BAB V

BAB VTHERMOKIMIA

Seluruh reaksi kimia selalu disertai dengan pengeluaran atau penyerapan energi berupa panas reaksi.

Jumlah kalor yang serap atau dibebaskan pada suatu reaksi disebut dengan kalor reaksi. Misalnya pembakaran 1 gram Karbohidrat akan menghasilkan 4 kalori, maka dapat dikatakan bahwa kalor reaksi pembakaran karbohidrat adalah 4 cal/gram. Thermokimia adalah ilmu yang mempelajari perubahan energi dalam reaksi kimia.

Untuk reaksi alir (flow reaction) jika perubahan energi kinetic dan potensial diabaikan dan tidak ada kerja electrical dan tidak ada kerja mekanik, maka panas yang ditambahkan sebanding dengan perubahan enthalpy dalam system.

Q =

Untuk reaksi bukan alir (non flow reaction) pada tekanan konstan panas yang masuk juga sebanding dengan kenaikan enthalpy

Q =

Untuk reaksi bukan alir (non flow reaction) pada volume konstan, panas yang ditambahkan sebanding dengan energi dalam (internal energi) pada system

Q =

5.1 Panas Reaksi Standart (Q = )

Panas reaksi standar didefinisikan sebagai perubahan enthalpy dari suatu reaksi pada tekanan 1 atm, dimana bahan yang masuk dan bahan yang dihasilkan pada suhu konstan (25oC).

Contoh :1 gr atom (65,38 gram) dari zinc direaksikan dengan (2073 gram) dari 1 molal larutan asam klorida yang mengandung 2 mol HClreaksi dilakukan dalam calorimeter pada tekanan atmosfer semua reaktan mempunyai suhu awal 25oC, selama reaksi timbul panas yang dihasilkan gas H2 dan larutan ZnCl2 0,5 molal. Larutan dan gas H2 di di dinginkan sampai 25oC jika tidak terjadi penguapan air, panas yang dikeluarkan dari system 34.900 kalori.

Zn (s) + 2 HCl (m=1) ZnCL2 (m=0,5) + H2 (g,1 atm) 25 = -34.900 cal/g mol

Data untuk mengisi reaksi standar, biasanya diberikan dalam bentuk a. Panas pembentukan Standart

b. Panas pembakaran standart

5.2 Panas Pembentukan Standart (Heat of Formation = f )

Panas pembentukan selalu diekspresikan dengan referensi keadaan standar. Mol panas pembentukan dari senyawa adalah panas reaksi (f) ketika 1 mol senyawa dibentuk dari unsur-unsurnya dalam reaksi yang dimulai dan diakhiri pada suhu 25oC dan tekanan 1 atm, panas pembentukan bernilai positif ketika pembentukan dari unsurnya diiringi dengan peningkatan enthalpySenyawa dengan panas pembentukan negative disebut senyawa eksotermik, jika panas pembentukan positif disebut dengan senyawa endotermik.

Contoh :

Molal panas pembentukan dari liquid air adalah 68.317,4 cal/g mol. Artinya ketika 2,016 gram hydrogen ditambahkan dengan 16 gram molekul oksigen pada suhu 25oC dan tekanan 1 atm terbentuk 18,016 gr air liquid pada temperature yang sama, panas yang dikeluarkan ke lingkungan adalah 68.317,4 kal dan enthalpy pada system menurun sekitar 68.317,4 kal. Contoh soal :

1. Hitung panas reaksi untuk reaksi 1 mol NH3 sebagai berikut :

4NH3(g) + 5 O2(g)

4 NO(g) + 6H2O(g)

basis : 4 mol NH3Data :

fo NH3O2NOH2O

25oC, 1 atm-11,040+21,60-57,8

fo =

fo = -216,24 kkal/4 mol

fo = -54,0 kkal/mol 2. Jika diketahui panas pembentukan H2O (l) = - 68,31 kal/mol panas penguapan H2O = 10,519 kal/mol pada 25oC dan 1 atm, berapa panas pembentukan standar H2O (g) Penyelesaian :

