hubungan energi dalam reaksi kimia - …widhadyah.lecture.ub.ac.id/files/2012/04/5-kimin.pdf ·...
TRANSCRIPT
HUBUNGAN ENERGI DALAM
REAKSI KIMIA _KIMIA INDUSTRI_
DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA
WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT
AGUSTINA EUNIKE, ST, MT, MBA
Energi adalah kemampuan untuk
melakukan kerja.
Kerja adalah perubahan energi
yang langsung dihasilkan oleh
suatu proses
ENERGI & KERJA
Energi Kinetik merupakan energi yang dihasilkan
oleh benda yang bergerak
Energi Radiasi berasal dari matahari dan
merupakan sumber energi utama di Bumi
memanaskan atmosfer dan permukaan bumi,
pertumbuhan tanaman (fotosintesis),
mempengaruhi pola iklim dunia
Energi Termal adalah energi yang berkaitan
dengan gerak acak atom-atom dan molekul
makin kuat gerakan, makin panas, makin besar
energi thermalnya
BENTUK-BENTUK ENERGI
Energi Kimia tersimpan dalam satuan struktur zat kimia
besarnya ditentukan oleh jenis dan atom penyusunnya
(zat dalam reaksi kimia energi kimia dilepaskan, disimpan
atau diubah menjadi bentuk energi lain)
Energi Nuklir merupakan energi yg tersimpan dalam
gabungan neutron dan proton pada atom.
Energi Potensial adalah energi yang tersedia akibat posisi
suatu benda. Batu ditempat yang lebih tinggi akan
mempunyi energi potensial yang lebih besar bila sama-
sama dijatuhkan ke air (bawah) dan membuat percikan yang
lebih besar
BENTUK-BENTUK ENERGI
HUKUM KEKEKALAN ENERGI
Nilai total energi alam semesta diasumsikan
konstan
Energi tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat
diciptakan.
Semua bentuk energi dapat diubah dari satu
bentuk energi kebentuk energi lain.
Ketika suatu bentuk energi hilang, bentuk energi
yang lain dengan besar yang sama pasti akan
terbentuk.
PERUBAHAN ENERGI
DALAM REAKSI KIMIA
Hampir semua reaksi kimia menyerap
atau melepaskan energi, umumnya
dalam bentuk kalor.
Kalor adalah perpindahan energi termal
antara dua benda yang suhunya berbeda
Suhu adalah pengukur thermal energy.
Suhu ≠ Energi Termal
700C
400C
Energi thermal lebih besarSuhu lebih besar
Termokimia adalah ilmu yang mempelajari perubahan
kalor yang menyertai reaksi kimia.
Sistem adalah bagian tertentu dr alam yg menjadi
perhatian kita. Luar sistem dinamakan lingkungan
terbukaMassa&energiPerpindahan:
tertutupenergi
terisolasiTidak terjadi apa2
SYSTEM
Proses eksotermik adalah setiap proses yang melepaskan
kalor (yaitu, perpindahan energi termal ke lingkungan).
2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l) + energi
H2O (g) H2O (l) + energi
energi + 2HgO (s) 2Hg (l) + O2 (g)
energy + H2O (s) H2O (l)
• Proses endotermik adalah setiap proses dimana kalor
harus disalurkan ke sistem oleh lingkungan
(menyerap kalor)
PROSES EKSOTERMIK
DAN ENDOTERMIK
eksotermik endotermik
Pengantar Termodinamika
Ilmu yang mempelajari perubahan antar kalor dan bentuk-bentuk
energi yang lain
Fungsi keadaan merupakan sifat-sifat yang ditentukan oleh keadaan
sistem, terlepas dari keadaan tersebut dicapai.
energi , tekanan, volume, suhu
∆E= Ek.akhir - Ek.awal
∆P= Pk.akhir –Pk.awal
∆V= Vk.akhir- Vk.awal
∆T= Tk.akhir- Tk.awal
energi dpt diubah dr satu bentuk ke bentuk yg lain,
tetapi tidak dpt diciptakan atau dimusnahkan
∆Esistem+ ∆Elingkungan = 0
atau
∆Esistem = -∆Elingkungan
S(s) + O2(g) SO2(g)
Reaksi kimia eksotermik!
