HUBUNGAN ENERGI DALAM REAKSI KIMIA

HUBUNGAN ENERGI DALAM REAKSI KIMIA _KIMIA INDUSTRI_ DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT AGUSTINA EUNIKE, ST, MT, MBA

ENERGI & KERJA

Energi adalah kemampuan untuk

melakukan kerja.

Kerja adalah perubahan energi yang langsung dihasilkan oleh suatu proses

BENTUK-BENTUK ENERGI

 Energi Kinetik merupakan energi yang dihasilkan oleh benda yang bergerak

 Energi Radiasi berasal dari matahari dan merupakan sumber energi utama di Bumi  memanaskan atmosfer dan permukaan bumi, pertumbuhan tanaman (fotosintesis), mempengaruhi pola iklim dunia

 Energi Termal adalah energi yang berkaitan dengan gerak acak atom-atom dan molekul 

makin kuat gerakan, makin panas, makin besar

energi thermalnya

BENTUK-BENTUK ENERGI

 Energi Kimia tersimpan dalam satuan struktur zat kimia

besarnya ditentukan oleh jenis dan atom penyusunnya (zat dalam reaksi kimia energi kimia dilepaskan, disimpan atau diubah menjadi bentuk energi lain)

 Energi Nuklir merupakan energi yg tersimpan dalam gabungan neutron dan proton pada atom.

 Energi Potensial adalah energi yang tersedia akibat posisi

suatu benda. Batu ditempat yang lebih tinggi akan mempunyi energi potensial yang lebih besar bila sama- sama dijatuhkan ke air (bawah) dan membuat percikan yang

HUKUM KEKEKALAN ENERGI

Nilai total energi alam semesta diasumsikan konstan 

Energi tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan.

 Semua bentuk energi dapat diubah dari satu bentuk energi kebentuk energi lain.

 Ketika suatu bentuk energi hilang, bentuk energi

yang lain dengan besar yang sama pasti akan

terbentuk.

PERUBAHAN ENERGI DALAM REAKSI KIMIA

 Hampir semua reaksi kimia menyerap atau melepaskan energi, umumnya dalam bentuk kalor.

 Kalor adalah perpindahan energi termal antara dua benda yang suhunya berbeda  Suhu adalah pengukur thermal energy.

 Suhu ≠ Energi Termal

40 C

 Termokimia adalah ilmu yang mempelajari perubahan

kalor yang menyertai reaksi kimia.

 Sistem adalah bagian tertentu dr alam yg menjadi perhatian kita. Luar sistem dinamakan lingkungan SYSTEM

terbuka tertutup terisolasi

PROSES EKSOTERMIK DAN ENDOTERMIK

 Proses eksotermik adalah setiap proses yang melepaskan

kalor (yaitu, perpindahan energi termal ke lingkungan).

(g) (g) (l)

2H + O

2H O + energi

2 (g) (l)

H O H O + energi

Proses endotermik adalah setiap proses dimana kalor harus disalurkan ke sistem oleh lingkungan (menyerap kalor)

(s) (l) (g)

energi + 2HgO

2Hg + O

2 (s) (l)

energy + H O H O

2 eksotermik

endotermik

Pengantar Termodinamika  Ilmu yang mempelajari perubahan antar kalor dan bentuk-bentuk energi yang lain

 Fungsi keadaan merupakan sifat-sifat yang ditentukan oleh keadaan

sistem, terlepas dari keadaan tersebut dicapai. energi , tekanan, volume, suhu

∆E= E

k.akhir

k.awal

∆P= P

–P

k.akhir

k.awal

∆V= V

k.akhir

k.awal

∆T= T

k.akhir

k.awal

HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA

energi dpt diubah dr satu bentuk ke bentuk yg lain, tetapi tidak dpt diciptakan atau dimusnahkan = 0 ∆E + ∆E sistem lingkungan atau = -

∆E ∆E sistem lingkungan

S + O  SO (s) 2(g) 2(g)

Reaksi kimia eksotermik!

Kita tidak tahu energi dari molekul reaktan (S dan O ) dan molekul

2 produk (SO ) tetapi kita dapat mengukur perubahan energi ∆E

Bentuk Hukum Pertama untuk ∆E sistem ∆E= q + w = perubahan energi dalam suatu sistem ∆E

q = jumlah kalor yang dipertukarkan antar sistem dan lingkungan

w = kerja yang dilakukan pada (atau oleh) sistem

Bentuk Hukum Pertama untuk ∆E sistem

Bila suatu sistem membebaskan kalor ke lingkungan

atau melakukan kerja pada lingkungan  energi dalamnya akan turun karena terjadi proses pengurangan energi ( q dan w bermuatan negatif ) w = - P ∆V

ketika gas memuai thd tekanan eksternal yg konstan,

merupakan kerja yg dilakukan gas pd lingkungannya

Kerja yang Dilakukan pada Suatu Sistem ∆V > 0

P∆ V < 0 w

sis

< 0 Kerja bukan merupakan fungsi keadaan

∆w≠ w k.akhir

k.awal

Pemuaian gas  kerja dilakukan oleh sistem Suatu sampel gas nitrogen volumenya memuai dari 1,6 L menjadi 5,4 L pada suhu yg konstan. Berapakah kerja yang dilakukan dalam satuan joule jika gas memuai (a) terhadap ruang hampa dan (b) pada tekanan tetap 3,7 atm?

