bag 11. termokimia

31/10/2013 Rahmayeni

mempelajari tentang perubahan panas dalam reaksi kimia


Sistem• Sistim = bagian dari alam semesta,

mengandung sejumlah tertentu materi

• Suatu proses termodinamika dapat

menyebabkan perubahan pada sistim

• Volume, tekanan, temperatur dan energi

dalam adalah sifat-sifat sistim atau disebut

sebagai fungsi keadaan


sistim

Tak ada energi keluar atau masuk

Tak ada materi

masuk atau

keluar sistim

Sistim

terisolasi

Sistim terbuka : terjadi perubahan energi dan materi secara bebas

dengan lingkungan

Sistim tertutup : materi tidak dapat berubah tetapi energi dapat

berubah dengan lingkungan

Sistim terisolasi : tidak terjadi interaksi dengan lingkungan


Energi = kemampuan untuk melakukan kerja

• Energi radiasi berasal dari cahaya yang merupakan sumber energi utama di bumi

• Energi panas adalah energi kinetik dari pergerakan tak beraturan atom-atom dan molekul

• Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam ikatan senyawa kimia

• Energi nuklir yang tersimpan dalam proton dan netron dari atom

• Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda yang diam

• Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak


kinetika

potensial

listrik

Bendungan Air


Energi potensial dan kinetik

• Energi potensial :

Ep = m x g x h

m== = masa benda

g = gaya grafitasi

h = tinggi

• Energi kinetik :

Ek = ½ m x v2

m = masa benda

v = kecepatan benda


Soal-soal

• Hitung energi potensial suatu benda relatif

terhadap permukaan bumi jika masa benda

tersebut 10 kg dan berada pada ketinggian 50 m

• Untuk menaikkan suhu sebesar 5,0oC ternyata

benda A yang masanya 10 kg harus dijatuhkan

berulang-ulang sampai menempuh jarah sejauh

42,6 m. Maka kerja yang dilakukan oleh benda

A adalah


potensial

nuklir

panas

listrik

Reaktor Nuklir


Perubahan energi

• Energi dapat berubah dari suatu bentuk ke

bentuk yang lain : Generator dapat

menghasilkan listrik dan listrik digunakan untuk

menghidupkan lampu

• Proses pembangkit tenaga listrik dari

pembakaran metana (energi panas) diubah ke

dalam bentuk energi mekanik, tetapi tidak

semua diubah, sebagian panas digunakan untuk

mengatasi gesekan shg generator menjadi lebih

panas dari lingkungan


Energi kimia


Energi kimia

Energi kimia yang terdapat dalam bahan

bakar atau makanan berasal dari energi

potensial atom-atom penyusun bahan bakar

atau makanan tersebut yang tertata dalam

bentuk molekulnya.

Energi kimia yang tersimpan ini dapat dilepas

dengan cara melakukan pembakaran atau

metabolisme.


Energi kimia


Kebakaran Hutan

Es meleleh

Perpindahan energi dari air ke es


Satuan EnergiThe SI unit for energy is the joule ("J").

In honor of James Prescot Joule (1818-1889) a British Scientist who investigated work and heat.

1 kalori = 4,184 J

2

2kg.m 1 Joule 1

s


KalorimeterMengukur panas yang dilepaskan atau diserap oleh

sistem pada tekanan konstan (qp)

• Sistem = reaksi

• Lingkungan = air + bomb (chamber/kalorimeter)

q = m .c. T

q = C. T

q: kalor, panas

m: massa

• E yang dilepas dari sistem = E yang diterima lingkungan

Kapasitas kalor molar (C) adalah jumlah panas yang

diperlukan untuk merubah temperatur 1 mol zat

sebesar 1o K

Kalor/ panas jenis spesifik (c) adalah jumlah

panas yang diperlukan untuk merubah temperatur

1 gram zat sebesar 1o K


Sebanyak 250 g air dipanaskan dalam kalorimeter. Berapa

panas yang diperlukan untuk merubah suhu air dari 22C

ke 98C ? Panas spesifik air adalah 4,18 J/g.C

q = m. c. T

= 250 g . 4,184 J/gC. (98C – 22C)