Kita tidak tahu energi dari molekul reaktan (S dan O2) dan molekul produk (SO2) tetapi kita dapat mengukur perubahan energi ∆E
HUKUM TERMODINAMIKA
PERTAMA
Bentuk Hukum Pertama
untuk ∆Esistem
∆E= q + w
∆E = perubahan energi dalam suatu sistem
q = jumlah kalor yang dipertukarkan antar sistem dan lingkungan
w = kerja yang dilakukan pada (atau oleh) sistem
Bentuk Hukum Pertama
untuk ∆Esistem
Bila suatu sistem membebaskan kalor ke lingkungan
atau melakukan kerja pada lingkungan energi
dalamnya akan turun karena terjadi proses
pengurangan energi ( q dan w bermuatan negatif )
ketika gas memuai thd tekanan eksternal yg konstan,
merupakan kerja yg dilakukan gas pd lingkungannya
w = -P ∆V
Kerja yang Dilakukan
pada Suatu Sistem
∆V > 0
-P∆ V < 0
wsis < 0
Kerja bukan
merupakan
fungsi keadaan
∆w≠ wk.akhir- wk.awal
Kondisi awal Kondisi akhir
Pemuaian gas kerja
dilakukan oleh sistem
1 L.atm = 101,3 J
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)
terhadap ruang hampa dan (b) pada tekanan tetap 3,7 atm?
Entalpi Reaksi Kimia
Pada tekanan konstan
∆E = qp – P ∆V
qp = ∆E + P ∆V
∆E = q + w
Pada volume sistem
konstan
∆V = 0 tdk ada
kerja dilakukan
∆E = q – P ∆V
∆E = qv
V konstan
P konstan
Entalpi Reaksi KimiaH = E + PV
- Merupakan fungsi keadaan
- Memiliki satuan energi
ENTALPI
PERUBAHAN
ENTALPI∆H = ∆ E + ∆(PV)
Pada Tekanan konstan
∆H = ∆ E + P ∆ V qp = ∆H
Meskipun qp bukan merupakan
fungsi keadaan, perpindahan
kalor pada tekanan konstan sama
dengan ∆H
Entalpi Reaksi Kimia
Pada volume
sistem konstan
qv = ∆E
Pada tekanan
konstan
qp = ∆H
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
DH = H (products) – H (reactants)
Hproducts < Hreactants
DH < 0
Hproducts > Hreactants
DH > 0
PERSAMAAN TERMOKIMIA
H2O (s) H2O (l) DH = 6.01 kJ
Apakah ∆H negatif atau
positif?
Sistem menerima panas
Endotermik
PERSAMAAN TERMOKIMIA
Apakah DH negatif atau positif?
CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) DH = -890.4 kJ
Sistem melepas panas
Eksotermik
DH < 0
890,4 kJ dilepaskan untuk setiap pembakaran 1
mol metana pada suhu 250C dan tekanan 1 atm
PERSAMAAN TERMOKIMIA
Koefisien stoikiometri selalu menunjukkan jumlah mol zat
Pada suhu 0oC, P = 1 atm es meleleh membentuk air yang cair
(energi diserap oleh sistem endotermik) Ketika 1 mol air
terbentuk dari 1 mol es pada suhu 0 oC perubahan entalpinya
adalah 6,01 kJ
Ketika kita membalik suatu persamaan, kita mengubah peran
reaktan dan produk, ∆H sama tetapi berubah tanda
H2O (s) H2O (l) DH = 6.01 kJ
H2O (l) H2O (s) DH = -6.01 kJ
PERSAMAAN TERMOKIMIA
Jika kita mengalikan kedua ruas persamaan termokimia dg
suatu faktor n, maka ∆H jg harus berubah dg faktor yg sama n.
Kita harus selalu menuliskan wujud fisis semua reaktan dan
produk, karena akan membantu penentuan perubahan entalpi
yg sesungguhnya.
2H2O (s) 2H2O (l) DH = 2 x 6.01 = 12.0 kJ
H2O (s) H2O (l) DH = 6.01 kJ
H2O (l) H2O (g) DH = 44.0 kJ
Berapa kalor dihasilkan jika 266 g fosfor putih (P4) dibakar di udara
P4 (s) + 5O2 (g) P4O10 (s) DH = -3013 kJ
266 g P4
1 mol P4
124 g P4
x-3013 kJ
1 mol P4
x = -6470 kJ
Ar P = 31 g/mol
Perbandingan ∆H dan ∆E
Reaksi antara logam natrium dan air
2Na(s) + 2H2O(l) 2NaOH(aq) + H2(g) ∆H = -367,5 kJ/mol
(salah satu produknya : gas hidrogen harus mendorong udara untuk
memasuki atmosfer sebagian energi yang dihasilkan reaksi untuk
melakukan kerja mendorong sejumlah volume udara ∆V)
Gas hidrogen mendorong
piston keatas (melakukan
kerja pada lingkungan)
sampai tekanan didalam
kembali sama dengan
tekanan luar
Perbandingan ∆H dan ∆E
∆E = ∆H – P ∆V
diasumsikan pada suhu 250C
1 mol H2 = 2,5 L pd 1 atm
P.∆V = 1 atm x -2,5 L = -2,5 kJ
∆E= -367,5 kJ/mol – 2,5 kJ/mol = -370,0 kJ/mol
∆E dan ∆H nilainya hampir sama, ∆H sedikit lebih kecil karena sebagian
energi dalam yang dilepas digunakan untuk melakukan kerja pemuaian gas
kalor yang dilepaskan lebih kecil.