Entalpi Reaksi Kimia ∆E = q + w

Pada volume sistem Pada tekanan konstan konstan

∆E = q – P ∆V p

∆V = 0  tdk ada q = ∆E + P ∆V p kerja dilakukan ∆E = q – P ∆V

P konstan ∆E = q v

V konstan

Entalpi Reaksi Kimia H = E + PV

ENTALPI

Merupakan fungsi keadaan
Memiliki satuan energi

PERUBAHAN ENTALPI

∆H = ∆ E + ∆(PV)

Pada Tekanan konstan

∆H = ∆ E + P ∆ V q

= ∆H

Meskipun q

bukan merupakan fungsi

keadaan

, perpindahan kalor pada tekanan konstan sama dengan

Entalpi Reaksi Kimia Pada volume sistem konstan q v

= ∆E Pada tekanan konstan q p

= ∆H

Entalpi (H) biasanya digunakan untuk menghitung aliran kalor ke dalam atau

ke luar sistem dalam suatu proses yang terjadi pada tekanan konstan.

∆H= H(produk) – H(reaktan)

∆H= kalor yg diberikan atau diterima selama rekasi pada tekanan konstan

DH = H (products) – H (reactants)

H < H H > H products reactants products reactants

DH < 0 DH > 0

PERSAMAAN TERMOKIMIA

Apakah

∆H negatif atau

positif?

Sistem menerima panas Endotermik

DH = 6.01 kJ H2O (s) H2O (l)

PERSAMAAN TERMOKIMIA

Apakah DH negatif atau positif? Sistem melepas panas Eksotermik

DH < 0

890,4 kJ dilepaskan untuk setiap pembakaran 1

mol metana pada suhu 250C dan tekanan 1 atm

(g) (g) (g) (l) DH = -890.4 kJ

CH + 2O CO + 2H O

PERSAMAAN TERMOKIMIA

Koefisien stoikiometri selalu menunjukkan jumlah mol zat

DH = 6.01 kJ

(s) (l) H O H O

2 o

Pada suhu 0

C, P = 1 atm es meleleh membentuk air yang cair (energi diserap oleh sistem endotermik) Ketika 1 mol air

terbentuk dari 1 mol es pada suhu 0 C perubahan entalpinya adalah 6,01 kJ Ketika kita membalik suatu persamaan, kita mengubah peran reaktan dan produk, ∆H sama tetapi berubah tanda

-
(l) (s) DH =
6.01 kJ H O H O

PERSAMAAN TERMOKIMIA

Jika kita mengalikan kedua ruas persamaan termokimia dg suatu faktor n, maka ∆H jg harus berubah dg faktor yg sama n.

(s) (l)

2H O

2 DH = 2 x 6.01 = 12.0 kJ

Kita harus selalu menuliskan wujud fisis semua reaktan dan produk, karena akan membantu penentuan perubahan entalpi yg sesungguhnya.

(s) (l) DH = 6.01 kJ

H O H O

2 DH = 44.0 kJ

(l) (g)

H O H O

2 Berapa kalor dihasilkan jika 266 g fosfor putih (P

4 ) dibakar di udara

4 (s) + 5O

2 (g) P

10 (s) DH = -3013 kJ 266 g P ₄ 1 mol P ₄ 124 g P ₄ x -3013 kJ 1 mol P ₄ x = -6470 kJ Ar P = 31 g/mol

4 O

Perbandingan

∆H dan ∆E

Reaksi antara logam natrium dan air

2Na _(s) + 2H ₂ O _(l) 2NaOH _(aq) + H _2(g) ∆H = -367,5 kJ/mol

(salah satu produknya : gas hidrogen  harus mendorong udara untuk

memasuki atmosfer sebagian energi yang dihasilkan reaksi untuk melakukan kerja mendorong sejumlah volume udara ∆V)

Gas hidrogen mendorong piston keatas (melakukan kerja pada lingkungan) sampai tekanan didalam kembali sama dengan tekanan luar

Perbandingan ∆H dan ∆E ∆E = ∆H – P ∆V diasumsikan pada suhu 25 C 1 mol H ₂ = 2,5 L pd 1 atm P.∆V = 1 atm x -2,5 L = -2,5 kJ

