DIHITUNG PERUBAHANNYA ENERGI INTERNAL KALOR MATERI

Transkripsi

1 TERMOKIMIA

2 PENDAHULUAN Penerapan hukum pertama termodinamika terhadap peristiwa kimia disebut termokimia yang membahas perubahan kalor yang menyertai suatu reaksi kimia. Termokimia adalah ilmu kimia yang mempelajari perubahan kalor atau panas suatu zat yang menyertai suatu reaksi atau proses kimia dan fisika

3 EK MATERI ENERGI INTERNAL DIHITUNG PERUBAHANNYA KALOR EP

4

5 Bahan Kajian Termokimia Bahan kajian termokimia adalah penerapan hukum kekekalan energi dan hukum termodinamika I dalam bidang kimia. Hukum kekekalan energi berbunyi : 1. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. 2. Energi dapat berubah bentuk menjadi energi lain. Hukum termodinamika I berbunyi : Jumlah total energi dalam alam semesta konstan atau tetap

6

7 Energi Kalor (Q) dan Kerja (W) Kalor Energi yang berpindah dari satu benda ke benda yang lain akibat adanya perbedaan suhu Energi (Termodinamika I) Kerja Energi yang berpindah dari satu benda ke benda yang lain selain dalam bentuk kalor

8 Energi Kalor (q) Kapasitas kalor adalah banyaknya energi kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu zat 1 o C. Kapasitas kalor spesifik (kalor jenis) adalah banyaknya energi kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 o C zat sebesar 1 gram. Kalor jenis molar adalah banyaknya energi kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 mol zat sebesar 1 o C.

9 Sistem dan Lingkungan reaksi atau proses yang sedang menjadi pusat perhatian Sistem Lingkungan segala sesuatu di luar atau di sekitar sistem

10 Sistem Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan, sistem dibedakan menjadi tiga macam, yaitu :

11 a b c

12 Reaksi Eksoterm dan Endoterm Dalam konsep termokimia, reaksi terbagi menjadi dua, yaitu reaksi eksoterm dan reaksi endoterm. Reaksi eksoterm, yaitu reaksi yang sistemnya membebaskan/ melepas energi, sehingga lingkungan menjadi naik temperaturnya. Contoh: reaksi diatas suhu kamar (pembakaran), pelarutan NaOH, reaksi Mg dengan HCl. Reaksi endoterm, yaitu reaksi yang sistemnya menyerap/menerima energi, sehingga lingkungan menjadi turun temperaturnya. Contoh: reaksi Ba(OH) 2 dengan NH 4 Cl

13

14 Internal Energy (E) heat transfer in (endothermic), +q heat transfer out (exothermic), -q SYSTEM E = q + w w transfer in (+w) w transfer out (-w)

15

16 Perubahan Entalpi Jika perubahan energi terjadi pada tekanan tetap, misalnya dalam wadah terbuka (tekanan atmosfer) maka kalor yang terbentuk dinamakan perubahan entalpi (ΔH). Entalpi dilambangkan dengan H (berasal dari kata Heat of Content ). Perubahan entalpi reaksi adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk membentuk atau mengurai suatu zat dalam reaksi (kalor yang terjadi pada tekanan tetap) Persamaan reaksi termokimia adalah persamaan reaksi yang dilengkapi dengan jumlah energi (perubahan entalpi) yang digunakan dalam reaksi. Contoh:

17 Entalpi Standar Entalpi standar (molar) adalah perubahan entalpi yang terjadi pada suhu 25 C (atau 298 K), tekanan 1 atm, pada 1 mol suatu zat, dilambangkan dengan ΔH. Entalpi standar secara umum terdiri dari: 1) Entalpi pembentukan standar (formasi) 2) Entalpi penguraian standar (disosiasi) 3) Entalpi pembakaran standar (combustion)

18 Entalpi pembentukan standar Entalpi pembentukan standar (ΔH f) adalah energi yang diterima atau dilepas untuk membentuk 1 mol zat dari unsur pembentuknya. Nilai entalpi pembentukan standar ditentukan menggunakan data entalpi pembentukan standar. Nilai-nilai entalpi pembentukan standar:

