www.nuklir.co.nr www.qmia.co.nr BAB II TERMOKIMIA A. Energi dan Entalpi 1). Hukum Kekekalan Energi “ Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari 1 bentuk energi ke bentuk energi yang lain. “ Energi alam semesta adalah tetap, sehingga energi yang terlibat dalam suatu proses kimia dan fisika hanya merupakan perpindahan atau perubahan bentuk energi. Contoh perubahan energi : a. Energi radiasi diubah menjadi energi panas. b. Energi potensial diubah menjadi energi listrik. c. Energi kimia menjadi energi listrik. 2). Sistem dan Lingkungan Sistem adalah bagian dari alam semesta yang menjadi pusat perhatian langsung dalam suatu percobaan tertentu. Lingkungan adalah bagian lain dari alam semesta yang terdapat di luar sistem. Secara umum terdapat 3 jenis sistem : a. Sistem terbuka. Suatu sistem dimana dapat terjadi perpindahan materi dan energi dengan lingkungannya. Contoh : kopi panas dalam gelas terbuka, akan melepaskan panas dan uap air ke lingkungannya. b. Sistem tertutup. Suatu sistem dimana hanya dapat terjadi perpindahan energi ke lingkungannya tetapi tidak dapat terjadi perpindahan materi. Contoh : kopi panas dalam gelas tertutup, dapat melepaskan panas / kalor ke lingkungannya tetapi tidak ada uap air yang hilang. c. Sistem terisolasi. Suatu sistem dimana tidak dapat terjadi perpindahan materi maupun energi ke lingkungannya. Contoh : kopi panas dalam suatu termos. 3). Energi dan Entalpi 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
www.nuklir.co.nr www.qmia.co.nr
BAB IITERMOKIMIA
A. Energi dan Entalpi
1). Hukum Kekekalan Energi
“ Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari 1 bentuk energi ke bentuk energi yang lain. “
Energi alam semesta adalah tetap, sehingga energi yang terlibat dalam suatu proses kimia dan fisika hanya merupakan perpindahan
atau perubahan bentuk energi.
Contoh perubahan energi :
a. Energi radiasi diubah menjadi energi panas.
b. Energi potensial diubah menjadi energi listrik.
c. Energi kimia menjadi energi listrik.
2). Sistem dan Lingkungan
Sistem adalah bagian dari alam semesta yang menjadi pusat perhatian langsung dalam suatu percobaan tertentu.
Lingkungan adalah bagian lain dari alam semesta yang terdapat di luar sistem.
Secara umum terdapat 3 jenis sistem :
a. Sistem terbuka.
Suatu sistem dimana dapat terjadi perpindahan materi dan energi dengan lingkungannya.
Contoh : kopi panas dalam gelas terbuka, akan melepaskan panas dan uap air ke lingkungannya.
b. Sistem tertutup.
Suatu sistem dimana hanya dapat terjadi perpindahan energi ke lingkungannya tetapi tidak dapat terjadi perpindahan materi.
Contoh : kopi panas dalam gelas tertutup, dapat melepaskan panas / kalor ke lingkungannya tetapi tidak ada uap air yang
hilang.
c. Sistem terisolasi.
Suatu sistem dimana tidak dapat terjadi perpindahan materi maupun energi ke lingkungannya.
Contoh : kopi panas dalam suatu termos.
3). Energi dan Entalpi
o Sesuai dengan Hukum Termodinamika I, yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi energi
hanya dapat diubah dari 1 bentuk energi ke bentuk energi yang lain, maka jumlah energi yang diperoleh oleh sistem akan =
jumlah energi yang dilepaskan oleh lingkungan. Sebaliknya, jumlah energi yang dilepaskan oleh sistem akan = jumlah energi yang
diperoleh oleh lingkungan.
o Energi adalah kapasitas untuk melakukan kerja ( w ) atau menghasilkan panas / kalor ( q ).
o Energi yang dimiliki oleh sistem dapat berupa energi kinetik ( berkaitan dengan gerak molekul sistem ) maupun energi potensial.
o Energi dalam ( E ) adalah jumlah energi yang dimiliki oleh suatu zat atau sistem.
o Perpindahan energi antara sistem dan lingkungan terjadi dalam bentuk kerja ( w ) atau dalam bentuk kalor ( q ).
o Tanda untuk kerja ( w ) dan kalor ( q ) :
Sistem menerima kerja, w bertanda ( + ).
