TERMODINAMIKA

Oleh

Rony kapida

Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan

faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif

berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan,

teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan

kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban

terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan

pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik

sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan

masalah .

1. Membedakan reaksi eksoterm dan reaksi endoterm

berdasarkan hasil percobaan dan diagram tingkat energi

2. Menetukan ΔH reaksi berdasarkan hukum Hess, delta

perubahan entalpi pembentukan standar, dan data

energi ikatan

Bagian dari ilmu kimia yang mempelajari perubahankalor atau panas suatu zat yang menyertai suatu reaksiatau proses kimia dan fisika disebut termokimia.

Energi yang menyertai reaksi kimia dinyatakan dalambentuk entalpi dengan simbol H.

Selisih antara entalpi reaktan dan entalpi hasil padasuatu reaksi disebut perubahan entalpi reaksi.Perubahan entalpi reaksi diberi simbol ΔH.

Termokimia merupakan penerapan hukum pertamatermodinamika terhadap peristiwa kimia yangmembahas tentang kalor yang menyertai reaksi kimia.

Termodinamika kimia dapat didefenisikan sebagai cabangkimia yang menangani hubungan kalor, kerja dan bentuklain energi, dengan kesetimbangan dalam reaksi kimiadan dalam perubahan keadaan.

Penerapan hukum termodinamika pertama dalam bidangkimia merupakan bahan kajian dari termokimia.

“Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, atau

energi alam semesta adalah konstan.”

CaO(s) + H2O() Ca(OH)2 (s) + H2(g)

H2O(s) + kalor H2O()

Setiap materi mengandung energi yang disebut energiinternal (U).

Besarnya energi ini tidak dapat diukur, yang dapatdiukur hanyalah perubahannya.

Perubahan energi internal ditentukan oleh keadaan akhir dan keadaan awal ( ΔU = Uakhir – Uawal).

Perubahan energi internal dalam bentuk panas dinamakan kalor.

Kalor adalah energi panas yang ditransfer (mengalir) dari satu materi ke materi lain.

Jika perubahan energi terjadi pada tekanan tetap, misalnya dalam wadah terbuka (tekanan atmosfer) maka kalor yang terbentuk dinamakan perubahanentalpi (ΔH).

Entalpi dilambangkan dengan H (berasal dari kata ‘Heat of Content’).

Dengan demikian, perubahan entalpi adalah kaloryang terjadi pada tekanan tetap, atau Δ H = QP (Qpmenyatakan kalor yang diukur pada tekanan tetap).

dimana,

Qkalorimeter = kalor yang diserapatau dilepaskan olehkalorimeter (J)

Ck = kapasitas kalorkalorimeter (J/0C)

ΔT = perubahan suhu(0C)

Qkalorimeter = Ck. ΔT

Dalam reaksi eksoterm, kalor yang dilepaskan oleh sistem reaksiakan diserap oleh lingkungan (kalorimeter dan media reaksi). Jumlah kalor yang diserap oleh lingkungan dapat dihitungberdasarkan hukum kekekalan energi. Secara matematikdirumuskan sebagai berikut:

Qreaksi+ Qlarutan + Qkalorimeter = 0

Contoh Soal

Penentuan Kapasitas Kalor Kalorimeter :

Ke dalam kalorimeter dituangkan 50 g air dingin (25°C), kemudianditambahkan 75 g air panas (60°C) sehingga suhu campuran menjadi35°C. Jika suhu kalorimeter naik sebesar 7°, tentukan kapasitas kalorkalorimeter? Diketahui kalor jenis air = 4,18 J/g0C .

Jawab :

Kalor yang dilepaskan air panas sama dengan kalor yang diserap air dingin dan kalorimeter.

Tahap 1 : Menghitung kalor yang dilepas oleh air panas

QAir panas = QAir dingin + QKalorimeter

QAir panas = mair panas x cair x ΔT

QAir panas = 75 g × 4,18 J/g0C × (35 – 60)°C

QAir panas = – 7.837,5 J

1. Menggunakan persamaan :

dimana ,

Q = kalor reaksi (Joule)

m = massa zat (gram)

c = kalor jenis zat, yaitu jumlah kalor yang diperlukan untuk

menaikkan suhu satu gram zat sebesar 1°C (g/0C)

ΔT = perubahan suhu (0C)

Q = m x c x ΔT

Contoh Soal :

Berapa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 50 g air dari 25°C menjadi 60°C? Diketahui kalor jenis air, c = 4,18 J/g0C

Jawab:

Q = m x c x ΔT

Q = 50 g × 4,18 J/g0C × 35°C

Q = 7315 J

Q = 7,315 kJ

Jadi, kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 50 g air dari 25°C menjadi 60°C adalah 7,315 kJ

2. Azas Black

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi semesta tetap. Artinya, kalor yang dilepaskan oleh zat X sama dengan kalor yang diterima oleh zat Y.

