8 Keadaan standard Kimia itu Mudah: SMK Analis Kimia

157 8. 9 Kapasitas panas dan panas spesifik Sif at -sif at air yang memberikan def inisi asal dari kalori adalah banyaknya perubahan t emperat ur yang dialami air wakt u mengambil at au melepaskan sej umlah panas. Ist ilah umum unt uk sif at ini disebut kapasit as panas yang didef inisikan sebagai ” j umlah panas yang diperlukan unt uk mengubah t emperat ur suat u benda sebesar 1 C. Kapasit as panas bersif at ekst ensif yang berart i bahwa j umlahnya t ergant ung dari besar sampel. Misalnya unt uk menaikkan suhu 1 g air sebesar 1 C diperlukan 4, 18 J 1 kal, t api unt uk menaikkan suhu 100 g air sebesar 1 C diperlukan energi 100 kali lebih banyak yait u 418 J. Sehingga 1 g sampel mempunyai kapasit as panas sebesar 4, 18 J C sedangkan 100 g sampel 418J C. Sif at int ensif berhubungan dengan kapasit as panas adalah kalor j enis panas spesif ik yang didef inisikan sebagai j umlah panas yang diperlukan unt uk menaikkan suhu 1 g zat sebesar 1 C. Unt uk air, panas spesif iknya adalah 4, 18 Jg-1C-1. Kebanyakan zat mempunyai panas spesif ik yang lebih kecil dari air. Misalnya besi, panas spesif iknya hanya 0, 452 J g -1 0 C -1 . Berart i lebih sedikit panas diperlukan unt uk memanaskan besi 1 g sebesar 1 C daripada air at au j uga dapat diart ikan bahwa j umlah panas yang akan menaikkan suhu 1 g besi lebih besar dari pada menaikkan suhu 1 g air. Besarnya panas spesif ik unt uk air disebabkan karena adanya sedikit pengaruh dari laut t erhadap cuaca. Pada musim dingin air laut lebih lambat menj adi dingin dari darat an sehingga udara yang bergerak dari laut ke darat lebih panas daripada udara dari darat ke laut . Demikian j uga dalam musim panas, air laut lebih lambat menj adi panas daripada darat an. Rumus : t m.c. = q Ket erangan : q = j umlah kalor Joule m = massa zat gram ∆ t = perubahan suhu t akhir - t awal c = kalor j enis 8. 10 Kalorimetri Gambar 8. 15 Kalorimet ri 158 a. Pengukuran perubahan energi dalam reaksi kimia Perubahan energi dalam reaksi kimia selalu dapat dibuat sebagai panas, sebab it u lebih t epat bila ist ilahnya disebut panas reaksi. Alat yang dipakai unt uk mengukur panas reaksi disebut kalorimet er sebet ulnya kalori met er, walaupun diket ahui sekarang panas lebih sering dinyat akan dalam j oule daripada kalori. Ada beberapa macam bent uk dari alat ini, salah sat u dinamakan Kalorimet er Bomb yang diperlihat kan pada gambar diat as. Kalorimet er semacam ini biasanya dipakai unt uk mempelaj ari reaksi eksot ermik, yang t ak akan berj alan bila t idak dipanaskan, misalnya reaksi pembakaran dari CH 4 dengan O 2 at au reaksi ant ara H 2 dan O 2 . Alat nya t erdiri dari wadah yang t erbuat dari baj a yang kuat bombnya dimana pereaksi dit empat kan. Bomb t ersebut dimasukkan pada bak yang berisolasi dan diberi pengaduk sert a t ermomet er. Suhu mula-mula dari bak diukur kemudian reaksi dij alankan dengan cara menyalakan pemanas kawat kecil yang berada di dalam bomb. Panas yang dikeluarkan oleh reaksi diabsorpsi oleh bomb dan bak menyebabkan t emperat ur alat naik. Dari perubahan suhu dan kapasit as panas alat yang t elah diukur maka j umlah panas yang diberikan oleh reaksi dapat dihit ung. 8. 11 Energi Ikatan Dan Entalphi Reaksi Gambar 8. 16 Ikat an persahabat an Gambar 8. 17 Ikat an at om 159 Reaksi kimia ant ara molekul-molekul memerlukan pemecahan ikat an yang ada dan pembent ukan ikat an baru dengan at om-at om yang t ersusun secara berbeda. Para kimiawan t elah mengembangkan met ode unt uk mempelaj ari spesies ant ara yang sangat reakt if , yait u yait u spesies yang ikat annya t elah pecah dan belum t ersusun kembali. Sebagai cont oh, at om hidrogen dapat diambil dari molekul met ana, 3 4 g H g CH g CH o Dengan meninggalkan dua f ragmen, yang keduanya t idak mempunyai st rukt ur elekt ron valensi yang st abil dalam gambaran elekt ron-t it ik Lewis. Keduanya akan t erus bereaksi secara t epat dengan molekul at au f ragmen lainnya, lalu mebent uk hasil reaksi yang st abil. Namun demikian, selama keberadaan singkat spesies reakt if t ersebut , banyak sif at nya dapat diukur. Suat u kuant it as pent ing yang diukur adalah perubahan ent alpi ket ika suat u ikat an pecah dalam f asa gas yang disebut ent alpi ikat an. Ent alpi ini selalu posit if sebab kalor harus diberikan ke dalam kumpulan moleku-molekul yang st abil unt uk memecahkan ikat annya. Sebagai cont oh, ent alpi ikat an unt uk C-H dalam met ana adalah 438 kJmol -1 , perubahan ent alpi st andar yang diukur unt uk reaksi : 3 4 g H g CH g CH o kJ H 438 Dimana sat u mol ikat an C-H dipecah, sat u unt uk set iap molekul met ana. Ent alpi ikat an agak berbeda sari sat u senyawa senyawa lainnya. Cont oh soal reaksi endot erm dan eksot erm: 2 1 2 2 2 g O H g O g H o kJ H 242 Persamaan di at as dapat diubah sebagai berikut : 2 1 2 2 2 g O H g O g H o kJ H 242 Jika ∆ H = - , reaksi yang t erj adi adalah reaksi ekrot erm melepas kalori Pada pembent ukan 1 mol H 2 Og, t erj adi pelepasan panas sebesar 242 kJ. kJ g O H g O g H 242 2 1 2 2 2 o Pada pembent ukan 2 mol H 2 O g, ∆ H = -484 kJ. 160 2 1 2 2 2 g O g H g O H o kJ H 242 Hukum Hess : 4 4 2 2 7 3 2 2 2 2 2 2 2 aq COOH H C g O g H s C l O H g O g H g CO g O s C o o o kJ H kJ H kJ H 125 136 94 Maka ∆ H reaksinya sebagai berikut 4 4 5 2 2 2 7 3 l O H g CO g O aq COOH H C o Tips : Posisi Unsur-unsur harus bersesuaian arah reaksi dibalik j ika t idak sesuai sehingga ∆ H berubah t anda Koef isien reaksi harus sebanding dengan besar ∆ H Hasil akhir harus sesuai dengan reaksi yang t erj adi Sehingga : Reaksi ke-1 dikalikan 4 4CO 2 g Reaksi ke-2 dikalikan 2 4H 2 Ol Arah reaksi ke-3 dibalik :