19 Entalpi penguraian standar Entalpi penguraian standar (ΔH d) adalah energi yang diterima atau dilepas untuk mengurai 1 mol zat menjadi unsur pembentuknya. Nilai entalpi penguraian standar berlawanan dengan nilai entalpi pembentukan standar. Pada reaksi penguraian, reaktan berpindah ke kanan dan produk berpindah ke kiri

20 Entalpi pembakaran standar Entalpi pembakaran standar (ΔH c) adalah jumlah energi yang dilepaskan untuk membakar 1 mol zat. Nilai entalpi pembakaran standar ditentukan menggunakan data entalpi pembakaran standar. Ciri utama dari reaksi pembakaran adalah: Contoh: 1) Merupakan reaksi eksoterm. 2) Melibatkan oksigen (O2) dalam reaksinya. 3) Karbon terbakar menjadi CO2, hidrogen terbakar menjadi H2O, nitrogen terbakar menjadi NO2, belerang terbakar menjadi SO2.

21 Entalpi standar lain

22 Empirik 1. Pengukuran Kalor 2. Pengukuran tetapan kalorimeter Penentuan ΔH Reaksi Semi-empirik 1. Perubahan Entalpi Standar (ΔH) 2. Hukum Hess (penjumlahan) 3. Data entalpi pembentukan. 4. Data energi ikatan

23 Penentuan ΔH Reaksi secara Empirik 1. Pengukuran Kalor (q) Kapasitas kalor adalah banyaknya energi kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu zat 1 o C. Kapasitas kalor spesifik (kalor jenis) adalah banyaknya energi kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 gram zat sebesar 1 o C. Kalor jenis molar adalah banyaknya energi kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 mol zat sebesar 1 o C. Banyaknya kalor = massa zat x kalor jenis x perubhan suhu.

24 Contoh : Berapakah kalor yang diperlukan untuk meningkatkan suhu 735 gram air dari 21 o C menjadi 98 o C (anggaplah bahwa kalor jenis air tetap yaitu 1,00 kal g -1 o C -1 dalam seluruh kisaran suhu ini) Jawab : Banyaknya kalor = massa zat x kalor jenis x perubhan suhu Q = m c ΔT Q = 735 gram x 1 kal g -1 o C -1 x (98 21) o C Q = 5,66 x 10 4 kal

25 Contoh : 1. Berapa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 50 g air dari 25 C menjadi 60 C? Diketahui kalor jenis air, c = 4,18 J g 1 C 1? 2. Sebanyak 75 ml air dipanaskan dengan LPG. Jika tidak ada kalor yang terbuang, berapa kalor yang dilepaskan oleh LPG jika suhu air naik dari 25 C menjadi 100 C? Kalor jenis air, c = 4,18 J g 1 C 1, massa jenis air 1 g ml 1

26 2. Pengukuran Tetapan Kalorimeter Kalorimetri kalorimeter. adalah cara penentuan energi kalor reaksi dengan Kalorimeter adalah sistem terisolasi, sehingga semua energi yang dibutuhkan atau dibebaskan tetap berada dalam kalorimeter Besarnya kalor yang diserap atau dilepaskan oleh kalorimeter dihitung dengan persamaan: Heat gained Q k = C k * T Heat capacity Temperature difference Total heat evolved = q total = q water + q bomb

27 Contoh: Ke dalam kalorimeter dituangkan 50 g air dingin (25 C), kemudian ditambahkan 75 g air panas (60 C) sehingga suhu campuran menjadi 35 C. Jika suhu kalorimeter naik sebesar 7, tentukan kapasitas kalor kalorimeter? Diketahui kalor jenis air = 4,18 J g 1 C 1. Jawab: Kalor yang dilepaskan air panas sama dengan kalor yang diserap air dingin dan kalorimeter. Q Air panas = Q Air dingin + Q Kalorimeter

