Transcript KFI-3

Contoh:
Suatu oil bath yang suhunya dipelihara tetap pada
500C melepaskan kalor ke lingkungan dengan laju
1000 kaloriDpermenit. Untuk menjaga agar suhu tetap,
alat dilengkapi dengan coil listrik pemanas yang
dioperasikan pada 110 V, 50 ohm. Arus suplay listrik
diatur dengan termoregulator yang secara otomatis
bekerja on-off. Tentukan presentase arus masuk agar
suhu terpelihara.
● dQ ~dT
dQ = C dT
C = (dQ/dT)p,atau V
Cv = (dQ/dT)v
dan
● dU = dQ + dW
dU = dQ + dWe – pex dV
dU = dQ
Cv = (dU/dT)v
Cp = (dQ/dT)p
dWe = 0, V=const
Cv = (dQ/dT)v
Cp = ?
● ENTALPHY : H = U + PV (definisi)
dH = dU + pdV + Vdp
dU = dQ + dWe – pex dV
dWe, dp = 0
dH = dQp
Cp = (dH/dT)p
Cp = (dQ/dT)p
● Pengukuran ∆H
● Alat untuk menentukan ∆H:
→ styrofoam
→ sistem adiabatik
termometer
batang pengaduk
air
sampel
logam
● Kalor pada tekanan tetap (qp) → sistem melakukan kerja
● ∆V
→ W = -P.dV → ∆U = qp – P.∆V → qp = ∆U + P . ∆V
→ ∆H = qp = ∆U + P . ∆V
Gas : >
Cair/padatan : <<<<<
● Contoh : C10H8 + 12O2  10CO2 + 4H2O
(p)
(g)
(g)
(l)
VCO 2 =
nCO2 . R. . T
VO 2 =
nO2 . R. . T
p
p
]
DH = DU + P [Dng . RT
P
DV = VCO 2 - VO2
= ( n CO 2 – n O 2)
= Dng RT
P
RT
P
DH = DU + D ng RT
Contoh:
Air dididihkan pada tekanan luar 1 atm. Ternyata jika
arus 0,5 ampere,12 volt dialirkan selama 300det,
akan menguapkan 0.798 gram air. Tentukan DU dan
DH molar pada 373.15K.
H2O, cair
H2O, gas
DU = Q + W
W’ = pex. DV = RT Dn
= 8.314 JK-1mol-1x 373.15 K x 0.798/18.02 mol
W’ = 137 Joule, W = - 137 Joule
Q = vit
= 12 volt x 0.5 ampere x 300 det
= 1.8 kJoule
DU = 1800 Joule – 137 Joule = 1663 Joule
DH = Q = 1800 Joule.
Sebanyak 1.5 gram NH4NO3 ditambahkan ke dalam
35,0 gr air dlm sebuah mangkok busa kemudian diaduk
sampai larut seluruhnya. Suhu larutan turun dari 22,7oC
menjadi 19,4oC.
a. Apakah proses bersifat endoterm atau eksoterm?
b. Berapakah kalor pelarutan NH4NO3 dalam air
dinyatakan dalam kJ/mol NH4NO3
TERMOKIMIA
Mengkaji tentang kalor (energi) yang terlibat
dalam reaksi kimia
Perubahan entalpi standar (DHO):
Perubahan entalpi suatu proses, dimana zat asal dan
zat akhir keduanya ada dalam keadaan standar.
Keadaan Standar:
Kedaan standar bagi suatu zat pada suhu tertentu
adalah bentuk murni zat tersebut pada tekanan 1 bar
Contoh Aneka Ragam Entalpi
1. Entalpi penguapan standar = DHovap
H2O(l)
H2O(g) : DHovap(373) = 40.6 kJmol-1
2. Entalpi reaksi standar = DHor
CH4(g) + 2O2(g)
CO2(g) + 2H2O(l)
: DHor (298)= - 890 kJmol-1
3. Entalpi perubahan fisik = DHotr
H2O(s)
H2O(l) : DHofus(273) = + 6.01 kJmol-1
4. Entalpi pelarutan standar = DHosol
HCl(g)
HCl(aq): DHosol (298)= - 75.1kJmol-1
5. Entalpi pengionan = DHoi
H(g)
H+(g) + e(g) : DHoi = DUoi + RT
= Ei + RT
DHoi = DUoi = Ei
= 1312 kJmol-1
6. Afinitas elektron = Eea
F(g) + e(g)
F-(g) : DHoea = -Eea – RT
DHoea = -Eea
7. Entalpi pembentukan dan disosiasi ikatan
H-Cl(g)
H(g)+ Cl(g): DHo(H-Cl)=431 kJmol-1
8. Entalpi pembakaran standar = DHoc
C6H12O6(s) + 6O2(g)
6CO2(g) + 6H2O(l)
DHoc =-2808 kJmol-1
9. Entalpi hidrogenasi standar
CH2=CH2(g) + H2(g)
CH3-CH3(g):
DHo=-137 kJmol-1
+ 3H2(g)
DHo=-205 kJmol-1?
