Termodinamika Kimia

ENERGI• Kemampuan untuk melakukan kerja atau

memindahkan panas• Kerja: energi yang digunakan untuk memindahkan suatu

obyek dengan massa tertentu• Panas: energi yang diperlukan untuk menaikkan temperatur

dari suatu obyek tertentu

• Satuan SI untuk Energi adalah joule (J).

• Selain Joule, satuan energi lain yang seringkali digunakan adalah kalori (kal), 1 kal = 4.184 J

1 J = 1 kg m2

s2

Termokimia adalah ilmu yang memperlajari perubahan panas yang terjadi dalam reaksi kimiawi

Pengamatan terhadap suatu reaksi kimiawi dilakukan pada suatu sistem tertentu.

Sistem: bagian khusus dari semesta yang menjadi obyek dari pengamatan

terbuka

mass & energyPertukaran:

tertutup

energy

terisolasi

nothing

SISTEMLINGKUNGAN

Energi InternalEnergi internal dari suatu sistem adalah jumlah total energi kinetik dan energi potensial dari semua komponen yang ada dalam suatu sistem. Energi internal dinotasikan dengan E. • energi kinetik partikel: energi yang terkait dengan

pergerakan partikel dalam sistem• Energi potensial: energi yang terkait dengan gaya tarik

menarik antar partikel secara intermolekuler

• Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan

• Dengan kata lain, jumlah total energi dari semesta akan selalu tetap. Jika suatu sistem melepaskan energi, maka energi yang lepas tersebut diserap oleh lingkungan, et vice versa

Perubahan Energi Internal

• Jika E > 0, Efinal > Einitial • Sistem menyerap energi

dari lingkungan• Reaksi kimiawi yang

diikuti dengan perubahan energi semacam ini disebut sebagai reaksi endotermis

Perubahan Energi Internal

• Jika E < 0, Efinal < Einitial • Sistem melepaskan

energi ke lingkungan• Reaksi kimiawi yang

diikuti dengan perubahan energi semacam ini disebut sebagai reaksi eksotermis

Perubahan Energi Internal

• Jika terjadi perpindahan energi antara sistem dengan lingkungan, energi yang dipindahkan tersebut berada dalam bentuk panas (q) ataupun kerja (w)

• Dengan demikian, besarnya energi yang dipindahkan (E ) adalah setara dengan panas dan kerja

• maka E = q + w.

Fungsi Keadaan

• Fungsi keadaan adalah sifat/ karakter/ properties dari sistem yang ditentukan oleh kondisi/keadaan pada suatu saat tertentu dari sistem tersebut, terlepas dari bagaimana kondisi tersebut tercapai

• State function are properties that are determined by the state of the system, regardless of how that condition was achieved

• Pada contoh di bawah, suatu sampel air dapat mencapai suhu kamar baik melalui pendinginan maupun pemanasan

• Energi internal adalah suatu fungsi keadaan• Energi internal hanya bergantung pada kondisi sistem pada

saat tertentu, tidak ditentukan oleh jalur yang dilalui oleh sistem tersebut untuk mencapai suatu keadaan tertentu.

• Dengan demikian , E hanya bergantung pada Einitial dan Efinal.

Reaksi kimiawi dapat menyerap maupun melepaskan panas. Meskipun demikian, reaksi kimia juga dapat memiliki kemampuan untuk melakukan kerja

Mis! Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g)

Entalpi

• Perubahan volume piston yang terjadi akibat reaksi di atas merupakan kerja yang dilakukan oleh sistem.

• Jika P diatur sedemikian agar konstan, maka, VPw

Entalpi, H, adalah energi total dari suatu sistem termodinamik, yang mencakup energi internal dari sistem dan energi yang diperlukan bagi sistem tersebut untuk memiliki volume dan tekanannya

• Entalpi merupakan suatu sistem keadaan

Entalpi

PVEH

Entalpi total dari suatu sistem tidak dapat ditentukan. Yang dapat dilakukan adalah menentukan perubahan entalpi yang dimiliki oleh suatu sistem dalam suatu reaksi kimia

Entalpi

VPw

P

P

P

q

VPVPq

VPwq

VPEH

)(

PVEH VPqE

Entalpi => Panas reaksi

Entalpi Reaksi

Perubahan entalpi, H, adalah entalpi dari produk dikurangi entalpi reaktan

H = Hproducts − Hreactants

Hukum 1 Termodinamika• Hukum 1 Termodinamika diturunkan dari Hukum Kekekalan

Energi• Secara matematis, wqE

KalorimetriNilai eksak dari entalpi suatu senyawa tidak dapat ditentukan. Akan tetapi, perubahan entalpi (H) dari suatu senyawa akibat suatu reaksi dapat ditentukan melalui kalorimetri, yaitu pengukuran aliran panas.

Kapasitas Panas dan Kalor Jenis• Banyaknya energi yang diperlukan untuk menaikkan temperatur

suatu senyawa sebesar 1 K (1⁰C) disebut sebagai kapasitas panas

• Kalor jenis adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari satu gram senyawa sebesar 1 K (1⁰C)

Kalor jenis =Panas yang dialirkan

massa perubahan temperatur

s =q

m T

Table 5.2: Specific Heats (S) of Some Substances at 298 KTable 5.2: Specific Heats (S) of Some Substances at 298 K

Substance S ( J g-1 K-1 )

N2(g) 1.04

Al(s) 0.902Fe(s) 0.45Hg(l) 0.14H2O(l) 4.184

H2O(s) 2.06

CH4(g) 2.20

CO2(g) 0.84

Wood , Glass 1.76 , 0.84

Kalorimetri pada Tekanan Tetap

Karena kalor jenis air diketahui adalah sebesar 4.184 J/g.K, maka harga H dari reaksi dapat ditentukan berdasarkan persamaan q = m s T

Jika suatu reaksi berlangsung dalam suatu larutan dalam kalorimetri sederhana, banyaknya aliran panas dapat diukur berdasarkan kenaikan temperatur air dalam kalorimeter

Constant-Pressure Calorimetry

No heat enters or leaves!

qsys = qwater + qcal + qrxn

qsys = 0qrxn = - (qwater + qcal)

qwater = m.s.Dt

qcal = Ccal.Dt

Reaksi pada P tetap:DH = qrxn

Kalorimeter BomReaksi juga dapat dilakukan dalam “bomb” tertutup semacam ini, dimana pengukuran dilakukan terhadap panas yang diserap (atau dilepaskan) oleh airKarena dalam kalorimeter semacam ini volume sistem dipertahankan tetap, maka yang terukur adalah E, dan bukan hanya H.Untuk sebagian besar reaksi, selisih harga tersebut sangat kecil sehingga dapat diabaikan