TERMOKIMIA

BAB VIISifat –sifat energi dan jenis energi

Perubahan energi dalam reaksi kimia

Kalorimeter

Hukum Hess

Entalpi Reaksi

ENERGI GERAK/KINETIK

ENERGI NUKLIR

ENERGI KIMIA

ENERGI KIMIA

Energi kimia

Energi Kimia

Energi kimia yang terdapat dalam bahan bakar atau makanan yang 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

KERJA

ENERGIKesanggupan

melakukan kerja

Usaha yg dilakukan untuk memindahkan benda sejauh

jarak d dg gaya F → W= F.d

Kerja yg dilakukan oleh gaya sebesar 1N sepanjang jarak 1 m 1Nm = 1 kgm2dt-2 = 1 J1 kalori = 4,184 J

PANASPanas Temperatur Derajat

kepanasan suatu benda→ sifat intensif

Jumlah energi yg dipunyai benda →sifat ekstensif

Menurut Black “ Panas dapat mengalir dari benda yg lebih panas ke benda yang kurang panas tapi jumlah panas total konstan (sebelum dan sesudah proses)”

Satuan Panas : Kalori1 kalori = jlh panas yg dibutuhkan untuk menaikkan suhu air 1 g sebesar1°C

KalorimeterSuatu bejana yg terisolasi yg dilengkapi pengaduk dan termometerPenyekat berfungsi sebagai penghalang terjadinya aliran panas dari atau sekeliling sistem

Mengukur panas yang dilepaskan atau diserap oleh sistem pada tekanan kontan (qp)

Mula-mula kalorimeter diisi dengan air, dikocok dan tentukan suhunya. Masukan zat lain , aduk sampai homogen dan tentukan lagi suhunyaPada suhu seimbang didapatkan • Qyang dilepas dari sistem = Q yg diterima lingkungan• Sistem = reaksi• Lingkungan = air + bomb (chamber/kalorimeter) • Q kalorimeter ditentukan dari harga air kalorimeter

→ kapasitas kalorimeter untuk menyerap atau melapas energi yg disetarakan dengan berat air

q = m .c. T

q = C. T

q: kalor, panasm: massa

Kapasitas kalor molar (C) adalah jumlah panas yang diperlukan untuk merubah temperatur 1 mol zat sebesar 1 K

Kalor/ panas jenis spesifik (c) adalah jumlah panas yang diperlukan untuk merubah temperatur 1 gram zat sebesar 1 K

Perhitungan untuk kalorimeter

Bom KalorimeterKalorimeter yg digunakan untuk menghitung perubahan energi yg terjadi dalam reaksi pembakaranCaranya :Zat dibakar dengan gas O2 berlebihan dalam suatu chamber (bom= bejana yang berdinding tebal)Bom dicelupkan kedalam air dan tentukan suhu kalorimeter sebelum dan sesudah pencelupan bom

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

Latihan

Diketahui: massa sampel (m) = 250 gperubahan suhu (T) = 98C – 22C = 76CDitanya : Kalor/ panas yang diserap oleh air (q)Jawab : Kalor/ panas yang diserap oleh air dihitung

dengan menggunakan rumus: q = m. c. T

= 250 g . 4,184 J/gC. (98C – 22C)= 7,9 104 J

Jadi 250 g air membutuhkan kalor/panas sebesar 7,9 104 J untuk merubah suhu dari 22C menjadi 98C

Sebanyak 100 g besi dimasukkan kedalam air mendidih sehingga suhu menjadi 100C. Kemudian besi dari 100C ini dimasukkan kedalam kalorimeter yang harga airnya = 20 g, yang mengandung air 300.0 g air dari 25C. Temperatur air naik menjadi 27.60 C. Tentukan panas spesifik besi, bila ρ air = 1kal/g C

Latihan

Diketahui: massa sampel (m) = 100 gperubahan suhu (T) = 27.60C – 25C = 2.6CDitanya : panas spesifik besi = ρ besiJawab : panas yang dipindahkan dari besi ke kalorimeter q = m. c. T

= (100g) x(100-27.6)C x (ρbesi kal/g.C) = 7240 ρbesi kalPanas yg diambil dari kalorimeter adalah = (300g) x(27.6 -25)C x (1kal/g.C) + (20g) nx(27.6-25)C x (1kal/g.C) = 832 kal Persamaan 832 kal = 7240 ρbesi kal

ρbesi = 0.115 kal/g C

Latihan

Diketahui: massa air dalam kalorimeter (m) = 3000 gpeubahan suhu (T) = 26,225C– 24,284C = 1,941C

C =2,71 kJ/ CDitanya : Kalor/ panas yang dihasilkan dari pembakaran

etanol (q)Jawab : Kalor/ panas yang dilepas ke air hasil dari pembakaran etanol dihitung dengan menggunakan rumus: q1 = m. c. T • Kalor/ panas yang diserap oleh air q2 = C.T• Kalor/ panas yang dihasilkan dari pembakaran etanol (q total)

dihitung dengan menjumlahkan panas yang diserap air dan kalorimeter

Sebanyak 1,000 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.

