Transcript Document

TERMOKIMIA
Oleh : Moh. Suwandi, S.Pt, M.Pd
SMA MAARIF NU PANDAAN
TERAKREDITASI “B”
2008
LOGO
Termokimia
1
Hukum kekekalan Energi dan Perubahan Entalpi
2
Jenis Perubahan Entalpi
3
Penentuan Perubahan Entalpi
4
Kalor Pembakaran Bahan Bakar
1
Hukum kekekalan Energi dan Perubahan Entalpi
A. Pengertian Energi dan Jenis Energi
B. Hukum Kekekalan Energi
C. Sistem dan Lingkungan
D. Reaksi Eksoterm dan Endoterm
A. Pengertian Energi dan Jenis Energi
Energi : kapasitas melakukan kerja.
Ahli kimia mendefinisikan kerja sebagai perubahan energi langsung yang
dihasilkan dari suatu proses
Jenis – jenis energi
1. Energi kinetik : energi yang dimiliki oleh suatu objek yang bergerak.
Ek = ½ mv2
2. Energi radiasi : energi yg berasal dari matahari dan merupakan sumber
energi utama bumi.
3. Energi termal : merupakan gabungan energi dengan gerak acak ( random )
dari atom – atom dan molekul
4. Energi kimia : energi yg tersimpan dalam unit struktur senyawa kimia.
5. Energi potensial : energi yg tersimpan dalam suatu obyek oleh karena
posisinya terhadap obyek yg lain.
B. Hukum Kekekalan Energi
Hukum ini menyatakan bahwa : “Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnakan,
energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk energi yang lain
Beberapa contoh perubahan energi :
1. Energi radiasi diubah menjadi energi panas. Perubahan ini terjadi ketika kita
berjemur diterik matahari.
2. Energi potensial menjadi energi listrik. Perubahan ini terjadi misalnya pada
pusat Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) yang memanfaatkan energi
potensial air terjun untuk menggerakkan turbin pembangkit tenaga listrik
C. Sistem dan Lingkungan
Sistem : bagian dari alam semesta yang menjadi perhatian kita
Lingkungan : bagian sisa dari alam semesta yang terdapat diluar sistem
Secara umum ada 3 jenis sistem :
1. Sistem terbuka : sistem dimana baik massa maupun energi yg biasanya
dlm bentuk panas dapat dipertukarkan dengan lingkungan. Misalnya kopi
panas dlm gelas eken melepaskan panas ke lingkungannya sehingga
menjadi dingin.
2. Sistem tertutup : sistem dimana memungkinkan terjadinya transfer energi
(panas) ke lingkungannya, tetapi tidak dapat menstransfer massa.
Misalnya kopi panas dalam erlenmeyer tertutup dapat melepas panas ke
lingkungannya sehingga menjadi dingin, tapi tidak ada uap air yang hilang
3. Sistem terisolasi : sistem dimana baik massa maupun energi (panas) tidak
dapat dipertukarkan ke lingkungan. Misalnya kopi panas dalam termos
merupakan contoh sistem terisolasi, dimana energi ditransfer ke
lingkungan dengan sangat lambat.
D. Reaksi Eksoterm dan Endoterm
A. Reaksi Eksoterm
Pada reaksi eksoterm terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan
atau pada reaksi tersebut dikeluarkan panas.
Pada reaksi eksoterm harga H = ( - )
Contoh : C(s) + O2(g) + CO2(g) + 393.5 kJ ;  H = -393.5 kJ
B. Reaksi Endoterm
Pada reaksi endoterm terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem
atau pada reaksi tersebut dibutuhkan panas.
Pada reaksi endoterm harga H = ( + )
Contoh : CaCO3(s) ® CaO(s) + CO2(g) - 178.5 kJ ; H = +178.5
Latihan Soal
1. Jelaskan pengertian energi bersifat kekal
2. CuO(s) + CO2(g)  CuCO3(s) H > 0
Reaksi ini dilakukan dalam tabung reaksi. Berdasarkan reaksi diatas
sebutkan :
a. Sistemnya
b. Lingkungannya
c. Bagaimana transfer energinya
3. Reaksi fotosintesis hanya dapat berlangsung jika ada cahaya, misalnya
sinar matahari sebagai sumber energi. Persamaan reaksi tersebut adalah :
6CO2(g) + 6H2O(l)  C6H12O6(s) + 6O2(g)
Termasuk jenis reaksi apakah fotosintesis tersebut ? Jelaskan beserta
alasannya.
4. Hitunglah panas yang dilepaskan ketika 266 gr fosfor putih (P4) dibakar di
udara sesuai persamaan berikut ini.
