10/18/2012. Enthalpi. Enthalpi

Transkripsi

1 6_7 1/18/212 Jurusan Kimia - FMIPA Universitas Gadjah Mada (UGM) TERMODINAMIKA KIMIA (KIMIA FISIK 1 ) dan Hukum Termdinamika Pertama Drs. Iqmal Tahir, M.Si. Labratrium Kimia Fisika,, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada, Ygyakarta, Tel : ; Fax : [email protected] atau [email protected] Website : Jika sebuah sistem bebas untuk mengubah vlumenya terhadap tekanan luar yang tetap, perubahan energi dalamnya tidak lagi sama dengan energi yang diberikan sebagai kalr. Energ yang diberikan sebagai kalr dibuah menjadi kerja untuk memberikan tekanan balik terhadap lingkungannya, sehingga du < dq. Pada tekanan tetap, kalr yang diberikan sama dengan perubahan dalam siat termdinamika yang dari sistem, yaitu entalpi, H. Secara matematis : H = U + pv p : tekanan sistem (H) - Panas yang terkandung dalam suatu senyawa pada tekanan knstan. Entalpi cukup berperan dalam bidang kimia karena pada banyak perubahan energi yang terjadi pada reaksi kimia dilangsungkan menggunakan wadah terbuka, sehingga tekanan bersiat knstan. Perubahan () sama dengan energi yang diberikan sebagai kalr pada tekanan tetap kepada sistem yang tidak dapat melakukan kerja tambahan. Untuk perubahan keadan umum sistem, U berubah sebesar du, dan hasil kali pv berubah sebesar d(pv) sehingga H berubah : dh = du + d(p.v) = du + p.dv + V.dp Jika : du = dq + dw e p eks.dv dw e = kerja lain -p eks.dv = kerja pemuaian -Maka : dh = dq + dw e p eks.dv + p.dv + V.dp Jika sistem dalam kesetimbangan mekanis dengan lingkungannya pada tekanan p (sehingga p eks = p), maka : dh = dq + dw e +V.dp Pada kndisi tidak adanya kerja tambahan (dw e =) dan kndisi pemanasan pada tekanan tetap (dp =). Maka : dh = dq pada tekanan tetap, tidak ada kerja tambahan. Perubahan () adalah apa yang menjadi perhatian rang kimia dan sesuatu yang biasa diukur di labratrium. Deskripsi : Panas yang dibutuhkan (+) atau dilepaskan (-) pada sistem tertutup (tekanan knstan) ΔΗ = Η (akhir) Η (awal) Suatu ungsi keadaan : hanya tergantung dari keadaan sistem yang ada, tidak tergantung dari bagaimana langkah asalnya. Campsite B (altitude = 48 t) Campsite A (altitude = 12 t) Pengukuran perubahan enthalpi Perubahan () dapat diukur dengan kalrimeter adiabatik dan mengukur nilai ΔT pada saat sejumlah sampel terbakar air dengan ksigen yang diberikan. dapat ditentukan dengan menggunakan nilai kapasitas kalr sebagai aktr knversi. Harga yang psiti mengindikasikan bahwa energi ditranser dari lingkungan ke sistem. Hal ini disebut prses endthermis. Air yang mendidih adalah cnth prses endthermic. H 2 O(l) H 2 O(g) vap = kj/ml H 2 O(l) kj H 2 O(g) Cara lain dengan mengukur perubahan energi dalam dengan kalrimeter bm dan kemudian mengubah nilai ΔU menjadi. Mengingat padatan dan cairan mempunyai vlume mlar yang sangat kecil, maka pv menjadi sangat kecil. Nilai ΔU dan hampir sama untuk reaksi yang tidak melibatkan gas. Harga yang negati mengindikasikan bahwa energi ditranser dari sistem ke lingkungan. Hal ini disebut prses eksthermis. Air yang mengembun adalah cnth prses exthermic. H 2 O(g) H 2 O(l) cnd = kj/ml H 2 O(g) H 2 O(l) kj 1

2 Hubungan dan ΔU Perubahan energi dalam pada knversi 1, ml gas CaCO 3 bentuk kalsit menjadi bentuk aragnit adalah +,21 kj. Hitunglah perubahan entalpi jika tekanannya 1, bar. Rapatan padatan kalsit dan aragnit adalah 2,71 g.cm -1 dan 2,93 g.cm -1. Perubahan entalpi pada transrmasi : Hubungan dan ΔU Jika reaksi menghasilkan gas, maka kerja yang lain diabaikan dan dengan menganggap setiap gas bersiat gas sempurna, maka : H = U + pv = U + n.r.t Perubahan entalpi reaksi menjadi : = ΔU + Δn g.r.t Dengan Δn g adalah perubahan jumlah mlekul ase gas dalam reaksi. Untuk reaksi : 2 H 2 (g) + 2 (g) 2 H 2 (l) Setiap 3 ml mlekul gas akan menjadi 2 ml ciaran sehingga Δn g = - 3 ml Hubungan dan ΔU Perubahan entalpi yang menyertai pembentukan 1, ml NH 3 (g) dari unsurunsurnya pada suhu 298 K adalah -46,1 kj. Perkirakan besar perubahan energi dalamnya! Persamaan kimia : 3/2 H 2 (g) + ½ N 2 (g) NH 3 (g) Perubahan jumlah mlekul ase gas : Δn g = (1, 1,5,5) ml = -1, ml Karena RT = 2,48 kj.ml -1 pada suhu 298 K, maka : ΔU = - Δn g.r.t = -46,1 kj ( (-1, ml ).2,48 kj.ml -1 )= -43,6 kj. standar Perubahan entalpi standar yaitu perubahan entalpi untuk prses yang zat awal dan zat akhirnya berada dalam keadaan standar. Keadaan standar - Bentuk paling stabil dari suatu senyawa yang berada pada kndisi tekanan 1 bar. Keadaan Standar (1 bar) Cnth : 1. Keadaan standar cairan etanl pada temperatur 25 C adalah cairan etanl murni pada temperatur 25 C dan tekanan 1 bar. 2. Keadaan standar gas hidrgen pada temperatur 5 K adalah gas hidrgen murni pada temperatur 5 K dan tekanan 1 bar. perubahan isik Perubahan enthalpi standar yang menyertai perubahan keadaan isik disebut sebagai enthalpi transisi standar ( trs ) perubahan isik Cnth : - standar penguapan : Perubahan enthalpi ketiga 1 ml cairan pada 1 bar berubah menjadi ase gasnya pada kndisi 1 bar. - standar peleburan - standar sublimasi 2

3 perubahan isik perubahan Perubahan enthalpi tidak tergantung pada jalan antara dua keadaan. Oleh karena itu nilai yang sama akan diperleh bagaimanapun perubahan yang dihasilkan (selama keadaan awal dan akhirnya sama). Cnth : Nilai perubahan 1 sama dengan perubahan 2, Yaitu : perubahan Mengingat entapi adalah ungsi keadaan, maka nilai entalpi standar prses maju nilainya sama, tetapi berkebalikan tanda dengan entalpi standar prses sebaliknya. Entalpi pembentukan standard mlar ( ) - untuk pembentukan 1 ml senyawa dalam keadaan standar dari unsur-unsurnya. H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(l) = kj/ml Na(s) + ½ Cl 2 (g) NaCl(s) = kj/ml C(s) + 2 H 2 (g) + ½ O 2 (g) CH3OH(l) = kj/ml T6_2b Frmula ΔΗ¼ (kj/ml) Frmula ΔΗ¼ (kj/ml) Nitrgen N(g) N 2 (g) NH 3 (g) NH 4+ (aq) NO(g) NO 2 (g) HNO 3 (aq) 473 Š 45.9 Š Š 26.6 Oxygen O(g) O 2 (g) O 3 (g) OH Š (aq) H 2 (g) H 2 (l) Sulur S(g) S 2 (g) S 8 rhmbic Š Š Š