Jadi, pertukaran kalor di antara zat-zat yang berantaraksi, energi totalnya samadengan nol.

Qserap = Qlepas

Qserap + Qlepas = 0

Contoh Soal

Sebanyak 75 mL air dipanaskan dengan gas LPG. Jika tidakada kalor yang terbuang, berapa kalor yang dilepaskan olehgas LPG jika suhu air naik dari 25°C menjadi 90°C? Jikadiketahui kalor jenis air, c = 4,18 J/g0C , massa jenis air 1 g/mL

Jawab:

Tahap 1 : Mengubah satuan volume air (mL) ke dalam berat(g) menggunakan massa jenis air.

ρair = 1g /mL atau mair = ρair× volume air

mair = 1 g/mL× 75 mL= 75 g

Tahap 2 : Menghitung kalor yang diserap oleh air.

Qair = mair x cair x ΔT

Qair = 75 g × 4,18 J/g0C × (90–25)°C

Qair = 20377 J

Qair = 20,377 kJ

Tahap 3 : Menghitung kalor yang dilepaskan dari hasil pembakarangas LPG.

Qserap = Qlepas

Qair = QLPG = 20,377 kJ

Jadi, kalor yang dilepaskan oleh hasil pembakaran gas LPG sebesar20,377 kJ.

Penentuan Kalor Reaksi Menggunakan Kalorimeter Sederhana Bertekanan Tetap

Prosedur Percobaan :

Tujuan :

Menentukan kalor reaksi penetralan HCl dan NaOH.

Alat :

1. Wadah styrofoam

2. Pengaduk

3. Termometer

Bahan :

1. Larutan HCl 10%

2. Larutan NaOH 10%

Langkah Kerja

1. Ukur kapasitas kalor kalorimeter dengan cara mencampurkan air

panas dan air dingin,atau asumsikan bahwa kalorimeter tidak

menyerap kalor hasil reaksi (Ck = 0).

2. Masukkan 50 mL HCl 10% ke dalam gelas kimia dan 50 mL NaOH

5% ke dalam gelas kimia yang lain. Samakan suhu awal pereaksi

dan ukur (T1).

3. Campurkan kedua pereaksi itu dalam kalorimeter, kemudian aduk.

4. Catat suhu campuran setiap 30 detik sampai dengan suhu reaksi

turun kembali.

5. Buat grafik suhu terhadap waktu (grafik berbentuk parabola),

kemudian diinterpolasi mulai dari waktu akhir (ta) sampai waktu 0

detik (t0). Suhu akhir reaksi (T2) adalah suhu pada waktu

mendekati 0 detik (hasil interpolasi).

Gambar 1.3 Pada percobaanmenggunakankalorimeter suhu akhirreaksidiperoleh dari hasilinterpolasigrafik (garis lurus). Padagrafiktersebut suhu akhir reaksiT2 = 77°C.

Grafik Perubahan Suhu Terhadap Waktu pada Penentuan Kalor ReaksiMenggunakan Kalorimeter Sederhana

Reaksi yang berlangsung dengan diiringi perubahan entalpi dan dinyatakan dalam suatu persamaan

Jumlah mol zat, yang dinyatakan dengan koefisien pada persamaan termokimia.

Wujud fisik zat, yang dinyatakan dengan index, s (solid), l (liquid), g (gas), aq (larutan).

Contoh Persamaan Termokimia:

2𝐻2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) 2𝐻2𝑂(𝑙) H = 571,1 kJ

2𝐻2(𝑔) + 𝑂2(𝑔)2𝐻2𝑂(𝑔) H = 483,7 kJ

Harga entalpi bergantung pada keadaan, sehingga perlu ditetapkan kondisi saat pengukuran

Perubahan entapi pada keadaan standar adalah kalor yang diukur pada tekanan tetap 1 atm dan 298 K (250C)

PERUBAHAN ENTALPI STANDAR (H0)

Perubahan entalpi reaksi ketika 1 mol zat terbentuk dari unsur-unsurnya pada keadaan standar.

Nilai H0f beberapa unsur dalam keadaan

standar adalah nol.