∆E= -367,5 kJ/mol – 2,5 kJ/mol = -370,0 kJ/mol ∆E dan ∆H nilainya hampir sama, ∆H sedikit lebih kecil karena sebagian

energi dalam yang dilepas digunakan untuk melakukan kerja pemuaian gas

 kalor yang dilepaskan lebih kecil. Pada reaksi yang tidak melibatkan gas, ∆V biasanya sangat kecil sehingga ∆E dan ∆H dpt dikatakan sama

Untuk reaksi gas  diberlakukan gas ideal dan suhu tetap

∆n = jumlah mol gas produk – jumlah mol gas reaktan ∆E = ∆H – ∆(PV) = ∆H – ∆(nRT) = ∆H – RT ∆n

 Kalor jenis suatu zat (s ) adalah

jumlah kalor yang dibutuhkan untuk

KALORIMETER menaikkan suhu 1 gram zat

sebesar 1 derajat Celcius (J/g

 Kapasitas kalor suatu zat (C) (J/

C) adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu

sejumlah zat sebesar 1 derajat Celcius C = ms

Kalor (q) diterima atau dilepaskan :

q = ms Dt q = C Dt

Dt = t - t

final initial q positif  endotermik q negatif  eksotermik

 Berapa banyak kalor yang diberikan jika 869 g

batang besi didinginkan dari suhu 94 C menjadi

5 C

s of Fe = 0.444 J/g

C Dt = t

– t
– 94

final

initial

= 5 C

C = -89 C

q = ms

Dt = 869 g x 0.444 J/g

C = -34,000 J

–89

Karena tidak terdapat cara untuk mengukur nilai absolut dari entalpi suatu zat, kita hanya dapat menentukan nilai relatif terhadap suatu rujukan yang ditentukan Titik rujukan “permukaan air laut” untuk semua ungkapan entalpi disebut entalpi pembentukan standar

Keadaan 1 atm Pembentukan (∆H _f )

Entalpi pembentukan standar setiap unsur dalam bentuknya yang paling stabil adalah nol

unsur -unsurnya pada tekanan 1 atm

) adalah perubahan kalor yang dihasilkan ketika 1 mol suatu senyawa dibentuk dari

Entalpi Pembentukan Standar (∆H

DH (C, intan) = 1.90 kJ/mol

DH (O

DH (C, graphite) = 0

) = 142 kJ/mol

) = 0

DH (O

reaksi n dan m menyatakan koefisien stoikiometri (dalam mol untuk reaktan dan produk)

DH (A)

(Entalpi adalah fungsi keadaan. Tidak peduli bagaimana caranya, yg dilakukan adalah memulai dan mengakhirinya

S - Hukum Hess:bila reaktan diubah menjadi produk, perubahan entalpinya adalah sama, terlepas apakah reaksi berlangsung dalam satu tahap atau dalam beberapa tahap

m DH (reactants) f

= S

rxn n DH (products) f

[ + ] DH

b DH (B) f a

 Entalpi perubahan standar (∆ H reaksi

= [

DH (C)

f c

DH (D)

rxn d

) didefiniskan sebagai entalpi reaksi yang berlangsung pada tekanan 1 atm aA + bB cC + dD

2. Tambahkan reaksi yg diberikan shg hasilnya merupakan reaksi yg diharapkan

rxn

(graphite)

2 (g)

(g)

DH = -393.5 kJ

(rhombic)

2 (g)

2SO

DH = -296.1 x2 kJ

2 (g)

rxn

2 (g)

2 (l)

2 (g)

DH = +1072 kJ

rxn

(graphite)

(rhombic)

2 (l)

(rhombic)

2 (g)

Hitung entalpi pembentukan standar dari CS

2 (l)

dimana: C

(graphite)

2 (g)

DH = -393.5 kJ

rxn

(rhombic)

2 C (graphite)

2 (g)

DH = -296.1 kJ

rxn

2 (l)

2 (g)

DH = -1072 kJ

rxn

1. Tuliskan entalpi pembentukan standar untuk CS

2 (l) Benzana (C H ) terbakar diudara dan menghasilkan karbon

dioksida dan air cair. Berapakah panas yang dilepaskan per mol oleh pembakaran benzana? Entalpi pembentukan standar benzana adalah 49,04 kJ/mol.

(l) (g) (g) (l)

2C H + 15O

12CO + 6H O

2 S m DH (reactants)

n DH (products)

= S

rxn f f

DH DH DH

2 DH (C H ) 12 (CO ) 6 (H O) [ ]

] -

6 rxn f f f

DH = [ 12x–393.5 + 6x–285,8] – [ 2x49.04 ] = -6534,88kJ

rxn

6534,88 kJ

= - 3267,44 kJ/mol C H

2 mol

HUBUNGAN ENERGI DALAM REAKSI KIMIA