Sistem menerima kalor, q bertanda ( + ).
Sistem melakukan kerja, w bertanda ( - ).
Sistem membebaskan kalor, q bertanda ( - ).
o Energi dalam ( E ) termasuk fungsi keadaan yaitu besaran yang harganya hanya bergantung pada keadaan sistem, tidak pada
asal-usulnya. Keadaan suatu sistem ditentukan oleh jumlah mol ( n ), suhu ( T ) dan tekanannya ( P ).
o Energi dalam juga termasuk sifat ekstensif yaitu sifat yang bergantung pada jumlah zat.
o Misalnya : jika E dari 1 mol air = y kJ maka E dalam 2 mol air ( T,P ) = 2y kJ.1
www.nuklir.co.nr www.qmia.co.nr
o Nilai energi dalam dari suatu zat tidak dapat diukur, tetapi yang diperlukan dalam termokimia hanyalah perubahan energi dalam
( E ).
E = E2 – E1
E1 = energi dalam pada keadaan awal
E2 = energi dalam pada keadaan akhir
o Untuk reaksi kimia :
E = Ep – Er
Ep = energi dalam produk
Er = energi dalam reaktan
4). Kerja ( w )
Kerja yang dilakukan oleh sistem :
w = - F. s ( kerja = gaya x jarak )
F = P. A
maka :
w = - ( P. A ) . h
w = - P. ( A . h )
w = - P. V
Satuan kerja = L. atm
1 L. atm = 101,32 J
Contoh :
Hitunglah besarnya kerja ( J ) yang dilakukan oleh suatu sistem yang mengalami ekspansi melawan P = 2 atm dengan perubahan V =
10 L !
Jawaban :
w = - P. V
= - 2 atm x 10 liter
= - 20 L.atm = - 2.026,4 J
5). Kalor ( q )
Kalor adalah energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya, karena adanya perbedaan suhu yaitu dari suhu
lebih tinggi ke suhu lebih rendah.
Perpindahan kalor akan berlangsung sampai suhu antara sistem dan lingkungannya sama.
Meskipun kita mengatakan bahwa sistem “ menerima “ atau “ membebaskan “ kalor, tetapi sistem tidak mempunyai energi dalam
bentuk “ kalor “.
Energi yang dimiliki sistem adalah energi dalam ( E ), yaitu energi kinetik dan potensial.
2
h
GasGas
A
A
www.nuklir.co.nr www.qmia.co.nr Perpindahan kalor terjadi ketika molekul dari benda yang lebih panas bertumbukan dengan molekul dari benda yang lebih dingin.
Satuan kalor = kalori ( kal ) atau joule ( J ).
1 kal = 4, 184 J
Mengukur jumlah kalor :
q = m x c x T
atau
q = C x T ; q = m x Ldengan :
q = jumlah kalor ( J )
m = massa zat ( g )
T = perubahan suhu ( oC atau K )
c = kalor jenis ( J / g.oC ) atau ( J / g. K )
C = kapasitas kalor ( J / oC ) atau ( J / K )
L = kalor laten ( J / g ) = kalor peleburan / pelelehan dan kalor penguapan.
Contoh :
Berapa joule diperlukan untuk memanaskan 100 gram air dari 25 oC menjadi 100 oC? ( kalor jenis air = 4,18 J / g.K )
Jawaban :
q = m x c x T
= 100 x 4,18 x ( 100 – 25 ) = 31.350 J = 31, 35 kJ.