A : H2 (g) + O2 (g)

H2O (l) Reaksi o = -68,317 kkal/mol

B : H2O9 (l)

H2O (g)

pengupano = 10,517 kkal/molA + B : H2 (g) + O2 (g)

H2O (g)

Reaksi o + penguapano = Reaksi H2O(g)o

= pembentukan H2O(g)o

= -57,798 kkal/mol5.3 Panas Pembakaran Standart (Heat Combution = (Hoc)

Panas material suatu subtansi adalah panas reaksi yang dihasilkan dari oksidasi material dengan molekul oksigen. Panas pembakaran standart dihasilkan dari pembakaran subtansi. Pada kondisi normal pada suhu 25oC dan tekanan atmosferik, dengan pembakaran dimulai dan diakhiri pada suhu 25oC dan tekanan 1 atm

Panas pembakaran standar subtansi dipengaruhi pada tingkat oksidasi yang dibawa. Kondisi yang dipakai untuk menentukan keadaan standart adalah :

a. Senyawa yang dipakai untuk oksidasi oleh oksigen menghasilkan CO2(g) H2O (l) atau HCl (l) dan sebagainya

b. Kondisi reference tetap pada suhu 25oC dan tekanan 1 atm

c. Harga (Ho untuk beberapa hasil oksidasi, dengan bilangan oksidasi tertinggi = 0 (misalnya (Hoc CO2, (Hoc H2O

d. Jika zat oksidator lainya, misalnya S atau N, atau jika terdapat Cl2 maka kondsisi produk harus identik dengan (diubah menjadi) kondisi akhir yang menentukan keadaan standart.

Panas pembakaran selalu bernilai negatif, harga positif menunjukan bahwa zat tidak terbakar atau tidak teroksidasi panas reaksi dapat dihitung dari panas pembakaran standart dengan persamaan :

(Horeaksi = - (((Hoc produk - ((Hoc reaktan)

(Horeaksi = - (( n produk. ((Hoc produk -(n reaktan . ((Hoc reaktan)

contoh :

1. Penentuan panas reaksi dari data panas pembakaran

Tentukan panas reaksi dari rekasi berikut :

C2H5OH(l) + CH3COOH(l)

C2H5OOCCH3(l) + H2O(l)

Jawab :

Basis 1 mol C2H5OH

Data C2H5OHCH3COOHC2H5OOCCH3H2O

(Hoc-326,7-208,34538,750

(Horeaksi = - (( n produk. ((Hoc produk -(n reaktan . ((Hoc reaktan)

(Horeaksi = - (1. (-538,75) (1(-326,7) + 1(-208,34))

= 3,72 kkal/mol

5.4 Menentukan Panas Pembentukan Dari Panas Pembakaran

Dari panas pembakaran suatu subtansi dapat dihitung panas pembentukan jika panas pembentukan dari tiap produk pada reaksi pembakaran di ketahui.

Misalnya :

Menghitung panas pembentukan dari kloroform diketahui panas pembentukan dari CO2, H2O (l) dan HCL (aq)

CHCl3 + O2 + H2O

CO2 + 3HCl (aq)(Hoc = -121.800 cal

Data dari table :

H2(g) + O2 (g)

H2O (l)

(Ho1 = -68.317,4 cal

C (s) + O2 (g)

CO2

(Ho2 = -94.051,8 cal

H2 (g) + Cl2

HCl

(Ho3 = -40.023 cal

C (s) + H2 (g) + 1 Cl2(g)

CHCl3 (g)

Atau

(Hof = (Ho2 + 3.(Ho3 - (Hoc - (Ho1

(Hof = (-94.051,8) + 3(-40.023) (-121.800) (-68.317,4)

(Hof = -24.003 cal

5.5 Menentukan Panas Reaksi

5.5.1 Panas Reaksi Dari Panas Pembentukan

Panas reaksi standart dari berbagai perubahan kimia dapat dihitung jika panas pembentukan dari seluruh senyawa yang terlibat dalam reaksi diketahui. Panas reaksi standar atau perubahan enthalpy adalah sebanding dengan jumlah panas pembentukan standart produk dikurangi dengan jumlah panas pembentukan standart reaktan

