Post on 23-Dec-2015
description
Thermokimia dan Thermodinamika Kimia
Mengapa perubahan Terjadi ?
Proses spontan
Berlangsung dengan sendirinya “secara alami” tanpa memerlukan pemicu
Proses tidak spontan
Diperlukan sesuatu untuk bisa berlangsung
Energi
Energi – kemampuan untuk melakukan kerja
Kerja – usaha yang diberikan pada suatu objek
Beberapa bentuk energi:
•Termal-panas
•Listrik
•Radiasi- termasuk sinar
•Kimia
•Mekanik- suara
•nuklir
Energi
KLASIFIKASI ENERGI
Energi Potensial
Energi yang tersimpan- Kemampuan untuk melakukan kerja
Energi kinetik
Energi dari yang bergerak - keadaan sedang melakukan kerja
Energi dapat dipindahkan dari satu objek ke yang lainnya. Energi juga dapat berubah bentuk
Energi Potensial VS energi Kinetik
Perubahan dari energi potensial menjadi energi kinetik
Energi dan Ikatan kimia
Dalam Reaksi Kimia
•Ikatan yang lama putus
•Ikatan baru terbentuk
•Energi bisa diserap atau dilepaskan:
Eksoterm : berupa energi yang dilepaskan
Ikatan baru lebih stabil
Endotermik : berupa energi yang diserap
Ikatan baru kurang stabil
Eksoterm
karena energi dilepaskan, maka
Hasil lebih stabil
Diperlukan tambahan energi karena produk reaksi kurang stabil
Endoterm
Entropi
Entropi – Suatu ukuran “ ketidak teraturan” atau tingkat kebebasan sistem
Keadaan tidak teratur lebih disukai dari pada keadaan teratur, dan dapat menjadikan suatu reaksi dapat berlangsung spontan walaupun endoterm
Temperatur, kalor dan panas
Temperatur. Suatu sifat intensif dari material
kalor – gerakan dari molekul, atom atau ion. Semua materi mempunyai energi ini jika berada pada temperatur diatas 0 K
Panas. kalor yang dipertukarkan melalui perbedaan temperatur. Energi termal mengalir dari benda yang lebih panas ke yang lebih dingin
Hukum Kekekalan energi“Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan” - dalam suatu reaksi kimia.
Selama reaksi, energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya
Contoh - Pembakaran gas alam.
Ikatan kimia yang ada sebagai energi potensial, maka pada saat reaksi :
Sejumlah energi potensial dirubah menjadi energi panas dan cahaya
Satuan Energi
Seperti sudah diketahui, energi kinetik didefinisikan sebagai :
energi kinetik = ½ mv2
m= massa zat V = kecepatan
Joule (J) – energi yang diperlukan untuk menggerakan 2 kg massa pada kecepatan 1 m/s. Turunan satuan SI
J = energi kinetik = ½ (2kg)(1m/s)2
= 1 kg m2s-2
Satuan Energi
Kalori (kal)
Awalnya didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan satu gram air dari 15 ke 16oC
Kini didefinisikan: 1 kal = 4,184 J
Nilai kalori
Ini sering anda lihat pada label produk makanan
Biasanya dinyatakan dalam kilokalori (kkal)
Kapasitas Panas
Setiap zat memiliki kalor
Identik dengan massa, suatu bahan dapat mengandung perbedaan jumlah kalor walapun teperaturnya sama.
Kapasitas panas . Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan temperatur bahan sebesar 1 derajat
Kapasitas panas spesifik. Jumlah kalor yang diperlukan untuk meningkatkan temperatur 1 gram bahan sebesar 1 derajat.
Kapasitas Panas Spesifik (Cv) pada 25oC, 1 atm
Bahan Cv Bahan Cv
Cv = kapasitas panas , J g-1 oC-1
Kapasitas Panas
Contoh
Berapa joule harus diberikan untuk memanaskanya pada 50 g lempeng alumunium dari 22oC menjadi 85 oC
Panas yang diperlukan = Massa x Cv x T
Ini adalah proses perubahan endoterm tandanya +
Mengukur perubahan kalor
Nilai Kalor suatu zat tidak bisa secara langsung diukur
Kita hanya bisa mengukur perubahannya saja
Untuk dapat mengamati perubahan energi, kita harus dapat mengisolasi sistem kita sebagai bagian alam semesta
Kalorimeter – alat yang dapat digunakan untuk mengukur perubahan kalor.