4 2

4 4 4 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2 7 3 l O H g O g H g CO g O s C g O g H s C aq COOH H C o o o kkal H kkal H kkal H 272 376 125 4 4 5 2 2 2 7 3 l O H g CO g O aq COOH H C o kkal H 523 Cont oh ent alpi pembent ukan : 1. 2 2 2 2 2 g O g H l O H o Maka ∆ H pembent ukan H 2 O = 2 572 = -286 kJ Lihat arah reaksi dan kosf isien reaksi dari H 2 O 2. ∆ H reaksi dari VO O V O V 4 3 5 2 3 2 o Jika diket ahui : ∆ H f V 2 O 3 = -290 kkal ∆ H f V 2 O 5 = -370 kkal ∆ H f VO = -100 kkal ∆ H reaksi = {-370 kkal + 4-100 kkal}-{3-290 kkal} = -770 kkal + 870 kkal = 100 kkal 161 Cont oh energi ikat an : Ent alpi pembent ukan NH 3 adalah -46 kJ. Jika energi ikat an H-H = 436 kJ, energi ikat an N-H = 390 kJ, berapakah energi ikat an ? N N { Penyelesaian : 3 2 2 2 3 2 1 NH H N o kJ H 46 3 2 2 2 3 NH H N o kJ H 92 3 2 2 3 NH H N N o { ∆ H reaksi ={energiIkat an { N N 3 energi ikat an H-H-{23 energi ikat an N-H}- 92 kJ = {energi ikat an N N { +3436-{23x390}- 92 kJ = {energi ikat an N N { +1308-{2340} Jadi energi ikat an N N { sebagai berikut = - 92 + 2340 – 1308 kJ = 940 kJ. Cont oh Ent alpi pembakaran : Ent alpi pembakaran C 2 H 2 adalah -1300 kJ dapat dit uliskan sebagai berikut : O H CO O H C 2 2 2 2 2 2 2 5 o kJ H 1300 Contoh Soal : mol kj H HF F H g g g 61 , 268 ; 2 1 2 1 . 1 1 2 2 o mol kj H CF F C g g s 9 , 679 ; 2 2 4 2 o mol kj H H C H C g g s 3 , 52 ; 2 2 3 4 2 2 o Tent ukan ∆ H reaksi ∆ H 4 4 2 4 2