(Horeaksi = - (((Hof produk - ((Hof reaktan)25oCcontoh :

1. Hitunglah panas reaksi standart dari reaksi berikut :

HCl (g) + NH3(g)

NH3Cl(g)

Data dari table 29 (Hougen) panas pembentukan standart adalah :

HCl(g)

(Hof = -22.063 cal

NH3(g)

(Hof = -11.040 cal

NH4Cl(s)

(Hof = -73.380 cal

Maka

(H25 = (-75.380)-(-22.063) + (-11.040)

(H25 = -42.277 cal

2. Hitunglah Panas reaksi standar (H25 dari reaksi

2FeS2(s) + 5 O2(g)

Fe2O3(s) + 4 SO2(g)

panas pembentukan standart dari senyawa terdapat pada table 29 (Hougen)

FeS2(s)

(Hof = -42.520 cal

Fe2O3(g)

(Hof = -196.500 cal

SO2(s)

(Hof = -70.960 cal

Maka

(H25 = (-196.500)-(4(-70.960) + 2. (-42.520))

(H25 = -395.300 cal

5.5.2 Panas Reaksi Dari Panas PembakaranPanas reaksi standar dimana melibatkan senyawa organik dapat dihitung secara langsung dengan menggunakan panas pembakaran standar termasuk pada panas pembentukan standart.

Untuk kasus kondisi referens standart tidak tergantung pada unsurnya tetapi pada produk pembakaran pada 25oC dan tekanan 1 atm dan dalam kondisi dari spesifik agresi oleh data panas pembakaran.

Contoh :

Enthalpy metana pada produk pembakaran gas CO2 dan liquid H2O adalah sebanding dengan nilai negatif dari panas pembakaran standart produk adalah panas reaksi standart.

(Horeaksi = (((Hoc reaktan - ((Hoc produk)25oC

contoh :

Hitunglah panas reaksi standart (Hordari reaksi :

C2H5OH(l) + CH3COOH(l)

C2H5OOCCH3(l) + H2O(l)

C2H5OH

(Hoc = -326.700 cal

CH3COOH

(Hoc =-208.340 cal

C2H5OOCCH3

(Hoc = - 538.700 cal

H2O

(Hoc = 0

(Hor = (-326.700) + (-208.340) - (-538.760) = 3720 cal

5.5.3 Panas Reaksi Bukan Pada Suhu StandartKebanyakan reaksi kimia berlangsung pada suhu tinggi atau suhu yang berada diatas suhu standart, untuk menghitung panas reaksi yang bukan pada suhu standart perlu diketahui data (H reaksi pada suhu standart (25oC).Contoh :

Pada reaksi fase gas antara CO2 dan H2 dengan menggunakan katalis tertentu, reaksi mencapai konversi 100%.

Reaksi :

CO2 + 4H2

2H2O + CH4Hitung panas yang diberikan atau dihilangkan oleh reaksi tersebut. Jika gas yang masuk dan gas yang dihasilkan pada suhu 500oC

Penyelesaian :Basis : 1 mol CO2

CO2(g) + 4H2(g)

2H2O(g) + CH4(g)

(Hof (kkal/mol) 94.052

0

57.798

17.889(Horeaksi 298oK = (5.5.4 Panas Reaksi Pada Reaksi Tidak Sempurna

Jika reaksi berjalan tidak sempurna, penentuan panas reaksi standart hanya diperhitungkan dari produk reaksi dan reaktan yang bereaksi, karena bagian reaktan ini saja yang menyerap atau mengeluarkan energiContoh :

Suatu biji besi mengandung 85 % FeS2 dan 15% zat pengotor (zat inert, batuan dan sebagainya) dibakar dengan oksigen excess 200% untuk memproduksi SO2 menurut reaksi berikut :

4FeS2 + 11 O2

2FeO3 + 8SO2

semua bahan pengotor dan FeO3 bercampur dalam produk padat (kerak) dan masih mengandung 4 % FeS2.Tentukan panas reaksi standart perkilogram bijih besi

Jawab:

Basis : 100 gram biji besi

Komposisi bijih % beratBM

kmol

FeS2

85

120

0,702

Zat pengotor

15

100

O2 yang diperlukan :

O2 yang masuk : (1 + 2)(1,94) = 5,82 k mol O2

N2 yang masuk : 5,82 (79/21) = 21, 9 k mol N2

Produk padat mengandung Fe2O3, zat pengotor dan FeS2 yang tidak terbakar. Misalkan x kg FeS2.