● Hubungan yang Melibatkan ∆H
● DH adalah suatu sifat ekstensif
Bila qp naftalena a dalah -5,15 x 103 kJ/mol, hitunglah
DH pembakaran sempurna 0,1 mol naftalena pada 298 K.
q = 0,1 mol x ( -5,15 x 103 kJ/mol) = -5.15 x 102 kJ
● DH akan berubah tanda bila arah reaksi berbalik
½ N2(g) + ½ O2 (g)  NO(g) : DH = + 90,37 kj/mol
NO(g)  ½ N2(g) + ½ O2(g) :DH = - 90.37 kJ/mol
● Hukum Penjumlahan Kalor dari Hess
Tentukan entalpi untuk reaksi :
3C (grafit) + 4H2 (g)  C3H8 (g)
Diketahui data :
(a) C 3H8(g) + 5O2 (g)  3CO 2(g) + 4H2O(l)
D H = -2220,1 kJ/mol
(b) C(grafit) + O2 (g)  CO 2(g)
D H= -393,5 kJ/mol
D H= 285,9 kJ/mol
(c) H 2(g) + ½ O 2 (g)  H2O(l)
-
● Entalpi Pembentukan Standar
 Nilai mutlak U dan H tidak ada
 Perjanjian: nilai nol utk entalpi unsur berada dlm keadaan paling mantap pd tekanan 1 atm & suhu ttt → keadaan standar
 Entalpi pembentukan standar molar ( DH of )  Tabel
● Contoh 6:
o
Hitunglah perubahan entalpi ( D H rks
) pd reaksi pembakaran
1 mol etana, C 2 H6 (g). Pereaksi dan produk dalam keadaan
standar.
C2 H6 (g) + 7/2 O2 (g)  2CO 2 (g) + 3H 2 O(l)
Reaksi di atas merupakan penjumlahan 3 pers.berikut :
o
a. C2 H6 (g)  C(grafit) + 3 H2 (g) D Ha = - D H f C 2 H 6 (g)
b. 2C(grafit) + 2 O 2 (g)  2CO 2 (g) D Hb = 2 x DH of CO (g)
2
c. 3H 2 (g) + 3/2 O 2 (g)  3H 2 O(l) D Hc = 3 x D Ho f H 2 O(l)
+
C2 H6 (g) + 7/2 O 2 (g)  2CO 2(g) + 3H 2 O(l) D Horks = ?
Sh D Ho f (hasil) - Sp D H of (pereaksi) = ∆Hb + ∆Hc + ∆Ha
o
2 x D Hof CO 2 (g) + 3 x DH f H2O (l) – D H o C2 H6 (g)
f
● Contoh 7 :
Pembakaran siklopropana yang biasa digunakan sebagai
anestesi adalah sebagai berikut : (D Horks = -2091,4 kJ/mol )
(CH 2 )3 (g) + 9/2 O2 (g)
 3 CO2 (g) + 3 H 2O (l)
Gunakan nilai D H orks ini untuk menghitung entalpi
pembentukan standar siklopropana.
Siklus Born-Haber:
Entalpi pembentukan padatan (NaCl) menurut
reaksi:
Na(s) + ½Cl2(g)
NaCl(p): EkisiNaCl
Dapat dipandang berlangsung menurut tahapan:
Na+(g) + e-(g) + Cl(g)
DHea = -351.2
DHi=498.3
Na+(g) + Cl-(g)
Na(g) + Cl(g)
DHsub=107.32
DHkisi=?
Na(s) + Cl(g)
½ DHdis=121.7
Na(s) + ½ Cl2(g)
DHf= - 411.2
NaCl(s)
Entalpi pembentukan zat dalam larutan
Entalpi pembentukan NaCl dalam larutan terjadi
menurut reaksi:
Na(s) + ½Cl2(g)
NaCl(aq): DHf(NaCl,aq)
Dapat dipandang berlangsung menurut tahapan:
Na+(g) + e-(g) + Cl(g)
DHea = -351.2
DHi=498.3
Na+(g) + Cl-(g)
Na(g) + Cl(g)
DHsub=107.32
DHhidrasi =?