= 7,9 104

Perumusan Masalah

Diketahui: massa sampel (m) = 250 g

perubahan suhu (T) = 98C – 22C = 76C

Ditanya: Kalor/ panas yang diserap oleh air (q)

Penjelasan dan penyelesaian

Kalor/ panas yang diserap oleh air dihitung dengan menggunakan rumus: q = m. c. T

Jadi 250 g air membutuhkan kalor/panas sebesar 7,9 104 J untuk merubah

suhu dari 22C menjadi 98C

Contoh


Sebanyak 1,00 g sampel etanol dibakar dalam kalorimeter bom yang berisi air sebanyak 3000 g. Temperatur air meningkat dari 24,284C menjadi 26,225C. Kapasitas panas kalorimeter adalah 2,71 kJ/ C. Berapa jumlah panas yang dihasilkan dari pembakaran etanol?.

Perumusan Masalah

Diketahui:

peubahan suhu (T) = 26,225C– 24,284C = 1,941C

Ditanya: Kalor/ panas yang dihasilkan dari pembakaran etanol (q)

Penjelasan dan penyelesaian

• Kalor/ panas yang dilepas ke air hasil dari pembakaran etanol dihitung dengan

menggunakan rumus: q1 = m. c. T

massa air dalam kalorimeter (m) = 3000 g

• Kalor/ panas yang diserap oleh alat dihitung dengan menggunakan rumus: q2 = C.T

• Kalor/ panas yang dihasilkan dari pembakaran etanol (q total) dihitung dengan

menjumlahkan panas yang diserap air dan kalorimeter

c =2,71 kJ/ C

Contoh


Panas yang dilepas dari reaksi etanol ke air

q = m. c. T

= 3000 g . 4,184 J/gC. (1,941C)

= 24,36 103 J = 24,36 kJ

Panas dari reaksi etanol ke kalorimeter

q = C. T

= 2,71 kJ/C. (1,941C)

= 5,26 kJ

Panas total dari reaksi 1,000 g etanol adalah

24,36 kJ + 5,26 kJ = 29,62 kJ

Jadi panas yang dihasilkan dari pembakaran 1,000 g etanol adalah 29,62 kJ


Materi dan energi di alam semesta adalah tetap.

Lebih dikenal sebagai hukum kekekalan energi:

Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan

melalui reaksi kimia atau perubahan fisika.

E = E sistim + E lingkungan = 0

Perubahan energi internal sistem sebanding dengan jumlah

panas yang diperoleh atau hilang dari sistem dan kerja yang

dilakukan ke atau oleh sistem

Esis = q + w

Hukum Termodinamika Pertama (I)


Berdasarkan Hk Thermodinamika I, energi hanya ditransfer antar

sistem dan lingkungan.

Keadaan termodinamika suatu sistem diatur pada kondisi yang

spesifik: temperatur, tekanan, komposisi (identitas dan jumlah mol

tiap komponen), dan keadaan fisika.

Sifat sistem seperti P,V,T disebut sebagai fungsi keadaan.

Nilai dari fungsi keadaan hanya tergantung pada

keadaan sistem tersebut, tidak dipengaruhi

bagaimana cara sistem tersebut mencapai keadaan

yang dimaksud.

Hal terpenting dalam fungsi keadaan termodinamika

adalah bisa menjelaskan tentang perubahan.

X = X akhir - X awal


Hampir semua reaksi kimia dan perubahan fisika terjadi pada

temperatur konstan.

Jumlah panas yang ditransfer kedalam atau keluar sistem saat

terjadi reaksi kimia atau perubahan fisika pada temperatur

konstan, qp didefenisikan sebagai perubahan entalpi H dari

proses.

Perubahan entalpi sebanding dengan panas (qp) yang

bertambah atau hilang oleh sistem saat terjadi proses pada

temperatur konstan.

Perubahan Entalpi

H = qp


Entalpi

• ΔE=qp+w=qp-Peks ΔV

• Jika Peks=Pint, maka

• ΔE=qp-P ΔV

• qp = ΔE +P ΔV

• Karena P tetap, P ΔV = Δ(PV), sehingga

• qp = Δ (E +PV)

• H = E + PV

qp = Δ (E +PV) = Δ H


H = H akhir - H awalatau

H = H produk - H reaktan

contoh:

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) H = -483,6 kJ

• H negatif, menunjukan hasil reaksi melepaskan panas

(eksotermik)

• Reaksi ini menghasilkan energi 483,6 kilo Joule saat 2 mol

H2 bereaksi dengan 1 mol O2 menghasilkan 2 mol H2O.