P4(s) + 5O2(g)  P4O10(s) H = -3.013 kJ
2
Jenis Perubahan Entalpi
Entalpi atau H = Kalor reaksi pada tekanan tetap = Qp
Perubahan entalpi adalah perubahan energi yang menyertai peristiwa perubahan
kimia pada tekanan tetap.
a. Pemutusan ikatan membutuhkan energi (= endoterm)
Contoh: H2  2H - a kJ
; H= +a kJ
b. Pembentukan ikatan memberikan energi (= eksoterm)
Contoh: 2H  H2 + a kJ
; H = -a kJ
Berdasarkan jenis reaksinya, maka perubahan entalpi dapat dibedakan sebagai
berikut :
1. Entalpi Pembentukan Standar ( Hof) atau Standar Entalphy of Formation
H untuk membentuk 1 mol persenyawaan langsung dari unsur-unsurnya
yang diukur pada 298 K dan tekanan 1 atm.
Contoh: H2(g) + 1/2 O2(g)  H20(l) ;
Hf = -285.85 kJ
2. Entalpi Penguraian ( Hod ) atau Standar Entalphy of Dissociation
H dari penguraian 1 mol persenyawaan langsung menjadi unsur-unsurnya
(= Kebalikan dari H pembentukan).
Contoh: H2O(l)  H2(g) + 1/2 O2(g) ; H = +285.85 kJ
3. Entalpi Pembakaran Standar ( Hoc) atau Standar Entalphy of Combustion
H untuk membakar 1 mol persenyawaan dengan O2 dari udara yang diukur
pada 298 K dan tekanan 1 atm.
Contoh: CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(l)
; Hc = -802 kJ
4. Entalpi Netralisasi Standar ( Hon ) atau Standar Entalphy of Nuetralization
H yang dihasilkan (selalu eksoterm) pada reaksi penetralan asam atau
basa.
Contoh: NaOH(aq) + HCl(aq)  NaCl(aq) + H2O(l) ; H = -890.4 kJ/mol
5. Entalpi Penguapan Standar ( Hovap ) atau Standar Entalphy of Vaporization
H pada penguapan 1 mol zat dalam fasa cair menjadi fasa gas yang diukur
pada keadaan standar
Contoh : H2O(l)  H2O(g) ; Hovap = +44kJ
6.
Entalpi Peleburan Standar ( Hofus ) atau Standar Entalphy of Fusion
H pada pencairan 1 mol zat dalam fasa padat menjadi zat dalam fasa cair
yang diukur pada keadaan standar
Contoh : H2O(s)  H2O(l) ; Hofus = +6,01 kJ
7.
Entalpi Sublimasi Standar ( Hosub ) atau Standar Entalphy of Sublimation
H pada sublimasi 1 mol zat dalam fasa padat menjadi zat dalm fasa gas
yang diukur pada keadaan standar
Contoh : H2O(s)  H2O(g) ; Hosub = +50,01 kJ
8.
Entalpi Pelarutan Standar ( Hosol ) atau Standar Entalphy of Solvation
H pada pelarutan 1 mol zat dalam suatu pelarut (umumnya air ) yang diukur
pada keadaan standar
Contoh : HCl(g)  HCl(aq) ; Hosol = -75,14 kJ
Latihan Soal
1. Pada pembakaran gas hidrogen terbentuk 12 gr air dan dibebaskan panas
sebanyak 190,54 kJ. Tentukan Hc H2 dan Hf H2O
2. Pembentukan gas asetilen C2H2(g) membutuhkan kalor sebanyak 226,7
kJ/mol. Tentukan perubahan entalpi pada penguraian 8 gr gas asetilen serta
tuliskan persamaan termokimianya
3. Diketahui persamaan termokimia
2C2H2 + 5O2  4CO2 + 2H2O
; H = -2.512 kJ
Berapakah perubahan entalpi pada pembakaran sempurna 2,8 liter C2H2
pada keadaan STP.
3
Penentuan Perubahan Entalpi
A. Kalorimeter
B. Hukum Hess
C. Energi Ikatan
D. Kalor Pembakaran Bahan Bakar
A. Kalorimeter
Untuk menentukan perubahan entalpi (H) suatu reaksi dapat dilakukan
dengan suatu percobaan menggunakan kalorimeter, baik kalorimeter
sederhana maupun kalorimeter bomb.