28 Q Air panas = + m c ΔT Q Air dingin = + m c ΔT

29 Contoh : Dalam kalorimeter yang telah dikalibrasi dan terbuka direaksikan 50 g alkohol dan 3 g logam natrium. Jika suhu awal campuran 30 C dan setelah reaksi suhunya 75 C, tentukan ΔH reaksi. Diketahui kalor jenis larutan 3,65 J g 1 C 1, kapasitas kalor kalorimeter 150 J C 1, dan suhu kalorimeter naik sebesar 10 C Jawab : Kalor yang terlibat dalam reaksi: Q reaksi = ΔH reaksi = 10,205 kj

30 Kapasitas Kalor

31 Contoh: Sepotong besi yang memiliki massa 3 kg, dipanaskan dari suhu 20 C hingga 120 C. Jika kalor yang diserap besi sebesar 135 kj. Tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi? Diketahui : m = 3 kg T = = 100 C Q = 135 kj

32 Soal : Sepotong logam yang massanya 50 g dan suhunya 95 C dicelupkan ke dalam 250 g air yang suhunya 17 C. Suhu air akhirnya berubah menjadi 19,4 C. Bila diketathui kalor jenis air J/Kg o C Tentukan kalor jenis logam tersebut?

33 Penentuan ΔH secara Semiempirik Perubahan Entalpi Standar (ΔH) a. Pada Reaksi Eksoterm P + Q R + x Kkal P dan Q = zat awal R = zat hasil reaksi x = besarnya panas reaksi Menurut hukum kekekalan energi : Isi panas (P + Q) = Isi panas R + x Kkal H (P + Q) = H ( R) + x Kkal H (R) - H (P + Q) = - x Kkal ΔH = - x Kkal b. Pada Reaksi Endoterm R P + Q x Kkal Berlaku : H (P + Q) - H (R) x Kkal ΔH = x Kkal

34 Contoh : Hitung entalpi perubahan CH 4 (g) menjadi CO 2 (g) dan H 2 O(g) Pada temperatur 298 o K, bila diketahui pada temperature tersebut : ΔH. CH 4 = -74,873 KJ mol -1 ; ΔH. O 2 = 0,00 KJ mol -1 ; CO 2 = - 393,522 KJ mol -1 dan ΔH. H 2 O = -241,827 KJ mol -1? Jawab : CH 4 + O 2 CO 2 + H 2 O (setimbangkan koefisiennya) CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O ΔH = Δ H {CO 2 + (2 x H 2 O)} ΔH {CH 4 + (2 x O 2 )} ΔH = {- 393,522 + (2 x (- 241,827)} - {- 74,873 + (2 x 0,000)} ΔH = - 802,303 KJ mol -1 Tanda negatif menunjukkan bahwa reaksi di atas merupakan reaksi eksoterm.

35 Hukum Hess Hukum Hess muncul berdasarkan fakta bahwa banyak pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya tidak dapat diukur perubahan entalpinya secara laboratorium. Berdasarkan hasil pengukuran dan sifat-sifat entalpi, Hess menyatakan bahwa entalpi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi maka perubahan entalpi tidak bergantung pada jalannya reaksi (proses). Contoh: Reaksi pembentukan asam sulfat dari unsur-unsurnya. S(s) + H 2 (g) + 2O 2 (g) H 2 SO 4 (l) Pembentukan asam sulfat dari unsur-unsurnya tidak terjadi sehingga tidak dapat diukur langsung perubahan entalpinya

36 Contoh reaksi : 1. Reaksi langsung A B ΔH 1 = x Kkal 2. Secara tidak langsung a) lewat C A C C B ΔH 2 = b Kkal ΔH 3 = c Kkal

37 Contoh:

38 Contoh: Contoh soal : 1. Diketahui : 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (cair) ΔH = -136 Kkal H 2(g) + O 2(g) H 2 O 2(cair) ΔH = -44,8 Kkal Hitung ΔH untuk reaksi : 2H 2 O 2(cair) 2H 2 O + O 2 Jawab : 2H 2 + O 2 2H 2 O ΔH = -136 Kkal 2H 2 O 2 2 H 2 + 2O 2 ΔH = +89,6 Kkal 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 ΔH = -46,4 Kkal (Dibalik dan dikali 2) +