4 2

6 g g g g HF CF F H C o Buat lah diagram siklus dan diagram t ingkat energinya Jawab : Ada 4 t ahapan reaksi Keadaan awal : C 2 H 4g + 6 F 2g Keadaan akhir : 2CF 4g + 4 HF g Tahap reaksi 1, 2 dan 3 diat ur let aknya kiri kanan dan koef isiennya dicocokkan dikalikan dengan suat u bilangan agar j ika dij umlahkan hasilnya menj adi t ahap reaksi 4. ∆ H 4 = 2H 1 + 2 ∆ H 2 - ∆ H 3 162 = {2-268, 61 + 2-679, 9 – 52, 3} kj mol = -1949, 32 kj mol Tahap-t ahap reaksi : 1. H 2g + F 2g o 2HF g ; ∆ H 1 x 2 2. C s + 2F 2g o CF 4g ; ∆ H 2 x 2 3. C 2 H 4g + 2C s o 2H 2g ; ∆ H 3 x -1 4. C 2 H 4g + 2C s o 2CF 4g + 4HF g ; ∆ H 4 Gambar 8. 18 Diagram siklus Gambar 8. 19 Diagram t ingkat energi 2. Diket ahui : Zn s + S g o ZnS s ; ∆ H 1 = -48 kkal Ent alpi pembent ukan ∆ H 3 ZnSO 4s = -238 kkal Tent ukan ∆ H 2 ZnS s + O 2g o ZnSO 4s dalam kkal 163 Zns + Sg o ZnSs ; ∆ H 1 = -48 kkal ZnSs + O 2g o ZnSO 4 ; ∆ H 2 = ? kkal Zns + Sg + 2O2g o ZnSO 4 ; ∆ H 3 = -238 kkal ∆ H 3 = ∆ H 1 + ∆ H 2 ∆ H 2 = ∆ H 3 - ∆ H 1 = -238--48 = -190 kkal 3. Diket ahui t ahap reaksi berikut : 2NO 2 + H 2 o N 2 O 3 + H 2 O ; ∆ H 1 = 20 kkal N 2 O 5 + 3H 2 o 2NO + 3H 2 O ; ∆ H 2 = 60 kkal N 2 O 3 + H 2 o 2NO + H 2 O ; ∆ H 3 = 10 kkal Tent ukan ∆ H 4 N 2 O 5 + H 2 o 2NO 2 + H 2 O Buat lah diagram siklus dan diagram t ingkat energinya KESIMPULAN Panas spesif ik dan kapasit as panas. dua sif at t ermal pada semua zat adalah Panas spesif ik dan kapasit as panas. kapasit as panas sepert i massa, yait u f ungsi dari ukuran sampel. kapasit as panas adalah j umlah Joule yang dibut uhkan unt uk merubah suhu dari sampel yang masuk oleh 1 deraj at celcius. panas spesif ik adalah kapasit as panas per gram. 164 Termokimia. panas rekasi, q, dapat dihit ung dari perubahan suhu ket ika diket ahui j umlah reakt an menuj u reaksi pada sist em yang diket ahui sebagai kapasit as panas. Latihan Soal : 1. Diket ahui reaksi-reaksi : 1 2 2 ; H H MgCl HCl Mg o 2 2 ; 2 1 H MgO O Mg o 3 2 2 2 ; 2 2 H O H MgCl HCl OH Mg o Maka ∆ H 4 reaksi : 2 2 2 2 2 1 2 O H OH Mg O H MgO o adalah. . . a. ∆ H 3 + ∆ H 1 + ∆ H 2 b. ∆ H 3 - ∆ H 1 + ∆ H 2 c. ∆ H 1 - ∆ H 3 - ∆ H 2 d. ∆ H 3 + ∆ H 1 + ∆ H 2 e. ∆ H 3 + ∆ H 1 + ∆ H 2 2. Diket ahui reaksi-reaksi : kj H CO SiO SiO CO g g s g 90 , 520 ; 2 2 o kj H CO O N SiO N Si CO g g s s g 05 , 461 ; 8 2 3 8 2 2 4 3 2 o Maka ∆ H unt uk reaksi : 2 4 3 2 5 2 3 5 g g g s g CO O N SiO N Si CO o adalah. . . a. 58, 95 kj b. 981, 95 kj c. 1101, 65 kj d. 1904, 05 kj e. 2023, 75kj 3. Perubahan ent alpi yang diukur pada pembakaran ket on, kj H O H CO O CO CH g g g g 1 , 981 ; 2 2 1 2 2 2 2 o Perubahan