Thermodinamika Kimia

Thermodinamika KimiaTermodinamika KimiaMengapa terjadi perubahanTemperatur, Energi termal dan panasHukum kekekalan energiSatuan energiKapasitas panas dan panas spesifikPengukuran perubahan energi termal EnthalfiHukum Hess

Mengapa perubahan Terjadi ?Proses spontanBerlangsung dengan sendirinya secara alami tanpa memerlukan pemicu Proses tidak spontanDiperlukan sesuatu untuk bisa berlangsungKapan reaksi berlangsung spontan ?Kespontanan suatu reaksi dapat ditentukan dengan mempelajari thermodinamikaThermodinamika dapat digunakan untuk menghitung kerja yang dihasilkan dari beberapa reaksi kimiaDua faktor yang dapat menetukan kespontanan reaksi yaitu entalphi dan entropiEnergiEnergi kemampuan untuk melakukan kerjaKerja usaha yang diberikan pada suatu objekAda beberapa bentuk energiTermal-panasListrikRadiasi- termasuk sinarKimiaMekanik- suaranuklirEnergiEnergi dapat diklasifikasi menjadi :Energi PotensialEnergi yang tersimpan- Kemampuan untuk melakukan kerjaEnergi kinetikEnergi dari yang bergerak - keadaan sedang melakukan kerjaEnergi 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 PotensialEnergi dan Ikatan kimiaDalam Reaksi KimiaIkatan yang lama putusIkatan baru terbentukEnergi bisa diserap atau dilepaskanEksoterm : berupa energi yang dilepaskanIkatan baru lebih stabilEndotermik : berupa energi yang diserapIkatan baru kurang stabil

EksotermKarena energi maka dilepaskanHasil lebih stabil

Diperlukan tambahan energi karena produk reaksi kurang stabilEndoterm

EntropiEntropi Suatu ukuran ketidak teraturan atau tingkat kebebasan sistemKeadaan 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 tertentuBeberapa memerlukan energi awal untuk dapat memulai reaksiKinetika mempelajari laju reaksiTemperatur, kalor dan panasTemperatur. Suatu sifat intensif dari materialkalor gerakan dari molekul, atom atau ion. Semua materi mempunyai energi ini jika berada pada temperatur diatas 0 KPanas. kalor yang dipertukarkan melalui perbedaan temperatur. Energi termal mengalir dari benda yang lebih panas ke yang lebih dingin

Hukum Kekekalan energiEnergi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan - dalam suatu reaksi kimia.Selama reaksi, energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnyaContoh - Pembakaran gas alam. Ikatan kimia yang ada sebagai energi potensial, maka pada saat reaksi :Sejumlah energi potensial dirubah menjadi energi panas dan cahayaSatuan EnergiSeperti sudah diketahui, energi kinetik didefinisikan sebagai :energi kinetik = mv2m= massa zat V = kecepatanJoule (J) energi yang diperlukan untuk menggerakan 2 kg massa pada kecepatan 1 m/s. Turunan satuan SI J = energi kinetik = (2kg)(1m/s)2= 1 kg m2s-2

Satuan EnergiKalori (kal)Awalnya didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan satu gram air dari 15 ke 16oCKini didefinisikan: 1 kal = 4,184 JNilai kaloriIni sering anda lihat pada label produk makananBiasanya dinyatakan dalam kilokalori (kkal)Kapasitas Panas Setiap zat memiliki kalorIdentik dengan massa, suatu bahan dapat mengandung perbedaan jumlah kalor walapun teperaturnya sama.Kapasitas panas . Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan temperatur bahan sebesar 1 derajatPanas spesifik. Jumlah kalor yang diperlukan untuk meningkatkan temperatur 1 gram bahan sebesar 1 derajat.