Penentuan Entalpi Reaksi


diagram energi:Sifat-sifat Entalpi:

1. Entalpi adalah sifat ekstensif

(terukur berdasarkan banyak

materi yang diukur. Besar H

tergantung pada jumlah reaktan

yang dipakai.

2. Reaksi kimia yang sama tapi

dengan arah yang berlawanan

memiliki besar entalpi yang sama

tapi dengan tanda yang

berlawanan

3. Perubahan entalpi suatu reaksi

tergantung pada keadaan reaktan

dan produk (g, l atau s)


Hfinal < Hinitial

dan H negatif (-H)

Keadaan entalpi suatu sistem

Hfinal > Hinitialdan H positif (+H)

Jika entalpi sistem lebih besar

pada akhir reaksi, maka sistem

menyerap panas dari lingkungan

(reaksi endotermik)

Jika entalpi sistem lebih rendah

pada akhir reaksi, maka sistem

memberikan panas pada

lingkungan (reaksi eksotermik)


contoh:

Dari reaksi pembakaran metana berikut, berapa energi yang

dilepas jika sebanyak 4,5 g metana dibakar pada tekanan

konstan ?

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) H = -802 kJ

jawab:

kJ 225,5- CH mol 1

kJ 802 - x

CH g 003,16

CH mol 1 CH g 5,4

44

44

Tanda negatif (eksotermik) menunjukan sebanyak 225,5 kJ energi

dilepaskan oleh sistem ke lingkungan.


Contoh:

• Fosfor merah bereaksi dengan bromin cair dalam reaksi

eksotermik

• Hitung perubahan entalpi jika 2,63 g fosfor bereaksi

dengan bromin berlebih menurut reaksi diatas. Masa

molar P = 30,97 gmol-1

• Jawab:

kJ 243 ΔH PBr 2 Br 3 P 2 gl 2 s

kJ 10,3P mol 2

kJ 243 x

mol g 30,97

P g 2,63ΔH

1


Hukum Hess

Hess, 1840: “Perubahan entalpi dari suatu reaksi adalah selalu

sama, meski reaksi tersebut berlangsung satu tahap

atau lebih”

.... H H H H 0

c

0

b

0

a

0

rx

H0rx dari suatu reaksi yang terdiri atas beberapa tahapan reaksi

merupakan jumlah dari perubahan entalpi seluruh tahapan

Data sejumlah perubahan entalpi reaksi dapat digunakan

untuk menentukan H0rx reaksi yang lain


C(s) + O2 CO2 -393,5 kJ

H0

kJ 5,110H0 rx

CO2(g) CO + O2(g) -(-283,0 kJ)2

1

Perubahan entalpi suatu reaksi dihitung dengan menjumlahkan

perubahan entalpi tahapan reaksinya. Tahapan reaksi dapat dirubah

arah reaksinya disesuaikan dengan reaksi akhir.

?H0 rx

Contoh:

(1)

(2)


Diagram perupahan entalpi

untuk reaksi: C(s) + O2(g)

-393,5 kJ

-110,5 kJ

CO(g) + ½ O2(g)

-283,0 kJ

CO2(g)

kJ 5,110 H CO(g) O C(s) 0

rx221

CO(g) O C(s) 221


Diagram Entalpi


Hukum Hess

Perubahan entalpi standar, Δ Horx merupakan perubahan entalpi yang dihasilkan

dari reaksi perubahan sejumlah mol reaktan menjadi sejumlah mol produk, dalam

keadaan standar.

• Keadaan standar senyawa dalam fase cair atau padat adalah keadaan

senyawa cair atau padat tersebut dalam bentuk murni

• Keadaan standar fase gas adalah pada tekanan satu atmosfir

• Keadaan standar larutan adalah pada konsentrasi satu molar

Entalpi pembentukan standar ΔHfo adalah perubahan entalpi untuk reaksi

pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsurnya, biasa disebut juga

sebagai panas pembentukan standar.

