RESUME MATERI : TERMODINAMIKA 1

TERMODINAMIKA 

A. TERMOKIMIA

1. Jenis-Jenis Energi

• Energi adalah kapasitas untuk melakukan suatu kerja
• Energi radiasi adalah energi yang berasal dari matahari. Matahari adalah salah satu sumber energi terbesar di bumi
• Energi termal (panas) adalah energi yang meliputi gerakan acak atom dan molekul
• Energi kimia yaitu energi yan tersimpan dalam ikatan zat kimia
• Energi nuklir yaitu energi yang disimpan dalam kumpulan neutron dan proton di atom
• Energi potensial adalah energi yang ada sesuai dengan posisi suatu benda

B. PERUBAHAN ENERGI DALAM REAKSI KIMIA

• Panas adalah perpindahan antara dua badan yang memiliki temperature (suhu) yang berbeda.
• Temperature (suhu) adalah ukuran dari energi termal

Termokimia yaitu materi tentang perubahan panas dalam reaksi kimia

Dalam termokimia dikenal dengan sistem dan lingkungan

• Sistem adalah segala sesuatu bagian yang pusat perhatian atau menjadi fokus pembelajaran yang sedang dilakukan

Sistem terbagi dalam 3 jenis yaitu

1. Sistem terbuka : bila botol yang digambar bawah dipanaskan maka akan terjadi perubahan massa dan energi

2. Sistem tertutup : bila botol yang digambar bawah dipanaskan maka akan terjadi perubahan energi

3. Sistem terisolasi : bila botol yang digambar bawah dipanaskan maka tidak akan terjadi perubahan

• Lingkungan adalah segala sesuatu yang berada pada sekitar sistem

Proses dalam termokimia terbagi menjadi 2 yaitu :

1. Proses eksotermik adalah proses yang memberikan panas dari sistem ke lingkungan

2H₂ (g) + O₂ (g) -->  2H₂O (l) + energi

H₂O (g) --> H₂O (l) + energi

2. Proses endotermik adalah proses penyerapan panas ke sistem dari lingkungan

Energi + 2HgO (s) --> 2Hg (l) + O₂ (g)

Energi + H₂O (s) --> H₂O (l)

C. TERMODINAMIKA

Termodinamika adalah ilmu pengetahuan dari konversi antara panas dan energi.

Fungsi keadaan adalah sifat-sifat yang ditentukan oleh keadaan sistem atau bagaimana kondisi tersebut akan tercapai dan hanya ditentuka oleh keadaan awal dan akhirnya, seperti energi, tekanan, volume, suhu.

∆E=E_akhir-E_awal

∆P=P_akhir-P_awal

∆V=V_akhir-V_awal

∆T=T_akhir-T_awal

•     Hukum I Termodinamika

“Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, tetapi tidak dapat diciptakan atau dihilangkan”

∆E_sistem - E_lingkungan = 0          atau               ∆E_sistem = - E_lingkungan 

C₃H₈ + 5O₂ à 3CO₂ + 4H₂O (eksotermik) pada pembakaran Propana

Pada saat pembakaran energi kimia akan hilang tetapi sistem akan melepaskan energi dan diambil oleh lingkungan.

∆E = Q +W

∆E = perubahan energi internal dari sistem

Q = perubahan panas diantara sistem dan lingkungan

W = usaha dari sistem

Ketika gas mengalami perluasan terhadap tekanan melawan konstan eksternal

W = -P ∆V

·         Usaha oleh sistem pada lingkungan (-)

·         Usaha pada sistem ke lingkungan (+)

·         Kalor dilepas (-)

·         Kalor diserap (+)

Usaha yang dilakukan sistem : 

W = F d

W = -P ∆V

∆V > 0

-P ∆V < 0

W_sistem < 0

Usaha tidak termasuk fungsi keadaan 

•     Entalpi dalam Hukum I Termodinamika

Q = ∆H          dan    W = -P ∆V

∆H = ∆E + P ∆V

Entalpi ∆H digunakan untuk menghitung aliran panas keluar dan kedalam sistem dalam suatu proses yang terjadi dalam tekanan konstan.