Hubungan antara E, q dan w :
E = q + w
w = P. V
a. Jika reaksi berlangsung pada sistem terbuka dengan tekanan ( P ) tetap maka :
E = qp + w
Contoh :
Suatu reaksi eksoterm mempunyai harga E = - 100 kJ. Jika reaksi berlangsung pada P tetap dan V sistem bertambah,
maka sebagian E tersebut digunakan untuk melakukan kerja. Jika jumlah kerja yang dilakukan sistem = - 5 kJ, maka :
qp = E – w
= -100 kJ – ( -5 kJ ) = - 95 kJ
b. Jika reaksi berlangsung pada sistem tertutup dengan volume tetap ( V = 0 ) artinya = sistem tidak melakukan kerja
( w = 0 ).
E = qv + w
E = qv + 0
E = qv
Hal ini berarti bahwa semua perubahan energi dalam ( E ) yang berlangsung pada sistem tertutup akan muncul sebagai
kalor.
Contoh :
Suatu reaksi yang berlangsung pada V tetap disertai penyerapan kalor = 200 kJ. Tentukan nilai E, q dan w reaksi itu!
Jawaban :
Sistem menyerap kalor, artinya q = + 200 kJ.
3
www.nuklir.co.nr www.qmia.co.nrReaksi berlangsung pada V tetap, w = 0 kJ.
E = qv + w
= + 200 kJ + 0 kJ = + 200 kJ
6). Entalpi ( H )
o Untuk menyatakan kalor reaksi pada tekanan tetap (qp ) digunakan besaran yang disebut Entalpi ( H ).
H = E + ( P.V )
H = E + ( P. V )
H = (q + w ) + ( P. V )
H = qp – ( P. V ) + ( P. V )
H = qp
o Untuk reaksi kimia :
H = Hp – Hr
Hp = entalpi produk
Hr = entalpi reaktan
o Contoh :
Suatu reaksi yang berlangsung pada P tetap disertai pelepasan kalor = 200 kJ dan sistem melakukan kerja sebanyak 5 kJ.
Tentukan nilai H, E, q dan w reaksi itu!
Jawaban :
Sistem melepaskan kalor, artinya q = - 200 kJ.
Sistem melakukan kerja, artinya w = - 5 kJ.
E = qp + w
E = - 200 kJ – 5 kJ = - 205 kJ
H = qp = - 200 kJ
o Kesimpulan :
Reaksi pada tekanan tetap : qp = H ( perubahan entalpi )
Reaksi pada volume tetap : qv = E ( perubahan energi dalam )
7). Reaksi Endoterm dan Eksoterm
Reaksi endoterm adalah reaksi yang disertai dengan perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem ( kalor diserap oleh sistem dari
lingkungannya ); ditandai dengan adanya penurunan suhu lingkungan di sekitar sistem.
Reaksi eksoterm adalah reaksi yang disertai dengan perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan ( kalor dibebaskan oleh sistem
ke lingkungannya ); ditandai dengan adanya kenaikan suhu lingkungan di sekitar sistem.
Reaksi eksoterm pada umumnya berlangsung spontan, sedangkan reaksi endoterm tidak.
Pada reaksi endoterm : H = Hp – Hr > 0 ( bertanda positif )
Pada reaksi eksoterm : H = Hp – Hr < 0 ( bertanda negatif )
Diagram tingkat energinya :
4
www.nuklir.co.nr www.qmia.co.nr
8). Persamaan Termokimia
Adalah persamaan reaksi yang mengikutsertakan perubahan entalpinya ( H ).
Nilai H yang dituliskan di persamaan termokimia, disesuaikan dengan stoikiometri reaksinya, artinya = jumlah mol zat yang
terlibat dalam reaksi kimia = koefisien reaksinya; ( fase reaktan maupun produk reaksinya harus dituliskan).