Contoh Kalorimetri
Anda diberi dua macam larutan seperti tertulis dibawah ini :
Keduanya memiliki terperatur awal 20,0oC
Kedua larutan segera masukan kedalam kalorimeter “Coffee Cup” dan aduk. Reaksi akan terjadi dengan cepat. Temperatur tertinggi adalah 23,3 oC. Berat jenis larutan 1,0 g/ml
Hitung panas reaksi jika Cv larutan =4,18 J g1 oC-1
Contoh Kalorimetri
Pertama, tentukan jumlah energi yang diberikan
= -1,4 kJ/0.025 mol
Kemudian, tentukan jumlah mol HCl dan NaOH yang bereaksi - keduanya sama
Contoh Kalorimetri
Kalor reaksi penetralan :
Entalpi
Energi yang diserap atau dilepaskan ketika perubahan berlangsung dalam tekanan tetap
H = Hakhir - Hawal
Subskrips digunakan untuk menunjukkan jenis perubahan
Hvap = panas penguapan
Hnet = Panas netralisasi
Hfusion =panas fusi
Hsol = Panas pelarutan
Hrxk = panas reaksi
StoikhiometriBeberapa reaksi secara sederhana dikaitkan dengan kalor yang dilepaskan.
Pembakaran gasolin, batubara, gas alam.
Kalor yang dilepaskan dapat ditunjukkan sebagai produk reaksi
Untuk reaksi yang diberikan, H diintepretasikan untuk setiap mol.
Stoikhiometri
Tentukan kalor yang dilepaskan jika 50,0 g methana dibakar dengan oksigen berlebih, jika diketahui kalor reaksi pembakaran metana adalah -890,32 kJ.
Pertama, tentukan jumlah mol methana (BM= 16,043 g/mol)
Stoikhiometri
Sekarang lihat reaksi setara thermokimianya
Kalor yang dilepaskan
Hukum Hess
Menghitung enthalphi
Persamaan termokimia dapat digabungkan untuk menghitung Hrxn
Contoh
Ini tidak dapat secara langsung ditentukan sebab CO2
terus terbentuk
Akan tetapi kita dapat mengukurnya sebagai berikut:
Menghitung Enthalfi
Dengan menggabungkan dua pesamaan, kita dapat menentukan Hrxn yang kita kehendaki
Catatan : karena kita memerlukan 2 mol CO2 yang dihasilkan dalam reaksi di atas, persamaan reaksiHrxn harus digandakan
Menghitung enthalfi
Sekarang kita dapat melakukan penjumlahan kedua persamaan reaksi tersebut bersama-sama
Catatan 2 CO2 dapat saling menghilangkan, begitu juga satu O2 disebelah kanan dapat dihilangkan.
Menghitung Enthalfi
Permasalahan nyata dengan menggunakan Hukum Hess adalah bagai mana cara menggabungan persamaan-persamaan tersebut
Yang paling sering digunakan adalah persamaan reaksi dalam bentuk reaksi pembentukan
Reaksi pembentukan
Reaksi dimana senyawa dibentuk dari unsur-unsurnya
Enthalfi pembentukan Standar
Hfo
Perubahan enthalfi yang dihasilkan dari 1mol zat yang terbentuk dari unsur-unsurnya
Semua unsur berada dalam keadaan standar
Hfo
dari unsur pada keadaan standar nilainya dinyatakan = 0
Enthalfi Pembentukan standar
Nilai-nilai Enthalfi pembentukan standar digunakan secara luas untuk zat-zat.
Perubahan Fasa
Kita dapat menggunakan nilai-nilai Hfo untuk
menentukan energi yang diperlukan untuk merubah dari satu fasa ke fasa lainnya
Contoh : konversi metanol dari fasa cair ke gas. Tentukan energi yg diperlukan utk mengkonversi metanol dari fasa cair ke fasa gas!, jika diketahui:
Kimia thermodinamika
Hukum thermodinamika
Entropi
Energi bebas
Perhitungan Energi bebas
Energi Bebas dan Tetapan Kesetimbangan
Hukum Hukum Thermodinamika
Pertama
Energi tidak diciptakan atau dimusnahkan
Kedua
Setiap perubahan spontan akan disertai dengan peningkatan entropi alam semesta
Ketiga
Entropi dari kristal sempurna suatu zat adalah nol pada 0 K
Entropi
Gambaran molekul kinetik
Untuk suatu gas ideal pada satu atmosfer, jika temperatur diturunkan volumenya akan mengecil
Pada 0 K, molekul-molekul tidak mempunyai energi gerak
Dalam kondisi ini hanya memungkinkan satu penyusunan ulang untuk molekul-molekul
Entropi
Pada temperatur yang meningkat, molekul-molekul akan mulai bergerak dan memerlukan Volume yang lebih besar
Entropi dan Temperatur
Entropi dari gas ideal pada tekanan tetap meningkat dengan meningkatnya temperatur
Hal ini karena volumenya bertambah
Entropi dan Temperatur
Ada beberapa alasan untuk entropi yang meningkat dengan kenaikan temperatur
Meningkatnya temperatur akan menghasilkan suatu kecepatan distribusi molekul yang lebih besar.