0

fHmenunjukan tekanan standar pada 1 atmosfir

•Nilai negatif (-) menunjukan reaksi pembentukan

terjadi secara eksoterm

•Nilai positif (+) menunjukan reaksi pembentukan

terjadi secara endoterm


Menentukan entalpi reaksi dari entalpi pembentukan

(reaktan)H (produk)HH 0

f

0

f

0

rx

)O(2H )(SiO )(2O )(SiH 2224 lsgg

Contoh:

Tentukan H0rx reaksi berikut pada suhu 298 oK

Penyelesaian

(reaktan)H (produk)HH 0

f

0

f

0

rx

0

)(O

0

)(SiH

0

)(OH

0

)(SiO

0

rx 24222 2 H lfsflfsf HHHH


Menentukan Entalpi Reaksi dari Energi Ikatan

Entalpi reaksi : Jumlah energi yang diperlukan untuk

memutus satu mol ikatan kovalen senyawa dalam keadaan

gas untuk menghasilkan produk pada kondisi temperatur

dan tekanan konstan.

gas) (fase E.I E.I H produkreaktan

0

rx

Contoh: Tentukan entalpi reaksi berikut dengan menggunakan data energi

ikatan. Semua reaktan merupakan senyawa kovalen berikatan tunggal

Br2(g) + 3F2(g) 2BrF3(g)


Energi Ikatan Tunggal

HBr-Br = 193 kJ HF-F= 155 kJ HBr-F= 249 kJ


Penjelasan dan Penyelesaian

Br2(g) + 3F2(g) 2BrF3(g)

Setiap 1 molekul BrF3 memiliki 3 ikatan Br ̶ F, maka 2 mol BrF3 memiliki 6

mol ikatan Br ̶ F

Setiap 1 molekul F2 memiliki 1 ikatan F ̶ F, maka 3 mol F2 memiliki 6 mol

ikatan F ̶ F

Setiap 1 molekul Br2 memiliki 1 ikatan Br ̶ Br, maka 1 mol F2 memiliki 1

mol ikatan Br ̶ Br

FBrFFBrBr

0 6 - 3 HHHHrx

HBr-Br = 193 kJ HF-F= 155 kJ HBr-F= 249 kJ

= 193 + 3(155) - 6(249)

= -836 kJ per mol reaksi


Energi ikatan tunggal dan rangkap


Reaksi Subtitusi


Perubahan Energi Dalam

Energi dalam, E dari suatu senyawa merupakan semua energi yang dimiliki dalam

senyawa tersebut, seperti energi kinetik, energi tarik dan tolak antar partikel

subatom dll.

E = Eakhir – Eawal = Eproduk - Ereaktan = q +w

• q positif, panas diserap sistem dari lingkungan

• q negatif, panas dilepas sistem ke lingkungan

• w positif, kerja dilakukan terhadap sistem

• w negatif, kerja dilakukan oleh sistem

E = q + w karena w = - PV maka;

Pada volume konstan; E = qv Pada gas ideal; PV = (n)RT

E = q - PV


Hubungan H dengan EDefenisi dasar entalpi:

H = E + P V pada T dan P konstan

karena E = q + w maka,

H = q + w + P V pada T dan P konstan

Pada tekanan konstan;

w = - P V

H = q + (- P V) + P V

H = qp

Untuk gas ideal;

H = E + (n) RT

H = E + PV


1. Reaksi pembentukan silikon karbida SiC dilakukan secara industri

dengan cara mereduksi pasir (SiO2) dengan karbon pada tungku

listrik. Reaksinya:

SiO2(s) + 3C(grafit) SiC(s) + 2CO(g) Ho = 624,6 kJ

Hfo untuk SiO2(s) dan CO(g) masing-masing -910,9 kJ/mol dan -

110,5 kJ/mol. Hitung Hfo untuk silikon karbida

2. Berdasarkan data energi ikatan yang diberikan tentukan entalpi

reaksi pada 298o K untuk reaksi:

C3H8(g) + Cl2(g) C3H7Cl(g) + HCl(g)

C-H 413 kJ/mol C-C 346 kJ/mol C-Cl 339 kJ/mol

H-Cl 432 kJ/mol

bag 11. termokimia

Documents