Zat H0f (kJ/mol) Zat H0f (kJ/mol)

Br2(l) 0 H2(g) 0

Br2(g) 30,91 HBr(g) 36,4

C(intan) 1,897 H2O(l) 285,8

C(grafit) 0 H2O(g) 241,8

CH4(g) 74,81 Na(s) 0

C2H4(g) 52,26 NaCl(s) 411,0

CO(g) 110,5 O2(g) 0

CO2(g) 393,5 SO2(g) 296,8

Cl2(g) 0 SiO2(s) 910,9

Nilai Beberapa Entalpi Pembentukan Standar pada 298 K

Sumber: General Chemistry, 2004

Pada pembentukan 1 gram NaCl dibebaskan kalor sebesar 7,024 kJ. Berapakah entalpi pembentukan NaCl? Tuliskan persamaan reaksinya. (Na = 23; Cl = 35,5)

Jawab:

Massa molar NaCl = 58,5 g/mol

Hf = 58,5 𝑔𝑟𝑎𝑚

1𝑚𝑜𝑙×

−7,024 𝑘𝐽

1 𝑔𝑟𝑎𝑚= −410,9 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1

Persamaan Reaksi:

Na(s) + Cl2(g) NaCl(s) H = 410,9 kJ

Reaksi penguraian adalah kebalikan dari reaksi pembentukan.

Sesuai dengan azas kekekalan energi, nilai entalpi penguraian sama dengan entalpi

pembentukan, tetapi tandanya berlawanan

Tuliskan persamaan reaksinya!

Diketahui Hf CO2(g) adalah 393,5 kJ/mol, maka entalpi penguraian CO2(g) adalah +393,5 kJ/mol.

CO2(g) C(grafit) + O2(g) H = +393,5 kJ/mol

Perubahan entalpi pada pembakaran sempurna 1 mol suatu zat yang diukur pada

keadaan standar

Pembakaran dikatakan sempurna apabila:• karbon (C) terbakar sempurna menjadi CO2

• hidrogen (H) terbakar sempurna menjadi H2O• belerang (S) terbakar sempurna menjadi SO2

• senyawa hidrokarbon (CxHy) terbakar sempurna menurutreaksi:

CxHy + O2 CO2 + H2O (belum setara)

Berapa kJ kalor yang dihasilkan oleh 1 tangki kendaraanbermotor yang memiliki volume 3,5 L, jika massa jenis bensinadalah 0,7 kG/L? (Anggap bensi terdiri dari isooktana, maka:H0

c isooktana = 5460 kJ/mol, massa jenis = 114 g/mol)

Jawab:Massa tangki kendaraan = 3,5 L 0,7 kg/L = 2,45 kg = 2450 gram

n isooktana = 2450 𝑔𝑟𝑎𝑚

114 𝑔/𝑚𝑜𝑙= 21,49 mol

Jadi, kalor yang dibebaskan pada pembakaran 3,5 L bensin adalah:

= 21,49 mol (5460) kJ/mol= 117335,4 kJ

“ Entalpi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi, maka perubahan entalpi TIDAK bergantung pada jalannya reaksi ( proses ) “

Entalpi reaksi hanya ditentukan oleh kalor pereaksi dan kalor hasil reaksi

Catatan : Setiap tahap reaksi harus diketahui

harga perubahan entalpinya

Suatu reaksi dapat dilangsungkan menurut dua cara

1 tahap

2 tahap

Tahun 1940, Henry Hess menemukan bahwa kalor reaksi kedua cara di atas adalah sama

Diagram Siklus Reaksi Diagram Tingkat Energi

Aturan dalam Hukum Hess :

1. Posisi reaktan dan produk reaksi harus sama dengan yang ditanyakan

2. Koefisien zat harus sama dengan yang ditanyakan

Entalpi pembentukan gas etilen ( C2H2 ):

‘’ Energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas ( lambang ‘ D ‘ ; kJ / mol ) ‘’

Reaksi kimia antamolekul dapat dianggap

berlangsung dalam dua tahap, yaitu :

1. Pemutusan ikatan pereaksi

2. Pembentukan ikatan produk

Cara menghitung H0 dari energi ikatan :

1. Tuliskan persamaan reaksi dan setarakan

2. Tentukan ikatan reaktan yang putus, dan hitung jumlah energi ikatan rata –rata yang diperlukan

3. Tentukan ikatan produk yang terbentuk, dan hitung jumlah ikatan rata rata yang dilepaskan

4. Hitung selisih energi yang terlibat pada reaksi

1. Dalam reaksi eksoterm, terjadi perpindahan kalor dari sitem ke lingkungan. Namun bukan berarti sistem menjadi dingin.

2. ΔH ≠ ΔHf ; ΔHc ; ΔHd

3. Tanda ( - ) atau ( + ) pada harga ΔH menunjukan arah perpindahan kalor, bukan merupakan operasi matematika

4. Panas ≠ Kalor