Entropi dan Temperatur
Peningkatan temperatur juga menghasilkan tingkat energi atom-atom dalam molekul menjadi bertambah
Untuk molekul-molekul, ini berarti akan dapat berotasi dan vibrasi ikatan-katanya
Yang selanjutnya meningkatkan entropi
Entropi dari suatu sistem
Hukum kedua menyatakan bahwa entropi alam semesta akan meningkat untuk semua perubahan yang spontan
• ketika melihat pada sistem, entropi dapat juga bertambah atau berkurang untuk suatu perubahan yang spontan
•Ingat, suatu sitem hanya sebagian dari alam semesta, dan pertukaran energi dapat berlangsung.
Entropi suatu Sistem
Contoh
Suatu peningkatan entropi dihasilkan karena ada penambahan jumlah mol gas
Reaksi ini juga menghasilkan peningkatan entropi walaupun lebih kecil
Entropi Standar
So Entropi dari suatu zat pada keadaan standar
Yakni:
Perbedaan antara nilai entropi kristal sempurna zat pada 0 K dan keadaan standarnya pada temperatur yang lebih tinggi
-Tekanan 1 atmosfer
- teperatur yang diketahui pada 25oC
-Satuan : J/K mol
Entropi standar untuk semua zat bernilai positif
Entropi stndar pada 25oC
Perhitungan perubahan
Entropi standar
Sebagai mana entalfi, entropi juga merupakan fungsi keadaan
• Hal ini tidak bergantung pada bagai mana suatu zat sampai pada suatu keadaan
jumlah dari zat
np mol setiap produk
nr mol setiap pereaksi
Perhitungan perubahan Entropi Standar
Contoh : Hitung Sorxn pada 25oC untuk reaksi
berikut ini
Perhitungan perubahan Entropi Standar
Perhitungan Perubahan Entropi Standar
Reaksi yang menghasilkan penurunan entropi walaupun berlangsung spontan
Hal ini menunjukkan bahwa entropi belum memberikan gambaran umum
Energi Bebas
Energi Bebas Gibbs (G) dapat digunakan untuk menggambarkan perubahan energi sistem
Hal menujukkan , bahwa perubahan energi bebas adalah penting, G
Pada temperatur dan tekanan konstan, G adalah sama dengan
T adalah temperatur dalam Kelvin
Energi Bebas
Tanda DG menunjukkan dimana suatu reaksi akan berlangsung spontan
+ Tidak spontan
0 Pada kesetimbangan
- Spontan
Pada kenyataanya bahwa efek S akan bervariasi sebagai fungsi temperatur adalah penting. Ini dapat menyebabkan perbahan tanda dari G
Temperatur dan pengaruhnya terhadap G
Tanda
H S G Pengaruh temperatur
- + - spontan pada semua temperatur
+ - + tidak spontan pada semua temperatur
- - - spontan pada temp. rendah, tetapi
+ Tidak spontan pada temp. tinggi
+ + + tidak spontan pada temp. rendah tetapi
- akan spontan pada temp. tinggi
Perhitungan Go
Kita dapat menghitung nilai Go dari nilai-nilai Ho dan So pada temperatur dan tekanan konstan
Contoh.
Tentukan Go untuk reaksi berikut ini pada 25oC
Perhitungan Go
Menghitung Go
Reaksi ini akan berlangsung spontan dibawah kondisi standar pada 25oC
Catatan : biasanya disertai perubahan dari J/K menjadi kJ/K
Energi Bebas Pembentukan Standar
Gfo
Perubahan energi bebas yang dihasilkan jika satu mol zat jika dibentuk dari unsur-unsurnya , dengan semua zat dalam keadaan standar
Nilai G dapat dihitung dari
Energi Bebas Pembentukan Standar
Efek temperatur terhadap G
Di awal, telah ditunjukkan bahwa jika H dan S mempunyai sifat yang sama, temperatur menentukan arah kesepontatan reaksi
Jika ini terjadi, kita dapat tentukan temperatur jika perubahan dalam arah tertentu terjadi
Efek temperatur terhadap G
Dari contoh terdahulu kita temukan bahwa untuk reaksi
Karena baik H dan S mempunyai nilai - , bahwa arah kesepontanan reaksi dipengaruhi temperatur.
Efek temperatur terhadap G
Temperatur mampu menjalankan atau membalikkan kesepontanan reaksi menjadi :