Kapasitas Panas Spesifik (Cv) pada 25oC, 1 atmBahan Cv Bahan CvCv = kapasitas panas , J g-1 oC-1

Kapasitas PanasContohBerapa joule harus diberikan untuk memanaskanya pada 50 g lempeng alumunium dari 22oC menjadi 85 oCPanas yang diperlukan = Massa x Cv x DTIni adalah proses perubahan endoterm tandanya +Mengukur perubahan kalorNilai Kalor suatu zat tidak bisa secara langsung diukurKita hanya bisa mengukur perubahannya sajaUntuk dapat mengamati perubahan energi, kita harus dapat mengisolasi sistem kita sebagai bagian alam semestaKalorimeter 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 20,0oCKedua 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/mlHitung panas reaksi jika Cv larutan =4,18 J g1 oC-1

Contoh KalorimetriPertama, tentukan jumlah energi yang diberikan

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

Contoh KalorimetriKalor reaksi penetralan :EntalpiEnergi yang diserap atau dilepaskan ketika perubahan berlangsung dalam tekanan tetapDH = Hakhir - HawalSubskrips digunakan untuk menunjukkan jenis perubahanD Hvap = panas penguapanDHnet = Panas netralisasiDHfusion =panas fusiDHsol = Panas pelarutanDHrxk = panas reaksi

StoikhiometriBeberapa reaksi secara sederhana dikaitkan dengan kalor yang dilepaskan.Pembakaran gasolin, batubara, gas alam.Kalor yang dilepaskan dapat ditunjukkan sebagai produk reaksiUntuk reaksi yang diberikan, DH diintepretasikan untuk setiap mol.

StoikhiometriPenentuan kalor yang dilepaskan jika 50,0 g methana dibakar dengan oksigen berlebihPertama, tentukan jumlah mol methana (MM= 16,043 g)

StoikhiometriSekarang lihat reaksi setara thermokimianya

Kalor yang dilepaskanHukum HessKalor yang diberikan atau diserap pada suatu reaksi adalah sama, jika reaksinya berlangsung dalam satu tahap. ini adalah bentuk lain dalam menyatakan hukum kekekalan energiJika 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 enthalphiPersamaan termokimia dapat digabungkan untuk menghitung DHrxn Contoh

Ini tidak dapat secara langsung ditentukan sebab CO2 terus terbentukAkan tetapi kita dapat mengukurnya sebagai berikut:

Menghitung EnthalfiDengan menggabungkan dua pesamaan, kita dapat menentukan DHrxn yang kita kehendakiCatatan : karena kita memerlukan 2 mol CO2 yang dihasilkan dalam reaksi di atas, persamaan reaksi DHrxn harus digandakan

Menghitung enthalfiSekarang kita dapat melakukan penjumlahan kedua persamaan reaksi tersebut bersama-samaCatatan 2 CO2 dapat saling menghilangkan, begitu juga satu O2 disebelah kanan dapat dihilangkan.

Menghitung EnthalfiPermasalahan nyata dengan menggunakan Hukum Hess adalah bagai mana cara menggabungan persamaan-persamaan tersebutYang paling sering digunakan adalah persamaan reaksi dalam bentuk reaksi pembentukanReaksi pembentukanReaksi dimana senyawa dibentuk dari unsur-unsurnyaEnthalfi pembentukan StandarDHfoPerubahan enthalfi yang dihasilkan dari 1mol zat yang terbentuk dari unsur-unsurnyaSemua unsur berada dalam keadaan standarDHfo dari unsur pada keadaan standar nilainya dinyatakan = 0

Enthalfi Pembentukan standarNilai-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 FasaKita dapat menggunakan nilai-nilai DHfo untuk menentukan energi yang diperlukan untuk merubah dari satu fasa ke fasa lainnyaContoh : konversi metanol dari fasa cair ke padatan adalah:

Perubahan FasaIni bukan DHovav karena nilainya pada suhu 25 oCDHovav adalah kalor yang diperlukan pada titik didih metanolKimia thermodinamika lanjutanHukum thermodinamikaEntropiEnergi bebasPerhitungan Energi bebasEnergi Bebas dan Tetapan KesetimbanganHukum Hukum ThermodinamikaPertamaEnergi tidak diciptakan atau dimusnahkan dengan hanya pemindahan dari satu benda ke yang lainnya atau perubahan dari satu bentuk kebentuk lainnyaKeduaSetiap perubahan spontan akan disertai dengan peningkatan entropi alam semestaKetigaEntropi dari kristal sempurna suatu zat adalah nol pada 0 K

EntropiGambaran molekul kinetikUntuk suatu gas ideal pada satu atmosfer, jika temperatur diturunkan volumenya akan mengecilPada 0 K, molekul-molekul tidak mempunyai energi gerakDalam kondisi ini hanya memungkinkan satu penyusunan ulang untuk molekul-molekul

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

Entropi dan TemperaturEntropi dari gas ideal pada tekanan tetap meningkat dengan meningkatnya temperaturHal ini karena volumenya bertambah

Entropi dan TemperaturAda beberapa alasan untuk entropi yang meningkat dengan kenaikan temperaturMeningkatnya temperatur akan menghasilkan suatu kecepatan distribusi molekul yang lebih besar.