ent alpi pada pembakaran met ana, kj H O H CO O CH g g g g 3 , 802 ; 2 2 2 2 2 2 4 o Perubahan ent alpi unt uk reaksi : 3 2 2 2 4 ; 3 2 2 H O H CO CH O CH g g g g o adalah. a. -623, 5 kj b. -178, 8 kj c. -2585, 7 kj d. -1783, 4 kj e. +178, 8 kj 4. Perubahan ent alpi pembakaran belerang monoklin menj adi SO 2g adalah -9, 376 kj g, dalam kondisi yang sama 165 pembakaran belerang berbent uk rombik menj adi SO 2g adalah -9, 293 kj g. Maka ∆ H g unt uk perubahan S monoklin o S rombik adalah. . . a. -0, 083 kj b. -0, 991 kj c. -1, 009 kj d. -18, 669 kj e. -87, 132 kj 5. Diket ahui : kj H O H O H l g g 8 , 285 ; 3 2 2 o kj H CO O C g g s 5 , 393 ; 2 2 o kj H HCl Cl H kj H O H C O H CO kj H HCl H C Cl H C g g g g g l g g g g 9 , 184 ; 2 8 , 1410 ; 3 2 2 3 , 71 ; 2 2 2 4 2 2 2 4 2 5 2 o o o Berdasarkan dat a ini, maka ent alpi pembent ukan kloroet ana, C 2 H 5 Clg dalam kj mol adalah . . . a. -112, 3 b. -164, 4 c. -252, 3 d. -566, 9 e. -2429, 2 6. Perhit ungan ∆ H berikut ini yang benar adalah . . . a. ∆ H 2 - ∆ H 1 = ∆ H 5 b. ∆ H 1 + ∆ H 2 = ∆ H 5 c. ∆ H 3 + ∆ H 4 = ∆ H 5 d. ∆ H 1 + ∆ H 4 = ∆ H 2 + ∆ H 3 e. ∆ H 1 + ∆ H 3 = ∆ H 2 + ∆ H 4 7. Dua unsur gas A dan B dapat bereaksi membent uk senyawa AB sebagai berikut : Z H AB B A Y H AB B A X H AB B A s g g l g g g g g o o o ; ; ; 166 Maka kalor penghabluran AB, adalah . . . a. Z b. X-Y-Z c. Z-X d. X-Z e. X+Y+Z 8. Jika gas A dan gas B dapat bersenyawa membent uk ABg, ABl, ABs dengan ∆ H bert urut adalah +X, +Y, +Z maka diagram siklus yang ∆ Hnya t idak t epat adalah . . . 167 9 Elektrokimia St andar Kompet ensi Kompet ensi Dasar Menj elaskan perbedaan reaksi oksidasi dan reduksi Menj elasakan cara penyet araan reaksi redoks Menent ukan pot ensial sel elekt rokimia Tuj uan pembelaj aran 1. Mempelaj ari dan memahami perist iwa reaksi reduksi dan oksidasi. 2. Mempelaj ari dan menghaf al harga bilangan oksidasi unsur-unsur kimia berdasarkan golongannya. 3. Mempelaj ari dan memahami langkah-langkah penyet araan reaksi redoks. 4. Mempelaj ari dan memahami penyet araan persamaan redoks. 5. Mempelaj ari dan memahami perbedaan oksidasi dan reduksi. 6. Mengamat i dan mempelaj ari reaksi-reaksi yang t erj adi pada sel elekt rokimia, komponen-komponen yang t erlibat dan aplikasinya. 168 7. Mempelaj ari dan mengamat i pot ensial elekt roda yang melibat kan reaksi, penghit ungan dan aplikasi. 8. Mempelaj ari hukum Faraday pada reaksi elekt rolisis dan aplikasinya dalam penghit ungan. 9. Mempelaj ari dan memahami f enomena korosi, reaksi yang t erj adi, f akt or-f akt or yang mempengaruhi dan cara menghambat reaksi korosi.

