 23,3 oC. Berat jenis arutan 1,0 g/ml

Hitung panas reaksi jika Cv larutan =4,18 J g1 oC-1

Contoh Kalorimetri

Pertama, tentukan jumlah energi yang diberikan

Kemudian, tentukan jumlah mol HCl dan NaOH yang bereaksi - keduanya sama

Contoh Kalorimetri

Kalor reaksi penetralan :

Entalpi

Energi yang diserap atau dilepaskan ketika perubahan berlangsung dalam tekanan tetap

H = Hakhir - Hawal

Subskrips digunakan untuk menunjukkan jenis perubahan

Hvap = panas penguapan

Hnet = Panas netralisasi

Hfusion =panas fusi

Hsol = Panas pelarutan

Hrxk = panas reaksi

StoikhiometriBeberapa reaksi secara sederhana dikaitkan dengan kalor yang dilepaskan.

Pembakaran gasolin, batubara, gas alam.

Kalor yang dilepaskan dapat ditunjukkan sebagai produk reaksi

Untuk reaksi yang diberikan, H diintepretasikan untuk setiap mol.

Stoikhiometri

Penentuan kalor yang dilepaskan jika 50,0 g methana dibakar dengan oksigen berlebih

Pertama, tentukan jumlah mol methana (MM= 16,043 g)

Stoikhiometri

Sekarang lihat reaksi setara thermokimianya

Kalor yang dilepaskan

Hukum Hess

Kalor yang diberikan atau diserap pada suatu reaksi adalah sama, jika reaksinya berlangsung dalam satu tahap.

• ini adalah bentuk lain dalam menyatakan hukum kekekalan energi

•Jika perubahan netto energi dalam akan berbeda tergantung dari cara yang dilaluinya, hal ini akan memungkin untuk menciptakan energi- Hal ini tidak mungkin terjadi

Hukum Hess

Menghitung enthalphi

Persamaan termokimia dapat digabungkan untuk menghitung Hrxn

Contoh

Ini tidak dapat secara langsung ditentukan sebab CO2

terus terbentuk

Akan tetapi kita dapat mengukurnya sebagai berikut:

Menghitung Enthalfi

Dengan menggabungkan dua pesamaan, kita dapat menentukan Hrxn yang kita kehendaki

Catatan : karena kita memerlukan 2 mol CO2 yang dihasilkan dalam reaksi di atas, persamaan reaksiHrxn harus digandakan

Menghitung enthalfi

Sekarang kita dapat melakukan penjumlahan kedua persamaan reaksi tersebut bersama-sama

Catatan 2 CO2 dapat saling menghilangkan, begitu juga satu O2 disebelah kanan dapat dihilangkan.

Menghitung Enthalfi

Permasalahan nyata dengan menggunakan Hukum Hess adalah bagai mana cara menggabungan persamaan-persamaan tersebut

Yang paling sering digunakan adalah persamaan reaksi dalam bentuk reaksi pembentukan

Reaksi pembentukan

Reaksi dimana senyawa dibentuk dari unsur-unsurnya

Enthalfi pembentukan Standar

Hfo

Perubahan enthalfi yang dihasilkan dari 1mol zat yang terbentuk dari unsur-unsurnya

Semua unsur berada dalam keadaan standar

Hfo

dari unsur pada keadaan standar nilainya dinyatakan = 0

Enthalfi Pembentukan standar

Nilai-nilai Enthalfi pembentukan standar digunakan secara luas untuk zat-zat.

Selain itu, nilai-niai terpisah untuk zat-zat yang keadaannya berbeda bisa saja digunakan jika sesuai

Perubahan Fasa

Kita dapat menggunakan nilai-nilai Hfo untuk

menentukan energi yang diperlukan untuk merubah dari satu fasa ke fasa lainnya

Contoh : konversi metanol dari fasa cair ke padatan adalah:

Perubahan Fasa

Ini bukan Hovav karena nilainya pada suhu 25 oC

Hovav adalah kalor yang diperlukan pada titik didih

metanol

Kimia thermodinamika lanjutan

Hukum thermodinamika

Entropi

Energi bebas

Perhitungan Energi bebas

Energi Bebas dan Tetapan Kesetimbangan

Hukum Hukum Thermodinamika

Pertama

Energi tidak diciptakan atau dimusnahkan dengan hanya pemindahan dari satu benda ke yang lainnya atau perubahan dari satu bentuk kebentuk lainnya

Kedua

Setiap perubahan spontan akan disertai dengan peningkatan entropi alam semesta

Ketiga

Entropi dari kristal sempurna suatu zat adalah nol pada 0 K

Entropi

Gambaran molekul kinetik

Untuk suatu gas ideal pada satu atmosfer, jika temperatur diturunkan volumenya akan mengecil

Pada 0 K, molekul-molekul tidak mempunyai energi gerak

Dalam kondisi ini hanya memungkinkan satu penyusunan ulang untuk molekul-molekul

Entropi

Pada temperatur yang meningkat, molekul-molekul akan mulai bergerak dan memerlukan Volume yang lebih besar

Entropi dan Temperatur

Entropi dari gas ideal pada tekanan tetap meningkat dengan meningkatnya temperatur

Hal ini karena volumenya bertambah

Entropi dan Temperatur

Ada beberapa alasan untuk entropi yang meningkat dengan kenaikan temperatur

Meningkatnya temperatur akan menghasilkan suatu kecepatan distribusi molekul yang lebih besar.