Contoh :
Pada pembentukan 1 mol air dari gas hidrogen dengan oksigen pada 298 K, 1 atm dilepaskan kalor sebesar 285, 5 kJ.
Persamaan termokimianya :
Jika koefisien dikalikan 2, maka harga H reaksi juga harus dikalikan 2.
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menuliskan persamaan termokimia :
a. Koefisien reaksi menunjukkan jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi.
b. Ketika persamaan reaksinya dibalik ( mengubah letak reaktan dengan produknya ) maka nilai H tetap sama tetapi
tandanya berlawanan.
c. Jika kita menggandakan kedua sisi persamaan termokimia dengan faktor y maka nilai H juga harus dikalikan dengan faktor
y tersebut.
d. Ketika menuliskan persamaan reaksi termokimia, fase reaktan dan produknya harus dituliskan.
9). Jenis-Jenis Perubahan Entalpi
o Perubahan entalpi yang diukur pada suhu 25 oC dan tekanan 1 atm ( keadaan standar) disebut perubahan entalpi standar
( dinyatakan dengan tanda Ho atau H298 ).
o Perubahan entalpi yang tidak merujuk pada kondisi pengukurannya dinyatakan dengan lambang H saja.
o Entalpi molar = perubahan entalpi tiap mol zat ( kJ / mol ).
o Perubahan entalpi, meliputi :
a. Perubahan Entalpi Pembentukan Standar ( Hf o ) = kalor pembentukan
Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya pada suhu dan tekanan
standar ( 25 oC, 1 atm ). Entalpinya bisa dilepaskan maupun diserap. Satuannya adalah kJ / mol.
Bentuk standar dari suatu unsur adalah bentuk yang paling stabil dari unsur itu pada keadaan standar ( 298 K, 1 atm ).
Jika perubahan entalpi pembentukan tidak diukur pada keadaan standar maka dinotasikan dengan Hf
Contoh :
5
www.nuklir.co.nr www.qmia.co.nr
Catatan :
o Hf unsur bebas = nol
o Dalam entalpi pembentukan, jumlah zat yang dihasilkan adalah 1 mol.
o Dibentuk dari unsur-unsurnya dalam bentuk standar.
b. Perubahan Entalpi Penguraian Standar ( Hd o )
Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsur penyusunnya pada keadaan
standar.
Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan Hd. Satuannya = kJ / mol.
Perubahan entalpi penguraian standar merupakan kebalikan dari perubahan entalpi pembentukan standar, maka nilainya pun
akan berlawanan tanda.
Menurut Marquis de Laplace, “ jumlah kalor yang dilepaskan pada pembentukan senyawa dari unsur-unsur penyusunnya =
jumlah kalor yang diperlukan pada penguraian senyawa tersebut menjadi unsur-unsur penyusunnya. “ Pernyataan ini disebut
Hukum Laplace.
Contoh :
Diketahui Hf o H2O(l) = -286 kJ/mol, maka entalpi penguraian H2O(l) menjadi gas hidrogen dan gas oksigen adalah +286
kJ/mol.
c. Perubahan Entalpi Pembakaran Standar ( Hc o )
Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pembakaran 1 mol suatu zat secara sempurna pada keadaan standar.
Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan Hc. Satuannya = kJ / mol.
Contoh :
d. Perubahan Entalpi Netralisasi Standar ( Hn o )
Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada penetralan 1 mol asam oleh basa atau 1 mol basa oleh asam pada keadaan
standar.
Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan Hn. Satuannya = kJ / mol.
Contoh :
Hn reaksi = -200 kJ
Hn NaOH = -200 kJ / 2 mol = -100 kJ/mol
Hn H2SO4 = -200 kJ / 1 mol = -200 kJ/mol
e. Perubahan Entalpi Penguapan Standar ( Hovap)
Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada penguapan 1 mol zat dalam fase cair menjadi fase gas pada keadaan standar.
Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan Hvap. Satuannya = kJ / mol.