Na(s) + Cl(g)
½ DHdis=121.7
Na(s) + ½ Cl2(g)
DHf= - 407.2
NaCl(aq)
Entalpi pembentukan ion-ion individu dlm
larutan:
½ H2(g) + ½ Cl2(g)
H+(aq) + Cl-(aq)
HCl(aq)
DHof(HCl,aq)=-167 kJ/mol
HCl (aq)
DHof(HCl,aq)=-167 kJ/mol
DHof(H+,aq)
(?)
Konvensi:
½ H2(g)
Sehingga:
½ Cl2(g)
DHof(Cl-,aq)
(?)
H+(aq): DHof(H+,aq) = NOL pd semua T
Cl-(aq): DHof(Cl-,aq) = -167 kJ/mol
Berapa:
Cl-(g)
Na+(g)
Cl-(aq) : DHohyd(Cl-,aq) = ?
Na+(aq): DHohyd(H+,aq) = ?
Perjanjian:
H+(g)
H+(aq): DHohyd(H+,aq) = -1090 kJ/mol
Kebergantungan Entalpi Reaksi terhadapSuhu
DHr pada T2 dapat dikuantifikasi dari kapasitas kalor
dan DHr pada T1.
dQ  dT
dQ = C dT
dQv = Cv.dT
dU = Cv.dT
dQp = Cp.dT
dH = Cp.dT
dH =  Cp.dT
H(T2) = H(T1) + Cp dT
Jika suatu reaksi memiliki DHr(1) pada T1, maka DHr
pada T2 adalah: Hukum Kirchhoff
DHr(T2) = DHr(T1) +  DCp dT
Dengan : DCp = {ScCp(produk)} - {ScCp(reaktan)}
Jika Cp bergantung pada suhu: Cpi (T) = ai + biT+ ci/T2
Contoh:
Kapasitas kalor aluminium dari suhu 25OC sampai
100OC dinyatakan dengan persamaan:
Cp = 20.7 + 0.0124T.Hitung DH jika aluminum dipanaskan dari 25O ke 100OC.
Jawab:
DH = Cp dT = (a+bT)dT = (20.7+0.0124T)dT
= a(Tf-Ti)+ ½ b(T2f – T2i)
= (20.7 J/K/mol)(373K-298K)+ ½(0.0124J/K2/mol)
{(373K)2 – (298K)2}
= 1860 J/mol.
HUKUM PERTAMA
(PERMESINAN)
● Fungsi Keadaan:
Sifat suatu sistem yang ditunjukkan oleh keadaannya
dan setiap sifat yang hanya bergantung pada keadaan
suatu sistem, dan tidak bergantung pada cara keadaan
tersebut dicapai.
● Fungsi Jalan:
Sifat suatu sistem yang bergantung pada jalannya
proses.
Fungsi Keadaan
U, H, S
diff eksak
Fungsi Jalan
q, w
diff tak eksak
Variabel Keadaan P, V, T, n
-
● Sifat Diferensial Eksak
OdU = 0
dg
Bila dU = g dx + h dy, maka :( dy )x = ( dh
dx )y
dU, dH, dS
dq, d w
-
U = f (V,T) maka
dU = ( dU )V dT + (dU )T dV
H = f (p,T) maka
dH = ( dT )p dT + (
dT
dV
dH
dH
)T dP
dP
dU = Cv.dT + ( dU )T dV : Kapasitas panas isokhor, Cv
dV
dH = Cp.dT + ( dH )T dP : Kapasitas panas isobar, Cp
dP
Contoh:
3/mol,
Gas amonia pada 300K memilki nilai ( dU
)
=
840
J/m
T
dV
dU
dan ( )V = 27.32 J/K/mol. Hitung perubahan energi dalam
dT
ketika amonia suhunya naik 2K, dan mengalami kompresi
sebesar 100cm3
(
dU
)T = 840 Jm-3mol-1 = 840 Nm m-3mol-1 = N m-2 mol-1
dV
= 8.29.1-3 atm
Memainkan Hukum Pertama:
Menghubungkan berbagai differensial dengan besaran
eksperimental, sehingga aspek fisiknya bisa dimengerti dan
bisa dikuantifikasi.