9. 1 Reaksi redoks

Gambar 9. 1 Perist iwa redoks Reaksi reduksi adalah reaksi penangkapan elekt ron at au reaksi t erj adinya penurunan bilangan oksidasi. Sedangkan reaksi oksidasi adalah reaksi pelepasan elekt ron at au reaksi t erj adinya kenaikan bilangan oksidasi. Jadi, reaksi redoks adalah reduksi dan oksidasi adalah reaksi penerimaan dan pelepasan elekt ron at au reaksi t erj adinya penurunan dan kenaikan bilangan oksidasi. Cont oh soal : 1. Manakah yang t ermasuk reaksi redoks? a. NaOH + HCl Æ NaCl + H 2 O b. Ag + Aq + Cl - Aq Æ AgCl s c. CaCO 3 Æ CaO + CO 2 d. CuO + CO Æ Cu + CO 2 e. O 2 + O Æ O 3 Jawab : d Perhat ikan at om Cu dari biloks +2 pada CuO berubah menj adi 0 pada Cu. Jika sat u at om mengalami perubahan, t ermasuk redoks karena past i akan diikut i oleh perubahan lainnya. 2. Manakah reaksi berikut yang bukan t ermasuk reaksi redoks? a. Zn + 2H 2 SO 4 Æ ZnSO 4 + H 2 b. 2CrO 4 2- + 2H + Æ Cr 2 O 7 2- + H 2 O c. Cu 2+ + Ni Æ Cu + Ni 2+ d. C 3 H 8 + 5O 2 Æ 3CO 2 + 4H 2 O e. Cl 2 + 2KOH Æ KCl + KClO + H 2 O 169 Jawab : Perhat ikan pilihan semua j awaban. semuanya ada at omik biloks 0 membent uk senyawanya. Berart i biloks ada yang posit if ada yang negat if . Dari 0 ke posit if at au negat if berart i ada perubahan dan ini berart i reaksi redoks. Sedangkan pilihan b biloks pada Cr 2 O 4 2- sebesar +6 dan pada Cr 2 O 7 2- sebesar +6 j adi t idak ada perubahan biloks Pengert ian Bilangan Oksidasi : Muat an list rik yang seakan-akan dimiliki oleh unsur dalam suat u senyawa at au ion. Dasar : reaksi redoks reduksi oksidasi Cont oh: Dalam reaksi Fe dan Cu +2 , Fe mengalami kenaikan bilangan oksidasi oksidasi; Cu +2 mengalami penurunan bilangan oksidasi reduksi Gambar an molekular reaksi redoks : Zn + Cu 2+ Î Cu + Zn 2+ Gambar 9. 2 Gambaran molekular reaksi redoks Setengah reaksi oksidasi : Zn Î Zn 2+ + 2e Setengan reaksi reduksi : Cu 2+ + 2e Î Cu 170