Contoh :
6
www.nuklir.co.nr www.qmia.co.nr
f. Perubahan Entalpi Peleburan Standar ( Hofus )
Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pencairan / peleburan 1 mol zat dalam fase padat menjadi zat dalam fase cair
pada keadaan standar.
Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan Hfus. Satuannya = kJ / mol.
Contoh :
g. Perubahan Entalpi Sublimasi Standar ( Hosub )
Adalah perubahan entalpi yang terjadi pada sublimasi 1 mol zat dalam fase padat menjadi zat dalam fase gas pada
keadaan standar.
Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan Hsub. Satuannya = kJ / mol.
Contoh :
h. Perubahan Entalpi Pelarutan Standar ( Hosol )
Adalah perubahan entalpi yang terjadi ketika 1 mol zat melarut dalam suatu pelarut ( umumnya air ) pada keadaan standar.
Jika pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan Hsol. Satuannya = kJ / mol.
Contoh :
10). Penentuan Perubahan Entalpi ( H )
a. Kalorimetri
o Adalah cara penentuan kalor reaksi dengan menggunakan kalorimeter.
o Perubahan entalpi adalah perubahan kalor yang diukur pada tekanan konstan.
o Untuk menentukan perubahan entalpi dilakukan dengan cara yang sama dengan penentuan perubahan kalor yang dilakukan
pada tekanan konstan.
o Perubahan kalor pada suatu reaksi dapat diukur melalui pengukuran perubahan suhu yang terjadi pada reaksi tersebut.
o Pengukuran perubahan kalor dapat dilakukan dengan alat yang disebut kalorimeter.
o Kalorimeter adalah suatu sistem terisolasi ( tidak ada perpindahan materi maupun energi dengan lingkungan di luar
kalorimeter ).
o Rumus yang digunakan adalah :
q = m x c x T
qkalorimeter = C x T
dengan :
q = jumlah kalor ( J )
m = massa zat ( g )
T = perubahan suhu ( oC atau K )7
www.nuklir.co.nr www.qmia.co.nr
c = kalor jenis ( J / g.oC ) atau ( J / g. K )
C = kapasitas kalor ( J / oC ) atau ( J / K )
o Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka kalor reaksi = kalor yang diserap / dibebaskan oleh larutan
dan kalorimeter, tetapi tandanya berbeda.
qreaksi = - (qlarutan + qkalorimeter )
Beberapa jenis kalorimeter :
1) Kalorimeter Bom
o Merupakan kalorimeter yang khusus digunakan untuk menentukan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran.
o Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bom ( tempat berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat dari bahan stainless steel dan
diisi dengan gas oksigen pada tekanan tinggi ) dan sejumlah air yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas.
o Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom, akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air dan bom.
o Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka :
qreaksi = - (qair + qbom )
o Jumlah kalor yang diserap oleh air dapat dihitung dengan rumus :
qair = m x c x T
dengan :
m = massa air dalam kalorimeter ( g )
c = kalor jenis air dalam kalorimeter (J / g.oC ) atau ( J / g. K )
T = perubahan suhu ( oC atau K )
o Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat dihitung dengan rumus :
qbom = Cbom x T
dengan :
Cbom = kapasitas kalor bom ( J / oC ) atau ( J / K )
T = perubahan suhu ( oC atau K )
o Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada volume tetap ( V = nol ). Oleh karena itu, perubahan
kalor yang terjadi di dalam sistem = perubahan energi dalamnya.
E = q + w dimana w = - P. V ( jika V = nol maka w = nol )
maka
E = qv
Contoh soal :
Suatu kalorimeter bom berisi 250 mL air yang suhunya 25oC, kemudian dibakar 200 mg gas metana. Suhu tertinggi yang dicapai
air dalam kalorimeter = 35oC. Jika kapasitas kalor kalorimeter = 75 J / oC dan kalor jenis air = 4,2 J / g.oC, berapakah Hc gas