Panas yang dilepas dari reaksi etanol ke airq = m. c. T

= 3000 g . 4,184 J/gC. (1,941C)= 24,36 103 J = 24,36 kJ

Panas dari reaksi etanol ke kalorimeterq = C. T

= 2,71 kJ/C. (1,941C)= 5,26 kJ

Panas total dari reaksi 1,000 g etanol adalah24,36 kJ + 5,26 kJ = 29,62 kJ

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

Konsep EnergiSISTEM :Bahagian tertentu dari alam semesta yang merupakan pusat perhatian yang ditelitiLingkungan :Segala sesuatu yang berada diluarSistem/tempat melakukan pengamatan

Antara sistem dan lingkungan dapat terjadi pertukaran energi dan materi

SISTEM

LINGKUNGAN

Materi dan energiEksotermik : proses pelepasan energi

sebagai kalor

Endotermik : proses yang menyerap energi sebagai kalor

Wsistem < 0 (-) : bila sistem melakukan kerjaWsistem > 0 (+): bila sistem dikenai kerjaQ < 0 (-): bila energi dilepas sistem (eksotermis)Q > 0 (+): bila energi diserap sistem (endotermis)W (+) : pemampatan gas dalam silinder aki mobil dicasW (-) : gas memuai dalam silinder

sistem

lingkungan

W (-)W (+)

Q (+)Q (-)kalor (q), energi yang dipindahkan melalui Batas-batas sistem, akibat adanya perbedaan temperatur antara sistem dengan lingkungan

Kombinasi antara 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.

Euniv = Esis + Eling = 0

Dapat dikatakan bahwa 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 I

“ Energi dalam sistem besarnya tetap kecuali

jika diubah dengan melakukan kerja atau

pemanasan “

dw = + kerja dilakukan pada sistemdq = + panas dimasukan dalam sistemdq = - panas keluar dari sistemdw = - sistem melakukan kerja terhadap lingkungan

WqΔU

Secara Matematika Hukum Pertama Termodinamika

Energi dalam suatu sistem dapat berubah bila a. Kerja yang dilakukan pada sebuah sistem (w)b. Energi yang dipindahkan sebagai kalor pada sistem

(q)

Untuk sistem terisolasi/ tersekat 0U Δ

Harga Q dan W sistem tergantung pada bagaimana perubahan dilakukan pada sistem atau tergantung pada jalan yang ditempuh sistem untuk melakukan perubahan tsb.

Harga ΔE = E1 –E2Cara lain :1. E2 →E4 →E1 (cara kiri) (Sistem melakukan kerja dan secara bersamaan menyerap panas2. E2 →E3 →E1 (cara kanan) (Kerja dilakukan pada sistem dan panas dilepaskan pada isistem)

W<0

Q<0

W>0

ΔE

Q>0

E1

E2

E3

E4

EntalpiHampir 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.

H = qp

Penentuan Entalpi Reaksi

H = Hakhir - Hawal atau

H = Hproduk - Hreaktan

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.

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)

Diagram Energi

Hfinal < Hinitial dan H negatif (-H)

Keadaan Entalpi Suatu Sistem

Hfinal > Hinitial dan 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)

Latihan 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:

Tanda negatif (eksotermik) menunjukan sebanyak 225,5 kJ energi dilepaskan oleh sistem ke lingkungan.

kJ 225,5- CH mol 1kJ 802 - x

CH g 003,16CH mol 1 CH g 5,4

44

44

.... H H H H 0c

0b

0a

0rx

H0rx dari suatu reaksi yang terdiri atas beberapa

tahapan reaksi merupakan jumlah dari perubahan entalpi seluruh tahapanData sejumlah perubahan entalpi reaksi dapat digunakan untuk menentukan H0

rx reaksi yang lain

Hukum HESS“Perubahan entalpi dari suatu reaksi adalah

selalu sama, meski reaksi tersebut berlangsung satu tahap atau lebih”

?H0 rx

(1)

(2)

Latihan

Perubahan entalpi suatu reaksi dihitung dengan menjumlahkan perubahan entalpi tahapan reaksinya. Tahapan reaksi dapat dirubah arah reaksinya disesuaikan dengan reaksi akhir.

kJ 5,110H0 rx

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

H0

CO2(g) CO + O2(g) -(-283,0 kJ)21

Diagram perubahan entalpi untuk reaksi:

C(s) + O2(g)

-393,5 kJ

-110,5 kJCO(g) + ½ O2(g)

-283,0 kJ

CO2(g)

CO(g) O C(s) 221

kJ 5,110 H CO(g) O C(s) 0rx22

1

Diagram Entalpi

Perubahan entalpi standar, merupakan perubahan entalpi yang dihasilkan dari reaksi perubahan sejumlah mol reaktan menjadi sejumlah mol produk, dalam keadaan standar.

0rxH

• 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 molarEntalpi pembentukan standar adalah perubahan entalpi untuk reaksi pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsurnya, biasa disebut juga sebagai panas pembentukan standar.

0fH

0fH

menunjukan 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 0f

0f

0rx

Contoh:Tentukan H0

rx reaksi berikut pada suhu 298 K )O(2H )(SiO )(2O )(SiH 2224 lsgg

Penyelesaian

(reaktan)H (produk)HH 0f

0f

0rx

0)(O

0)(SiH

0)(OH

0)(SiO

0rx 2422

2 2 H lfsflfsf HHHH

Menentukan Entalpi Reaksi dari Energi Ikatan

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 0rx

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 = 175 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

FBrFFBrBr0 6 - 3 HHHH rx

HBr-Br = 175 kJ HF-F= 155 kJ HBr-F= 249 kJ

= 175 + 3(155) - 6(249)= -854 kJ per mol reaksi

Energi Ikatan Tunggal Dan Rangkap

Hrx Reaksi Subtitusi

Perubahan Energi DalamEnergi 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 E

Defenisi dasar entalpi: H = E + PVH = E + P V pada T dan P konstanKarena E = q + w maka,H = q + w + P V pada T dan P konstanPada tekanan konstan;

w = - P VH = q + (- P V) + P V

H = qp

Untuk gas ideal;H = E + (n) RT