39 Contoh: 2. Diketahui : I. C + O 2 CO 2 ΔH = - 94 Kkal II. H 2 + ½ O 2 H 2 O ΔH = - 68 Kkal III. 2C + 3H 2 C 2 H 6 ΔH = - 20 Kkal Ditanyakan : berapa x pada reaksi : C 2 H 6 + 7/2 O 2 2CO 2 + 3H 2 O ΔH = x Kkal Jawab : I. 2C + 2O 2 2CO 2 ΔH = -188 Kkal II. 3H 2 + 3/2 O 2 3 H 2 O ΔH = Kkal III. C 2 H 6 2C + 3H 2 ΔH = 20 Kkal + C 2 H 6 + 7/2 O 2 2CO H 2 O ΔH = -372 Kkal ΔH = Kkal, maka x = -372 Kkal.

40 Contoh:

41

42 Soal : 1. Pada pemanasan 400 g air bersuhu 25 C diperlukan kalor 84 kj. Jika diketahui kalor jenis air = 4,2J/g C, tentukan suhu air setelah pemanasan! 2. Tentukan perubahan entalpi pembakaran gas metana (CH 4 ), jika diketahui : ΔH pembentukan CH 4 = -17,9 kkal/mol ΔH pembentukan CO 2 = -94,1 kkal/mol ΔH pembentukan H 2 O = -68,3 kkal/mol

43 Energi Ikatan (EI) / Energi Disosiasi Adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol ikatan senyawa dalam wujud gas pada keadaan standar menjadi atom-atom gasnya Contoh : H2 (g) 2 H (g) ΔH = kj Energi ikatan H H = kj/mol Pada molekul beratom banyak, energi untuk memutuskan semua ikatan dalam molekul berwujud gas menjadi atom-atom netral berwujud gas dinamakan energi atomisasi. Contoh : Pemutusan semua ikatan atom C dan H pada metana.

44 Energi Ikatan Rata-Rata Sesuai dengan hukum Laplace, maka: ΔH pembentukan ikatan = ΔH pemutusan ikatan = Energi Ikatan ΔH reaksi = = Energi ikatan reaktan Energi ikatan produk.

45 Contoh: Dengan menggunakan tabel padapembakaran gas metana. energi ikatan, tentukan energi yang dibebaskan Jawab : Reaksi pembakaran gas metana: CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (g) H =? Hr = energi ikatan pereaksi (ruas kiri) energi ikatan produk (ruas kanan) = (4 C H + 2 O=O) (2 C=O + 4 O H) = (4 x 415) + (2 x 494) (2 x 805) + (4 x 460) = ( ) ( ) = = kj

46 Contoh: Jika diketahui: energi ikatan N N = 946 kj/mol, energi ikatan N N = 163 kj/mol, energi ikatan N H = 389 kj/mol, energi ikatan O O = 144 kj/mol, dan energi ikatan O H = 464 kj/mol, maka hitunglah berapa ΔH reaksi berikut: N 2 H 4 (g) + 2 H 2 O 2 (g) N 2 (g) + 4 H 2 O (g) Jawab:

47 Soal : 1. Diketahui : Tentukan perubahan entalpi reaksi dari pembakaran : CH 2(g) +3/2O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (g). ΔH =? 2. Diketahui energi ikatan rata-rata : H-H = 436 kj/mol C=C = 346 kj/mol C-C = 607 kj/mol C-H = 414 kj/mol Hitung H reaksi pada reaksi : C 3 H 6 (g) + H 2 (g) C 3 H 8(g)

48 Arah Proses Berdasarkan kespontanannya, suatu proses reaksi dapat dibagi menjadi 2, yaitu: a. Proses Spontan Suatu proses yang berlangsung satu arah, sistem dan lingkungan tidak berada dalam kesetimbangan. Contoh: - air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah - spiritus terbakar b. Proses tidak spontan Suatu proses yang dapat berangsung karena ada pengaruh dari luar sistem. Sistem dan lingkungan berada pada sistem kesetimbangan. Contoh: - air membeku - memperoleh aluminium dari oksidanya

49 Arah Proses Suatu reaksi kimia berlangsung spontan atau tidak spontan dapat ditentukan dengan melihat fungsi 3 keadaan yaitu: