Hubungan Energi dalam Reaksi KimiaBab 6

Presentasi Powerpoint PengajarolehPenerbit ERLANGGADivisi Perguruan Tinggi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja

• Energi Radiasi berasal dari matahari dan merupakan sumber energi utama di Bumi.

• Energi Termal adalah energi yang berkaitan dengan gerak acak atom-atom dan molekul.

• Energi Kimia tersimpan dalam satuan struktur zat kimia.

• Energi Nuklir merupakan energi yg tersimpan dalam gabungan neutron dan proton pada atom.

• Potential energy adalah energi yang tersedia akibat posisi suatu benda.

6.1

Kalor adalah perpindahan energi termal antara dua benda yang suhunya berbeda.

Perubahan Energi dalam Reaksi Kimia

Suhu adalah pengukur thermal energy.

900C 400CEnergi termal yg lbh besar

6.2

Suhu = Energi Termal

Termokimia adalah ilmu yang mempelajari perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia.

Sistem adalah bagian tertentu dr alam yg menjadi perhatian kita.

terbukamassa & energiPerpindahan:

tertutupenergi

terisolasitdk terjadi apa2

SISTEMLINGKUNGAN

6.2

Proses eksotermik adalah setiap proses yang melepaskan kalor (yaitu, perpindahan energi termal ke lingkungan).

Proses endotermik adalah setiap proses dimana kalor harus disalurkan ke sistem oleh lingkungan.

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l) + energi

H2O (g) H2O (l) + energi

energi + 2HgO (s) 2Hg (l) + O2 (g)

6.2

energi + H2O (s) H2O (l)

Eksotermik Endotermik

6.2

Pengantar Termodinamika

Fungsi keadaan merupakan sifat-sifat yang ditentukan oleh keadaan sistem, terlepas dari keadaan tersebut dicapai.

Energi potential gravitasi potensial pendaki 1 dan pendaki 2 adalah sama, tidak bergantung pada lintasan yang dipilih.

energi , tekanan, volume, suhu

6.3

E = Ek. akhir – Eik. awal

P = Pk. akhir – Pk. awal

V = Vk. akhir- Vk. awal

T = Tk. akhir- Tk. awal

Hukum termodinamika pertama – energi dpt diubah dr satu bentuk ke bentuk yg lain, tetapi tdk dpt diciptakan atau dimusnahkan.

Esistem + Elingkungan = 0

or

Esistem = -Elingkungan

C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O

Reaksi kimia eksotermik!

6.3

Energi kimia yg hilang dr pembakaran = Energi yg diperoleh dari lingkungansistem lingkungan

Bentuk Hukum Pertama untuk Esistem

6.3

E = q + w

E perubahan energi dalam suatu sistem

q jumlah kalor yang dipertukarkan antar sistem dan lingkungan

w adalah kerja yang dilakukan pada (atau oleh) sistem tersebutw = -PV ketika gas memuai thd tekanan eksternal yg konstan merupakan kerja yg dilakukan gas pd lingkungannya

Kerja yang Dilakukan pada Suatu Sistem

6.3

w = Fd

w = -P V

P x V = x d3 = Fd = wFd2

V > 0

-PV < 0

wsis < 0

Kerja bukan merupakan fungsi keadaan!

w = wk. akhir- wk. awal kondisi awal Kondisi akhir

Suatu sampel gas nitrogen volumenya memuai dari 1,6 L menjadi 5,4 L pada suhu yg konstan. Berapakah kerja yang dilakukan dalam satuan joule jika gas memuai (a) pada tabung dan (b) pada tekanan tetap 3,7 atm?

w = -P V

(a) V = 5,4 L – 1,6 L = 3,8 L P = 0 atm

W = -0 atm x 3,8 L = 0 L•atm = 0 joule

(b) V = 5,4 L – 1,6 L = 3,.8 L P = 3,7 atm

w = -3,7 atm x 3,8 L = -14,1 L•atm

w = -14,1 L•atm x 101,3 J1L•atm

= -1.430 J

6.3

Kimia dalam Kehidupan: Membuat Salju

E = q + w

q = 0

w < 0, E < 0

E = CT

T < 0, SALJU!

6.3

Entalpi Reaksi Kimia

6.4

E = q + w

E = H - PV

H = E + PV

q = H dan w = -PVPada tekanan konstan:

Entalpi (H) biasanya digunakan untuk menghitung aliran kalor ke dalam atau ke luar sistem dalam suatu proses yang terjadi pada tekanan konstan.

H = H (produk) – H (reaktan)H = kalor yg diberikan atau diterima selama rekasi pada tekanan konstan

Hproduk < Hreaktan

H < 0Hproduk > Hreaktan

H > 0 6.4

Persamaan Termokimia

H2O (s) H2O (l) H = 6,01 kJ

Apakah H negatif atau positif?

Sistem menerima panas

Endotermik

H > 0

6,01 kJ diterima untuk setiap 1 mol es yg meleleh pada suhu 00C dan tekanan 1 atm.

6.4

Persamaan Termokimia

CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) H = -890,4 kJ

Apakah H negatif atau positif?

Sistem melepas panas

Eksotermik

H < 0

890,4 kJ dilepaskan untuk setiap pembakaran 1 mol metana pada suhu 250C dan tekanan 1 atm.

6.4

H2O (s) H2O (l) H = 6,01 kJ

• Koefisien stoikiometri selalu menunjukkan jumlah mol zat

Persamaan Termokimia

• Ketika kita membalik suatu persamaan, kita mengubah peran reaktan dan produk, H sama tetapi berubah tanda

H2O (l) H2O (s) H = -6,01 kJ

• Jika kita mengalikan kedua ruas persamaan termokimia dg suatu faktor n, maka H jg harus berubah dg faktor yg sama n.

2H2O (s) 2H2O (l) H = 2 x 6,01 = 12,0 kJ

6.4

H2O (s) H2O (l) H = 6.01 kJ

• Kita harus selalu menuliskan wujud fisis semua reaktan dan produk, karena akan membantu penentuan perubahan entalpi yg sesungguhnya.

Persamaan Termokimia

6.4

H2O (l) H2O (g) H = 44.0 kJ

Berapa kalor dihasilkan jika 266 g fosfor putih (P4) dibakar di udara?

P4 (s) + 5O2 (g) P4O10 (s) H = -3.013 kJ

266 g P4

1 mol P4

123,9 g P4

x 3.013 kJ1 mol P4

x = 6.470 kJ

Perbandingan H dan E

2Na (s) + 2H2O (l) 2NaOH (aq) + H2 (g) H = -367,5 kJ/mol

E = H - PV At 25 0C, 1 mol H2 = 24,5 L pd 1 atm

PV = 1 atm x 24,5 L = 2,5 kJ

E = -367,5 kJ/mol – 2,5 kJ/mol = -370,0 kJ/mol

6.4

Kalor jenis suatu zat adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1 derajat Celcius.

Kapasitas kalor suatu zat adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan sejumlah zat sebesar 1 derajat Celcius.

C = ms

Kalor (q) diterima atau dilepaskan:

q = mst

q = Ct

t = tk. awal- tk. akhir

6.5

Berapa banyak kalor yang diberikan jika 869 g batang besi didinginkan dari suhu 940C menjadi 50C?

s dr Fe = 0,444 J/g • 0C

t = tk. akhir– tk. awal = 50C – 940C = -890C

q = mst = 869 g x 0,444 J/g • 0C x –890C = -34.000 J

6.5

Kalorimetri Volume-Konstan

Tidak ada kalor yang diserapatau dilepaskan!

qsistem = qair + qbom+ qreaksi

qsistem = 0qreaksi = - (qair + qbom)qair = mstqbom = Cbomt

6.5

Reaksi pd V konstan

H ~ qreaksi

H = qreaksi

Kalorimetri Volume-Konstan

Tidak ada kalor yang diserapatau dilepaskan!

qsistem = qair + qkal + qreaksi

qsistem = 0qreaksi = - (qair + qkal)qair = mstqkal = Ckalt

6.5

Reaksi pada P KonstanH = qreaksi

6.5

Kimia dalam Kehidupan:Nilai Energi Makanan dan Zat Lainnya

C6H12O6 (s) + 6O2 (g) 6CO2 (g) + 6H2O (l) H = -2.801 kJ/mol

1 kal = 4.184 J1 Kal = 1.000 kal = 4.184 J

6.5

Karena tidak terdapat cara untuk mengukur nilai absolut dari entalpi suatu zat, haruskah dilakukan pengukuran pada perubahan entalpi dari setiap reaksi yg terjadi?

Titik rujukan “permukaan air laut” untuk semua ungkapan entalpi disebut entalpi pembentukan standar (H0).f

Entalpi Pembentukan Standar (H0) adalah perubahan kalor yang dihasilkan ketika 1 mol suatu senyawa dibentuk dari unsur-unsurnya pada tekanan 1 atm.

f

Entalpi pembentukan standar setiap unsur dalam bentuknya yang paling stabil adalah nol.

H0 (O2) = 0f

H0 (O3) = 142 kJ/molf

H0 (C, grafit) = 0f

H0 (C, intann) = 1,90 kJ/molf6.6

6.6

Entalpi perubahan standar (H0 ) didefiniskan sebagai entalpi reaksi yang berlangsung pada tekanan 1 atm.

reaksi

aA + bB cC + dD

H0rxn dH0 (D)fcH0 (C)f= [ + ] - bH0 (B)faH0 (A)f[ + ]

H0rxn nH0 (produk)f= mH0 (reaktan)f-

6.6

Hukum Hess: bila reaktan diubah menjadi produk, perubahan entalpinya adalah sama, terlepas apakah reaksi berlangsung dalam satu tahap atau dalam beberapa tahap.

(Entaalpi adalah fungsi keadaan. Tidak peduli bagaimana caranya, yg dilakukan adalah memulai dan mengakhirinya.)

Hitung entalpi pembentukan standar dari CS2 (l) dimana:C(grafit) + O2 (g) CO2 (g) H0 = -393,5 kJ reaksi

S(rombik) + O2 (g) SO2 (g) H0 = -296.1 kJreaksi

CS2(l) + 3O2 (g) CO2 (g) + 2SO2 (g) H0 = -1.072 kJrea

1. Tuliskan entalpi pembentukan standar untuk CS2

C(grafit) + 2S(rombik) CS2 (l)

2. Tambahkan reaksi yg diberikan shg hasilnya merupakan reaksi yg diharapkan.

reaksiC(grafit) + O2 (g) CO2 (g) H0 = -393,5 kJ2S(rombik) + 2O2 (g) 2SO2 (g) H0 = -296,1x2 kJrea

CO2(g) + 2SO2 (g) CS2 (l) + 3O2 (g) H0 = +1.072 kJrea+

C(grafit) + 2S(rombik) CS2 (l)

H0 = -393,5 + (2x-296,1) + 1.072 = 86,3 kJrea6.6

Benzana (C6H6) terbakar diudara dan menghasilkan karbon dioksida dan air cair. Berapakah panas yang dilepaskan per mol oleh pembakaran benzana? Entalpi pembentukan standar benzana adalah 49,04 kJ/mol.

2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)

H0rea nH0 (produk)f= mH0 (reaktan)f-

H0rea 6H0 (H2O)f12H0 (CO2)f= [ + ] - 2H0 (C6H6)f[ ]

H0rea = [ 12x–393,5 + 6x–187.6 ] – [ 2x49,04 ] = -5.946 kJ

-5.946 kJ2 mol

= - 2.973 kJ/mol C6H6

6.6

entalpi cairan (Hcairan) adalah panas yang dilepaskan atau diterima ketika sejumlah cairan larut dalam sejumlah tertentu zat pelarut.

Hcair = Hcair - Hkomponen

6.7

Zat manakah yang dapat digunakan untuk mencairkan es?

Zat manakah yang dapat digunakan untuk pendingin?

Proses pencairan NaCl

Hcair = Tahap 1 + Tahap 2 = 788 – 784 = 4 kJ/mol 6.7