Entropi dan Temperatur

Peningkatan temperatur juga menghasilkan tingkat energi atom-atom dalam molekul menjadi bertambah

Untuk molekul-molekul, ini berarti akan dapat berotasi dan vibrasi ikatan-katanya

Yang selanjutnya meningkatkan entropi

Entropi dari suatu sistem

Hukum kedua menyatakan bahwa entropi alam semesta akan meningkat untuk semua perubahan yang spontan

• ketika melihat pada sistem, entropi dapat juga bertambah atau berkurang untuk suatu perubahan yang spontan

•Ingat, suatu sitem hanya sebagian dari alam semesta, dan pertukaran energi dapat berlangsung.

Entropi suatu Sistem

Contoh

Suatu peningkatan entropi dihasilakan karena ada peamhan jumlah mol gas

Reaksi ini juga menghasilkan peningkatan entropi walaupun lebih kecil

Entropi Standar

So Entropi dari suatu zat pada keadaan standar

Perbedaan antara nilai entropi kristal sempurna zat pada 0 K dan keadaan standarnya pada temperatur yang lebih tinggi

-Tekanan 1 atmosfer

- teperatur yang diketahui pada 25oC

-Satuan untuk Soadalah J/K mol

Entropi standaruntuk semua zat bernilai positif

Entropi stndar pada 25oC

Perhitungan perubahan

Entropi standar

Sebagai mana entalfi, entropi juga merupakan fungsi keadaan

• Hal ini tidak bergantung pada bagai mana suatu zat sampai pada suatu keadaan

jumlah dari

np mol setiap produk

nr mol setiap pereaksi

Perhitungan perubahan Entropi Standar

Contoh : Hitung Sorxn pada 25oC untuk reaksi

berikut ini

Perhitungan perubahan Entropi Standar

Perhitungan Perubahan Entropi Standar

Reaksi yang menghasilkan penurunan entropi walaupun berlangsung spontan

Hal ini menunjukkan bahwa entropi belum memberikan gambaran umum

Energi Bebas

Energi Bebas Gibbs (G) dapat digunakan untuk menggambarkan perubahan energi sistem

Hal menujukkan , bahwa perubahan energi bebas adalah penting, G

Pada temperatur dan tekanan konstan, G adalah sama dengan

T adalah temperatur dalam Kelvin

Energi Bebas

Tanda DG menunjukkan dimana suatu reaksi akan berlangsung spontan

+ Tidak spontan

0 Pada kesetimbangan

- Spontan

Pada kenyataanya bahwa efek S akan bervariasi sebagai fungsi temperatur adalah penting. Ini dapat menyebabkan perbahan tanda dari G

Temperatur dan pengaruhnya terhadap G

Tanda

H S G Pengaruh temperatur

- + - spontan pada semua temperatur

+ - + tidak spontan pada semua temperatur

- - - spontan pada temp. rendah, tetapi

+ Tidak spontan pada temp. tinggi

+ + + tidak spontan pada temp. rendah tetapi

- akan spontan pada temp. tinggi

Perhitungan Go

Kita dapat menghitung nilai Go dari nilai-nilai Ho dan So pada temperatur dan tekanan konstan

Contoh.

Tentukan Go untuk reaksi berikut ini pada 25oC

Perhitungan Go

Menghitung Go

Reaksi ini akan berlangsung spontan dibawah kondisi standar pada 25oC

Catatan : biasanya disertai perubahan dari J/K menjadi kJ/K

Energi Bebas Pembentukan Standar

Gfo

Perubahan energi bebas yang dihasilkan jika satu mol zat jika dibentuk dari unsur-unsurnya , dengan semua zat dalam keadaan standar

Nilai G dapat dihitung dari

Energi Bebas Pembentukan Standar

Efek temperatur terhadap G

Di awal, telah ditunjukkan bahwa jika H dan S mempunyai sifat yang sama, temperatur menentukan arah kesepontatan reaksi

Jika ini terjadi, kita dapat tentukan temperatur jika perubahan dalam arah tertentu terjadi

Efek temperatur terhadap G

Dari contoh terdahulu kita temukan bahwa untuk reaksi

Karena baik H dan S mempunyai mempunyai menunjukan hal yang sama, bahwa arah kesepontanan reaksi dipengaruhi temperatur.

Efek temperatur terhadap G

Temperatur mampu menjalankan atau membalikkan kesepontanan reaksi menjadi :

Energi bebas dan Kesetimbangan

Untuk gas, tetapan kesetimbangan untuk suatu reaksi dapat dihubungkan dengan Go dengan:

Nilai K untuk berbagai nilai DG pada 25oC