Entropi dan TemperaturPeningkatan temperatur juga menghasilkan tingkat energi atom-atom dalam molekul menjadi bertambahUntuk molekul-molekul, ini berarti akan dapat berotasi dan vibrasi ikatan-katanyaYang selanjutnya meningkatkan entropi

Entropi dari suatu sistemHukum 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 spontanIngat, 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 gasReaksi ini juga menghasilkan peningkatan entropi walaupun lebih kecilEntropi StandarSo Entropi dari suatu zat pada keadaan standarPerbedaan antara nilai entropi kristal sempurna zat pada 0 K dan keadaan standarnya pada temperatur yang lebih tinggiTekanan 1 atmosfer teperatur yang diketahui pada 25oCSatuan untuk Soadalah J/K molEntropi standaruntuk semua zat bernilai positif

Entropi stndar pada 25oC

Perhitungan perubahan Entropi standarSebagai mana entalfi, entropi juga merupakan fungsi keadaan Hal ini tidak bergantung pada bagai mana suatu zat sampai pada suatu keadaan jumlah darinp mol setiap produknr mol setiap pereaksi

Perhitungan perubahan Entropi StandarContoh : Hitung DSorxn pada 25oC untuk reaksi berikut ini

Perhitungan perubahan Entropi Standar

Perhitungan Perubahan Entropi StandarReaksi yang menghasilkan penurunan entropi walaupun berlangsung spontanHal ini menunjukkan bahwa entropi belum memberikan gambaran umum

Energi BebasEnergi Bebas Gibbs (G) dapat digunakan untuk menggambarkan perubahan energi sistemHal menujukkan , bahwa perubahan energi bebas adalah penting, DGPada temperatur dan tekanan konstan, DG adalah sama denganT adalah temperatur dalam KelvinEnergi BebasTanda DG menunjukkan dimana suatu reaksi akan berlangsung spontan+ Tidak spontan0 Pada kesetimbangan - SpontanPada kenyataanya bahwa efek DS akan bervariasi sebagai fungsi temperatur adalah penting. Ini dapat menyebabkan perbahan tanda dari DGTemperatur dan pengaruhnya terhadap DGTandaDHDS DG 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 DGoKita dapat menghitung nilai DGo dari nilai-nilai DHo dan DSo pada temperatur dan tekanan konstanContoh.Tentukan DGo untuk reaksi berikut ini pada 25oC

Perhitungan DGo

Menghitung DGoReaksi ini akan berlangsung spontan dibawah kondisi standar pada 25oCCatatan : biasanya disertai perubahan dari J/K menjadi kJ/K

Energi Bebas Pembentukan StandarDGfoPerubahan energi bebas yang dihasilkan jika satu mol zat jika dibentuk dari unsur-unsurnya , dengan semua zat dalam keadaan standarNilai DG dapat dihitung dari

Energi Bebas Pembentukan Standar

Efek temperatur terhadap DGDi awal, telah ditunjukkan bahwa jika DH dan DS mempunyai sifat yang sama, temperatur menentukan arah kesepontatan reaksiJika ini terjadi, kita dapat tentukan temperatur jika perubahan dalam arah tertentu terjadi

Efek temperatur terhadap DGDari contoh terdahulu kita temukan bahwa untuk reaksiKarena baik DH dan DS mempunyai mempunyai menunjukan hal yang sama, bahwa arah kesepontanan reaksi dipengaruhi temperatur.

Efek temperatur terhadap DGTemperatur mampu menjalankan atau membalikkan kesepontanan reaksi menjadi :

Energi bebas dan KesetimbanganUntuk gas, tetapan kesetimbangan untuk suatu reaksi dapat dihubungkan dengan DGo dengan:

Nilai K untuk berbagai nilai DG pada 25oC