Dalam menentukan H menggunakan kalorimeter, kita akan selalu
berhubungan dengan kalor atau panas. Jumlah kalor yang diperlukan untuk
menaikkan 1 gr zat sebesar 1oC atau 1oK disebut panas jenis (c), dinyatakan
dengan satuan Joule g-1oC-1. Untuk menentukan jumlah kalor suatu zat secara
umum berlaku rumus :
Q = m . c . t
dimana : q = jumlah kalor ( joule )
m = massa zat ( gram )
c = kalor jenis ( Jg-1oC-1 )
t = perubahan suhu ( takhir – tawal )
Latihan Soal
1. Ke dalam kalorimeter yang kapasitas panasnya 100 J/oC dimasukkan 150 mL
KOH 0,2 M yang suhunya 25oC. Kemudian ke dalamnya ditambahkan 100
mL HCl 0,2 M yang suhunya sama. Setelah terjadi reaksi, ternyata suhu
campuran menjadi 29oC. Bila kalor jenis larutan = 4,2 Jg-1oC-1 dan massa
jenis larutan 1g/mL. Berapakah H reaksinya ? ( dalam satuan kJ/mol )
2. Pembakaran 2,051 gr glukosa ( C6H12O6 )dalam kalorimeter bomb yang
berisi 980 gr air menyebabkan suhu air meningkat dari 24,92oC menjadi
31,41oC. Bila kapasitas jenis air = 4,2 Jg-1oC-1 dan kapasitas panas
kalorimeter = 8,2 J/oC. Berapakah kalor pembakaran glukosa dalam kJ/mol ?
B. Hukum Hess
Hukum Hess “Perubahan entalpi yang dilepas atau diserap tidak tergantung
pada jalannya reaksi, melainkan tergantung pada kondisi zat – zat yang bereaksi
( reaktan ) dan zat – zat hasil reaksi ( produk )”
Berdasarkan hukum Hess, penentuan H dapat dilakukan melalui 2 cara, yaitu :
a. Perubahan entalpi ( H ) dihitung melalui penjumlahan dari perubahan entalpi
beberapa reaksi yang berhubungan
H = H1 + H2 + H3
b. Perubahan entalpi ( H ) suatu reaksi dihitung berdasarkan selisih entalpi
pembentukan ( Hof ) antara produk dan reaktan
Secara umum rumus untuk persamaan reaksinya adalah :
a AB + b CD  c AD + d BC
Ho = ( c . Hof AD + d . Hof BC ) – ( a Hof AB + b HofCD )
atau
Hreaksi = nHof produk - nHof reaktan
Contoh :
Diketahui :
energi ikatan
C - H = 414,5 kJ/Mol
C = C = 612,4 kJ/mol
C - C = 346,9 kJ/mol
H - H = 436,8 kJ/mol
Ditanya:
H reaksi = C2H4(g) + H2(g)  C2H6(g)
H
= Jumlah energi pemutusan ikatan - Jumlah energi pembentukan ikatan
= (4(C-H) + (C=C) + (H-H)) - (6(C-H) + (C-C))
= ((C=C) + (H-H)) - (2(C-H) + (C-C))
= (612.4 + 436.8) - (2 x 414.5 + 346.9)
= - 126,7 kJ
Latihan Soal
1. Siklopropana merupakan suatu anestesi ( obat bius ), pembakaran
sempurna 21 gr siklopropana (CH2)3 melepaskan kalor sebesar 1045,7 kJ.
Berapakah Hof (CH2)3 jika diketahui Hof CO2 = -293,5 kJ/mol dan Hof H2O
= -285,8 kJ/mol
2. Diperkirakan pada lapisan stratosfer
HO(g) + Cl2(g)  HOCl(g) + Cl(g)
Tentukan H reaksi diatas jika diketahui :
Cl2(g)  2Cl(g)
H = 242 kJ
H2O2(g)  2HO
H = 134 kJ
H2O2(g) + 2Cl(g)  2HOCl(g)
H = -209 kJ
3. Diketahui :
(i) C6H12O6+ 6O2  6CO2 + H2O
H = -2.820 kJ
(ii) C2H5OH + 3O2  2CO2 + 3H2O
H = -1.380 kJ
Hitunglah perubahan entalpi bagi reaksi fermentasi glukosa berikut
(iii) C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2
C. Energi Ikatan
Energi Ikatan “Energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan kimia dalam 1
mol suatu senyawa berwujud gas pada keadaan standar menjadi atom atomnya”
Berdasarkan jenis dan letak atom terhadap atom – atom lain dalam molekulnya
dikenal 3 jenis energi ikatan, yaitu :
a. Energi Atomisasi
adalah energi yg dibutuhkan untuk memutuskan semua ikatan 1 mol molekul
menjadi atom – atom bebas dalam keadaan gas.
Contoh :
NH3(g)  N(g) + 3H(g)
H = 297 kkal/mol
Karena pada molekul NH3 terdapat 3 ikatan N – H sebesar 93 kkal/mol maka
energi atomisasi NH3 sebesar 3 X 93 kkal/mol = 297 kkal/mol
b. Energi Disosiasi Ikatan
adalah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan salah satu ikatan yang
terdapat pada suatu molekul atau senyawa dalam keadaan gas
Contoh : CH4(g)  CH3(g) + H(g)
H = +431 kJ
Energi disosiasi untuk melepas 1 atom H dari molekul CH4 sebesar 431 kJ
C. Energi Ikatan
c. Energi Ikatan Rata – rata
adalah energi rata – rata yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan atom –
atom pada suatu senyawa.