∆H = H_produk - H_reaktan

Pada Endotermik

H_produk < H_reaktan        ∆H < 0

Pada Eksotermik

H_produk > H_reaktan        ∆H > 0

• Persamaan Termokimia

·         1. Koefisien stoikiometri selalu menunjukan jumlah mol zat

H₂O (s) --> H₂O (l)             ∆H = 6,01 kJ/mol

·         2. Jika ingin membalik persamaan reaksi maka tanda ∆H berubah

H₂O (l) --> H₂O (s)   ∆H = - 6,01 kJ/mol

·         3. Jika mengalikan kedua ruas persamaan maka dikali juga  ∆H sesuai dengan pengalinya

2H₂O (s) --> 2H₂O (l)                    ∆H = 12,02 kJ/mol

·         4. Wujud fisik pada reaktan dan produk harus spesifik

H₂O (s) --> H₂O (l)             ∆H = 6,01 kJ/mol

H₂O (l) --> H₂O (g)             ∆H = 44,0 kJ/mol

•     Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor

Kalor jenis adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu dalan 1 kg massa sebersar 1 derajat celcius, sedangkan kapasitas kalor adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar 1 derajat celcius.

Q=C ∆T

•   Kalorimeter

Kalorimeter adalah salah satu cara untuk menentukan perubahan entalpi. Kalorimeter adalah sistem terisolasi sehingga tidak ada perpindahan materi dan energi dengan lingkungan). 

• kalorimetri volume

Q_sistem = Q_air + Q_bomb + Q_rxn

Q_sistem = 0

Q_rxn = - (Q_air + Q_bomb)

Q_air  = m s ∆T

Qbomb= C_bomb ∆T

• kalorimetri tekanan

Q_sistem = Q_air + Q_kalori + Q_rxn

Q_sistem = 0

Q_rxn = - (Q_sistem + Q_kalori)

Q_air  = m s ∆T

Q_kalori = C_kalori ∆T

∆H = Q_xn (reaksi tekanan konstan)

•   Entalpi Pembentukkan Standar

Entalpi pembentukan standar adalah perubahan panas yang dihasilkan ketika satu mol suatu senyawa terbentuk dari unsur-unsurnya pada tekanan 1 atm. Entalpi standar pembentukan unsur apapun dalam bentuknya yang paling stabil adalah nol. Entalpi reaksi standar adalah entalpi reaksi yang dilakukan pada 1 atm.

•   Hukum Hess 

"Ketika reaktan diubah menjadi produk, perubahan entalpi adalah sama baik reaksi berlangsung dalam satu langkah atau serangkaian langkah".

(Entalpi adalah fungsi keadaan. Tidak peduli bagaimana Anda sampai di sana, hanya di mana Anda memulai dan mengakhiri.)

•   Entalpi Larutan

Entalpi larutan adalah panas yang dihasilkan atau diserap ketika sejumlah zat terlarut larut dalam jumlah pelarut tertentu.

4. CONTOH SOAL

• Hydrogen peroxide can decompose to water and oxygen by the reaction

2H₂O₂(l) --> 2H₂O(l) + O₂ (g)                                        ∆H = -196 kJ

Calculate the quantity of heat released when 5,00 g of H₂O₂ (l) decomposes at constant pressure.

Answer :

• From the enthalpies of reaction

  2C (s) + O₂ (g) --> 2CO (g)                                              ∆H = -221,0 kJ

  2C (s) + O₂ (g) + 4H₂ (g) --> 2CH₃OH (g)                    ∆H = -402,4 kJ

  calculate for the reaction

  CO (g) + 2H₂ (g)-->CH₃OH (g)  

  Answer :

  2CO (g) --> 2C (s) + O₂ (g)                                              ∆H = +221,0 kJ (dibalik)

  2C (s) + O₂ (g) + 4H₂ (g)--> 2CH₃OH (g)                    ∆H = -402,4 kJ           

+

=

2CO (g) + 4H₂ (g) --> 2CH₃OH (g)                                ∆H = -181,4 kJ  (:2) 

CO (g) + 2H₂ (g) --> CH₃OH (g)                                     ∆H = -90,7 kJ

sumber : Chemistry The Central Science, 12th Edition by Theodore E. Brown, Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay, Jr., Bruce E. Bursten, Catherine Murphy, Patrick Woodward, hlm 174 dan 200