Jadi komposisi produk padat :

FeS2

x kg

Zat pengotor 15 kg

Fe2O3=

Karena inert 4 % produk maka :0,04 =

x = 2,9

Fe2O3 = 2/3 (85 x) = 54,7 kg

FeS2 = 2,9 kg

inert = 15 kg

FeS2 yang teroksidasi =

SO2 yang dihasilkan =

O2 yang bereaksi =

FeS2(s)

O2(g)

Fe2O3(s)SO2(g)(Hof -42,52

0

-196,5

-70,96

(Horeaksi = (1,37) (-70,960) + (0,342) (-196,5) (0,685)(-42,5)

(Horeaksi = -135,302 kkal

(Horeaksi = -135,302 kkal/kg biji besi

5.6. Pengaruh Tekanan Terhadap Panas Reaksi

5.7. Pengaruh Suhu Terhadap Panas ReaksiReaksi umumnya terjadi pada suhu tinggi dan tidak pada suhu 25oC. Untuk dapat menghitung pengaruh suhu pada panas reaksi, perlu ditentukan terlebih dahulu suhu tertentu sebagai referens dimana panas reaksinya diketahui (biasanya 25oC, 1 atm). Langkah berikutnya adalah menghitung perubahan enthalpy dari aliran masuk dan aliran keluar, relative terhadap keadaab referens. Panas reaksi merupakan jumlah perubahan enthalpy yang terjadi. Sebagai contoh, tentukan panas reaksi dari :

aA + bB

c C + d D

Dimana bahan masuk dan bahan keluar pada suhu T (TRoC )

Enthalpy dari tiap aliran masuk dan keluar adalah dihitung relative untuk memilih kondisi reference, termasuk :

1. Panas Pembentukan Standart dari komponen

2. Panas sensible dari komponen

3. Phase perubahan dari komponen

Gb.1. Menghitung Perubahan Enthalpy untuk Tiap Komponen Dalam Proses Menggunakan 25oC dan 1 atm Sebagai Kondisi ReferenceKarena enthalpy merupakan fungsi kondisi, dapat dipilih unutk mengitung perubahan enthalpy dalam proses selama dimulai dan diakhiri pada spesifikasi kondisi awal dan akhir. Gambar diatas menunjukan kondisi reference dipilih pada suhu 25oC dan tekanan 1 atm, dimana harga diketahui.Gambar dibawah menunjukan informasi aliran penghitungan dalam energi balance dengan assumsi proses dalam steady state ((E = 0), tidak ada energi kinetic dan energi potensial, dan W = 0. secara umum energi balance menghasilkan persamaan :

Q = (H = (H Produk - (H Reaktan

Q = ((H Produk - (H Reaktan) +

Untuk memudahkan menghitung ((H Produk - (H Reaktan) dengan menggunakan kapasitas panas .

Cp = a + b T + c T2Jumlahkan perubahan enthalpy produk dan menguranginya dengan perubahan enthalpy reaktan.

Untuk menghitung (H Reaksi pd T , dapat dihitung dengan persamaan (H Reaksi pd T = (H Reaksi pd T reference +

_1176917205.unknown

_1176918095.unknown

_1176966768.unknown

_1176969648.unknown

_1176970483.unknown

_1176967475.vsd

_1176969192.vsd

_1176964830.vsd

_1176917987.unknown

_1176918002.unknown

_1176917401.unknown

_1176655595.unknown

_1176657828.unknown

_1176916879.unknown

_1176655642.unknown

_1176655402.unknown