Energi ikatan suatu molekul berwujud gas dapat ditentukan dari data entalpi
pembentukan standar (Hof ) dan energi ikat unsur – unsurnya.
Prosesnya dianggap melalui 2 tahap, yaitu :
1) Menguraikan senyawa menjadi unsurnya
2) Mengubah unsur menjadi atom gas
Tabel : Energi Berbagai Ikatan
Ikatan
Energi(kJ/mol Ikatan
Energi(kJ/mol
Ikatan
Energi(kJ/mol
H–H
437,64
C–N
298
C–O
357
Cl – Cl
242,76
C – Cl
328
C=C
609
Br – Br
224,28
C – Br
276
CC
835,8
C–H
413
O=O
500,64
C–C
348
C=O
726,6
C. Energi Ikatan
Contoh Soal :
1. Apabila energi ikatan C – H, C = C, Cl – Cl, C – C dan C – Cl masing –
masing adalah 99 kkal, 146 kkal, 58 kkal, 83 kkal dan 79 kkal. Tentukan
besarnya H dari reaksi berikut :
H
H
Cl Cl
C = C + Cl – Cl  H – C – C – H
H
H
H
H
Jawab :
H = ( jumlah energi ikatan pereaksi ) – ( jumlah energi ikatan hasil reaksi )
H = ( 4 EC-H + 1 EC=C + 1 ECl-Cl ) – ( 4 EC-H + 1 EC-C + 2 EC-Cl )
H = ((4 x 99) + (1 x 146) + (1 x 58)) – ((4 x 99) + (1 x 83) + (2 x 79))
H = ( 396 + 146 + 58 ) – ( 396 + 83 + 158 )
H = ( 600 – 637 )
H = -37 kkal
Latihan Soal
1. Diketahui energi ikatan rata – rata O = O, C – H, C – O, C = O dan H – O
masing – masing 500,64 kJ, 417 kJ, 357 kJ, 726,6 kJ dan 465 kJ. Tentukan
Hreaksi pada oksidasi 22 gr asetaldehid menjadi asam asetat menurut reaksi
H
O
H
O
H–C–C+½O=O  H–C–C
H
H
H
OH
2. Tentukan energi yang dibebaskan atau diperlukan (kJ) untuk mengubah 18,4
gr etanol menjadi asam asetat, jika diketahui energi ikatan rata – rata
sebagai berikut :
C = O : 726 kJ
O – H : 465 kJ
C – O : 357 kJ
O = O : 500,6 kJ
C – H : 417 kJ
D. Kalor Pembakaran Bahan Bakar
Pembakaran merupakan proses reaksi antara bahan bakar dengan oksigen
yang disertai nyala api. Pembakaran merupakan reaksi eksoterm.
Ada beberapa bahan bakar yang digunakan dalam rumah tangga, yaitu :
1. Arang Kayu
2. Gas LPG
Pembakaran tidak sempurna adalah merupakan proses pembakaran yang
menghasilkan gas CO. Gas CO ini sangat berbahaya karena gas CO lebih
mudah diikat oleh hemaglobin dari pada oksigen, apabila kita menghirup udara
yg mengandung CO dengan kadar 100 ppm selama 5 menit akan menimbulkan
gejala keracunan CO dengan ditandai kepala terasa pusing, tubuh gemetar dan
diikuti dengan hilangnya kesadaran.
Permasalahan lain dalam penggunaan bahan bakar fosil adalah hujan asam yg
disebabkan adanya reaksi antara N2 dan O2 dari udara membentuk oksida
nitrogen. Disamping itu juga akan terjadi “Efek rumah kaca” yg akan
mengakibatkan “global warming”.
Latihan Soal
1. Bensin merupakan bahan bakar yang terdiri dari 80% isooktana (C8H18) dan
20% n-heptana (C7H16). Jika diketahui Hc C8H18 = -5.460 kJ/mol, Hc C7H16
= -4.853 kJ/mol dan Hc CO = -283 kJ/mol. Tentukan H pada pembakaran
tidak sempurna 1 liter bensin ( massa jenis bensin = 0,7 kg/L )
2. Diketahui Hc C2H5OH (etanol) = -1.372,3 kJ dan Hc CO = -283 kJ/mol.
Dari data tersebut buktikan bahwa dari pembakaran sempurna etanol
dihasilkan kalor yang lebih tinggi dibandingkan kalor yang dihasilkan dari
pembakaran tidak sempurna
Web Kimia
= http://teacher/swd
Web Kelas XII IPA1 = http://teacher/cl@sic
E-mail : [email protected]
LOGO