Pada reaksi yang tidak melibatkan gas, ∆V biasanya sangat kecil sehingga
∆E dan ∆H dpt dikatakan sama
Untuk reaksi gas diberlakukan gas ideal dan suhu tetap
∆n = jumlah mol gas produk – jumlah mol gas reaktan
∆E = ∆H – ∆(PV) = ∆H – ∆(nRT) = ∆H – RT ∆n
Kalor jenis suatu zat (s ) adalah
jumlah kalor yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu 1 gram zat
sebesar 1 derajat Celcius (J/g 0C)
Kapasitas kalor suatu zat (C) (J/0C)
adalah jumlah kalor yang
dibutuhkan untuk menaikkan suhu
sejumlah zat sebesar 1 derajat
CelciusC = ms
Kalor (q) diterima atau dilepaskan :
q = msDt
q = CDt
Dt = tfinal - tinitial
KALORIMETER
q positif endotermik
q negatif eksotermik
Berapa banyak kalor yang diberikan jika 869 g batang besi didinginkan dari suhu 940C menjadi 50C
s of Fe = 0.444 J/g • 0C
Dt = tfinal – tinitial = 50C – 940C = -890C
q = msDt = 869 g x 0.444 J/g • 0C x –890C = -34,000 J
Karena tidak terdapat cara untuk mengukur nilai absolut dari
entalpi suatu zat, kita hanya dapat menentukan nilai relatif
terhadap suatu rujukan yang ditentukan
Titik rujukan “permukaan air laut” untuk semua ungkapan
entalpi disebut entalpi pembentukan standar
DH0 (O2) = 0f
DH0 (O3) = 142 kJ/molf DH0 (C, graphite) = 0f
DH0 (C, intan) = 1.90 kJ/molf
Entalpi Pembentukan Standar (∆H0f) adalah perubahan kalor
yang dihasilkan ketika 1 mol suatu senyawa dibentuk dari
unsur -unsurnya pada tekanan 1 atm
Entalpi pembentukan standar setiap unsur dalam bentuknya
yang paling stabil adalah nol
Keadaan 1 atm
Pembentukan(∆H0f)
Entalpi perubahan standar (∆ H0reaksi)
didefiniskan sebagai entalpi reaksi yang
berlangsung pada tekanan 1 atm
aA + bB cC + dD
DH0rxn dDH0 (D)fcDH0 (C)f= [ + ] - bDH0 (B)faDH0 (A)f[ + ]
DH0rxn nDH0 (products)f= S mDH0 (reactants)fS-
Hukum Hess:bila reaktan diubah menjadi produk,
perubahan entalpinya adalah sama, terlepas apakah reaksi
berlangsung dalam satu tahap atau dalam beberapa tahap
(Entalpi adalah fungsi keadaan. Tidak peduli bagaimana
caranya, yg dilakukan adalah memulai dan mengakhirinya
reaksi
n dan m menyatakan koefisien stoikiometri (dalam mol untuk reaktan dan produk)
Hitung entalpi pembentukan standar dari CS2 (l) dimana:
C(graphite) + O2 (g) CO2 (g) DH0 = -393.5 kJrxn
S(rhombic) + O2 (g) SO2 (g) DH0 = -296.1 kJrxn
CS2(l) + 3O2 (g) CO2 (g) + 2SO2 (g) DH0 = -1072 kJrxn
1. Tuliskan entalpi pembentukan standar untuk CS2
C(graphite) + 2S(rhombic) CS2 (l)
2. Tambahkan reaksi yg diberikan shg hasilnya merupakan
reaksi yg diharapkanrxnC(graphite) + O2 (g) CO2 (g) DH0 = -393.5 kJ
2S(rhombic) + 2O2 (g) 2SO2 (g) DH0 = -296.1x2 kJrxn
CO2(g) + 2SO2 (g) CS2 (l) + 3O2 (g) DH0 = +1072 kJrxn+
C(graphite) + 2S(rhombic) CS2 (l)
DH0 = -393.5 + (2x-296.1) + 1072 = 86.3 kJrxn
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)
DH0rxn nDH0 (products)f= S mDH0 (reactants)fS-
DH0rxn 6DH0 (H2O)f12DH0 (CO2)f= [ + ] - 2DH0 (C6H6)f[ ]
DH0rxn = [ 12x–393.5 + 6x–285,8] – [ 2x49.04 ] = -6534,88kJ
-6534,88 kJ
2 mol= - 3267,44 kJ/mol C6H6