4 standar untuk unsur dalam keadaan standar adalah nl. Harga entalpi standar pembentukan dari senyawa dalam bentuk larutan merujuk pada larutan dengan knsentrasi 1 M dari unsurunsurnya menjadi senyawa dan ditambah entalpi pelarutan dalam air. Harga dari kebanyakan senyawa adalah negati yang mengindikasikan pembentukan senyawa dari unsurunsurnya adalah ekstermis. Harga digunakan untuk membandingkan kestabilan relati dari beberapa senyawa. Perubahan enthalpi dari reaksi kimia Perubahan enthalpi merujuk pada seluruh reaksi kimia. Dekmpsisi uap air menjadi unsur-unsurnya adalah prses endthermic. H 2 O(g) H 2 (g) + ½ O 2 (g) = kj Pembentukan uap air dari unsur-unsurnya adalah prses exthermic. H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(g) = kj Harga secara numerik adalah sama, tetapi berlawanan tanda, untuk reaksi kimia yang berlawanan. [email protected] Perubahan enthalpi dari reaksi kimia Kuantitas panas yang ditranser selama reaksi kimia tergantung dari jumlah reaktan yang digunakan atau prduk yang terbentuk. Cnth 1: Berapa kuantitas panas yang dibutuhkan untuk pembentukan 1 ml uap air dari unsur-unsurnya? 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O(g) = 2( kj) = kj Cnth 2: Berapa kuantitas panas yang dibutuhkan untuk dekmpsisi 28.3 g uap air menjadi unsur-unsurnya? Cnth 3: Pembakaran etana, C 2 H 6, memiliki perubahan enthalpi sebesar kj untuk reaksi di bawah ini. Hitung dari 15. g C 2 H 6 yang dibakar. 2 C 2 H 6 (g) + 7 O 2 (g) 4 CO 2 (g) + 6 H 2 O(g) = kj Hukum Hess Jika suatu reaksi merupakan jumlah dari dua atau lebih reaksi, untuk reaksi keseluruhan adalah jumlah dari masing-masing reaksi Berapa harga untuk reaksi berikut? 2 H 2 O(l) 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O(l) 2 H 2 O(g) = 2(44. kj) 2 H 2 O(g) 2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2(241.8 kj) 2 H 2 O(l) 2 H 2 (g) + O 2 (g) = kj Hukum Hess Jika suatu reaksi merupakan jumlah dari dua atau lebih reaksi, untuk reaksi keseluruhan adalah jumlah dari masing-masing reaksi Fungsi keadaan - Perubahan energi untuk suatu perubahan kimia atau perubahan isika adalah tidak tergantung dari laju yang diikuti, hanya tergantung dari keadaan awal dan akhir saja. Perubahan enthalpi pada suatu reaksi pada kndisi standar dapat dihitung dari enthalpi mlar standar untuk masing-masing reaktan dan prduk : rxn [ (prducts)] = [ (reactants)] 4

5 [ (prducts)] [ rxn = (reactants)] Cnth 1: Hitung entalpi standar reaksi pembakaran benzena, C 6 H 6. C 6 H 6 (l) + 7½ O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) [C 6 H 6 (l)] = kj/ml Cnth 2: Perubahan enthalpi untuk reaksi ksidasi naphthalene, C 1 H 8, dapat diukur secara kalrimetri. C 1 H 8 (s) + 12 O 2 (g) 1 CO 2 (g) + 4 H 2 O(l) rxn = kj Hitung enthalpi standar pembentukan untuk naphthalene, C 1 H 8. Reaksi ekstermis Reaksi endtermis [email protected] Perhitungan Reaksi rxn = Σ n (prd) - Σ m (react) Ingat untuk mengubahan tanda jika reaksi dibalik. Jika reaksi pembentukan harus dikalikan dengan suatu bilangan maka juga sama Unsur dalam keadaan standar tidak memberikan kntribusi. Cnth 1: Methanl sering digunakan sebagai bahan bakar alternati sebagai pengganti bensin pada mbil balap. Tentukan enthalpi pembakaran methanl per gram dengan menggunakan data enthalpi pembentukan berikut : CH 3 OH (l) = -239 kj/mle C 8 H 18 (l) = -269 kj/mle CO 2 (g) = -394 kj/mle H 2 O (l) = -286 kj/mle 2CH 3 OH (l) + 3O 2 (g) 2CO 2 (g) + 4H 2 O (l) reactin = Σ n (prd) - Σ m (react) = 2 x (CO 2 ) + 4 x (H 2 O) - 2 x (CH 3 OH) - 3 x (H 2 O) = 2 x (-394 kj) + 4 x (-286 kj) - 2 x (-239 kj) = kj/ 2 mles CH 3 OH Cnth 2: Gas hidrgen sulida gas adalah gas yang beracun dan berbau telur busuk. Gas ini di udara terbakar dengan ksigen mengikuti reaksi : 2H 2 S(g) + 3O 2 (g) Hitung perubahan enthalpi standar untuk reaksi tersebut! 2H 2 S(g) + 3O 2 (g) 2H 2 O(l) + 2SO 2 (g) 2H 2 O(l) + 2SO 2 (g) 2(-2) 3() 2(-285.8) 2(-296.8) (kj) = Σn (prduk) - Σm (reaktan) = [2(-285.8) + 2(-296.8)]-[2(-2) + 3()] kj = = kj 5