9. 2 Harga bilangan oksidasi

1. Unsur bebas bilangan Oksidasi = 0 2. Oksigen Dalam Senyawa Bilangan Oksidasi = -2 Kecuali : a. Dalam peroksida, Bilangan Oksidasi = -1 b. Dalam superoksida, Bilangan Oksida = -1 2 c. Dalam OF 2 , Bilangan Oksidasi = +2 3. Hidrogen dalam senyawa, Bilangan Oksidasi = +1, kecuali dalam hibrida = -1 4. Unsur-unsur Golongan IA dalam senyawa, Bilangan Oksidasi = +1 5. Unsur-unsur Golongan IIA dalam senyawa, Bilangan Oksidasi = +2 6. Bilangan Oksidasi molekul = 0 7. Bilangan Oksidasi ion = muat an ion 8. Unsur halogen F : 0, -1 Cl : 0, -1, +1, +3, +5, +7 Br : 0, -1, +1, +5, +7 I : 0, -1, +1, +5, +7

9. 3 Langkah-langkah penyetaraan reaksi redoks 1. Cara bilangan oksidasi

a. Tent ukan mana reaksi oksidasi dan reduksinya. b. Tent ukan penurunan Bilangan Oksidasi dari oksidat or dan kenaikan Bilangan Oksidasi dari redukt or. c. Jumlah elekt ron yang dit erima dan yang dilepaskan perlu disamakan dengan mengalikan t erhadap suat u f akt or. d. Samakan j umlah at om oksigen di kanan dan kiri reaksi t erakhir j umlah at om hidrogen di sebelah kanan dan kiri reaksi. 2. Cara set engah reaksi a. Tent ukan mana reaksi oksidasi dan reduksi. b. Reaksi oksidasi dipisah- kan dari reaksi reduksi c. Set arakan ruas kanan dan kiri unt uk j umlah at om yang mengalami perubahan Bilangan Oksidasi unt uk reaksi yang j umlah at om-at om kanan dan kiri sudah sama, set arakan muat an list riknya dengan menambahkan elekt ron. d. Unt uk reaksi yang j umlah at om oksigen di kanan dan kiri belum sama set arakan kekurangan oksigen dengan menambahkan sej umlah H 2 O sesuai dengan j umlah kekurangannya. e. Set arakan at om H dengan menambah sej umlah ion H + sebanyak kekurangannya. f . Set arakan muat an, list rik sebelah kanan dan kiri dengan menambahkan elekt ron pada ruas yang kekurangan muat an negat if at au kelebihan muat an posit if . 171 g. Samakan j umlah elekt ron kedua reaksi dengan mengalikan masing-masing dengan sebuah f akt or.

9. 4 Penyetaraan persamaan reaksi redoks Tahapan:

1. Tent ukan perubahan bilangan oksidasi. 2. Set arakan perubahan bilangan oksidasi. 3. Set arakan j umlah list rik ruas kiri dan kanan dengan : H + pada larut an bersif at asam OH - pada larut an bersif at basa 4. Tambahkan H 2 O unt uk menyet arakan j umlah at om H. Cont oh: MnO 4 - + Fe 2+ Æ Mn 2+ + Fe 3+ suasana asam 1. MnO 4 - + Fe 2+ Æ Mn 2+ + Fe 3+ +7 +2 +2 +3 2. Angka penyert a = 5 MnO 4 - + 5 Fe 2+ Æ Mn 2+ + 5Fe 3+ 3. MnO 4 - + 5 Fe 2+ + 8 H + Æ Mn 2+ + 5Fe 3+ 4. MnO 4 - + 5 Fe 2+ + 8 H + Æ Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4 H 2 O Contoh Soal: 1. Set arakan persamaan reaksi redoks dengan cara bilangan oksidasi dan nayat kan unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi. Jawab : -5 +1