HUBUNGAN ENERGI DALAM

REAKSI KIMIA _KIMIA INDUSTRI_

DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA

WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT

AGUSTINA EUNIKE, ST, MT, MBA

Energi adalah kemampuan untuk

melakukan kerja.

Kerja adalah perubahan energi

yang langsung dihasilkan oleh

suatu proses

ENERGI & KERJA

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

lebih besar

BENTUK-BENTUK ENERGI

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

700C

400C

Energi thermal lebih besarSuhu lebih besar

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

terbukaMassa&energiPerpindahan:

tertutupenergi

terisolasiTidak terjadi apa2

SYSTEM

Proses eksotermik adalah setiap proses yang melepaskan

kalor (yaitu, perpindahan energi termal ke lingkungan).

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

H2O (g) H2O (l) + energi

energi + 2HgO (s) 2Hg (l) + O2 (g)

energy + H2O (s) H2O (l)

• Proses endotermik adalah setiap proses dimana kalor

harus disalurkan ke sistem oleh lingkungan

(menyerap kalor)

PROSES EKSOTERMIK

DAN ENDOTERMIK

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= Ek.akhir - Ek.awal

∆P= Pk.akhir –Pk.awal

∆V= Vk.akhir- Vk.awal

∆T= Tk.akhir- Tk.awal

energi dpt diubah dr satu bentuk ke bentuk yg lain,

tetapi tidak dpt diciptakan atau dimusnahkan

∆Esistem+ ∆Elingkungan = 0

atau

∆Esistem = -∆Elingkungan

S(s) + O2(g) SO2(g)

Reaksi kimia eksotermik!

Kita tidak tahu energi dari molekul reaktan (S dan O2) dan molekul produk (SO2) tetapi kita dapat mengukur perubahan energi ∆E

HUKUM TERMODINAMIKA

PERTAMA

Bentuk Hukum Pertama

untuk ∆Esistem

∆E= q + w

∆E = perubahan energi dalam suatu sistem

q = jumlah kalor yang dipertukarkan antar sistem dan lingkungan

w = kerja yang dilakukan pada (atau oleh) sistem

Bentuk Hukum Pertama

untuk ∆Esistem

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 )

ketika gas memuai thd tekanan eksternal yg konstan,

merupakan kerja yg dilakukan gas pd lingkungannya

w = -P ∆V

Kerja yang Dilakukan

pada Suatu Sistem

∆V > 0

-P∆ V < 0

wsis < 0

Kerja bukan

merupakan

fungsi keadaan

∆w≠ wk.akhir- wk.awal

Kondisi awal Kondisi akhir

Pemuaian gas kerja

dilakukan oleh sistem

1 L.atm = 101,3 J

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

Pada tekanan konstan

∆E = qp – P ∆V

qp = ∆E + P ∆V

∆E = q + w

Pada volume sistem

konstan

∆V = 0 tdk ada

kerja dilakukan

∆E = q – P ∆V

∆E = qv

V konstan

P konstan

Entalpi Reaksi KimiaH = E + PV

- Merupakan fungsi keadaan

- Memiliki satuan energi

ENTALPI

PERUBAHAN

ENTALPI∆H = ∆ E + ∆(PV)

Pada Tekanan konstan

∆H = ∆ E + P ∆ V qp = ∆H

Meskipun qp bukan merupakan

fungsi keadaan, perpindahan

kalor pada tekanan konstan sama

dengan ∆H

Entalpi Reaksi Kimia

Pada volume

sistem konstan

qv = ∆E

Pada tekanan

konstan

qp = ∆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)

Hproducts < Hreactants

DH < 0

Hproducts > Hreactants

DH > 0

PERSAMAAN TERMOKIMIA

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

Apakah ∆H negatif atau

positif?

Sistem menerima panas

Endotermik

PERSAMAAN TERMOKIMIA

Apakah DH negatif atau positif?

CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) DH = -890.4 kJ

Sistem melepas panas

Eksotermik

DH < 0

890,4 kJ dilepaskan untuk setiap pembakaran 1

mol metana pada suhu 250C dan tekanan 1 atm

PERSAMAAN TERMOKIMIA

Koefisien stoikiometri selalu menunjukkan jumlah mol zat

Pada suhu 0oC, 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 oC perubahan entalpinya

adalah 6,01 kJ

Ketika kita membalik suatu persamaan, kita mengubah peran

reaktan dan produk, ∆H sama tetapi berubah tanda

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

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

PERSAMAAN TERMOKIMIA

Jika kita mengalikan kedua ruas persamaan termokimia dg

suatu faktor n, maka ∆H jg harus berubah dg faktor yg sama n.

Kita harus selalu menuliskan wujud fisis semua reaktan dan

produk, karena akan membantu penentuan perubahan entalpi

yg sesungguhnya.

2H2O (s) 2H2O (l) DH = 2 x 6.01 = 12.0 kJ

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

H2O (l) H2O (g) DH = 44.0 kJ

Berapa kalor dihasilkan jika 266 g fosfor putih (P4) dibakar di udara

P4 (s) + 5O2 (g) P4O10 (s) DH = -3013 kJ

266 g P4

1 mol P4

124 g P4

x-3013 kJ

1 mol P4

x = -6470 kJ

Ar P = 31 g/mol

Perbandingan ∆H dan ∆E

Reaksi antara logam natrium dan air

2Na(s) + 2H2O(l) 2NaOH(aq) + H2(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 250C

1 mol H2 = 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

menaikkan suhu 1 gram zat

sebesar 1 derajat Celcius (J/g 0C)

Kapasitas kalor suatu zat (C) (J/0C)

adalah jumlah kalor yang

dibutuhkan untuk menaikkan suhu

sejumlah zat sebesar 1 derajat

CelciusC = ms

Kalor (q) diterima atau dilepaskan :

q = msDt

q = CDt

Dt = tfinal - tinitial

KALORIMETER

q positif endotermik

q negatif eksotermik

Berapa banyak kalor yang diberikan jika 869 g batang besi didinginkan dari suhu 940C menjadi 50C

s of Fe = 0.444 J/g • 0C

Dt = tfinal – tinitial = 50C – 940C = -890C

q = msDt = 869 g x 0.444 J/g • 0C x –890C = -34,000 J

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

DH0 (O2) = 0f

DH0 (O3) = 142 kJ/molf DH0 (C, graphite) = 0f

DH0 (C, intan) = 1.90 kJ/molf

Entalpi Pembentukan Standar (∆H0f) adalah perubahan kalor

yang dihasilkan ketika 1 mol suatu senyawa dibentuk dari

unsur -unsurnya pada tekanan 1 atm

Entalpi pembentukan standar setiap unsur dalam bentuknya

yang paling stabil adalah nol

Keadaan 1 atm

Pembentukan(∆H0f)

Entalpi perubahan standar (∆ H0reaksi)

didefiniskan sebagai entalpi reaksi yang

berlangsung pada tekanan 1 atm

aA + bB cC + dD

DH0rxn dDH0 (D)fcDH0 (C)f= [ + ] - bDH0 (B)faDH0 (A)f[ + ]

DH0rxn nDH0 (products)f= S mDH0 (reactants)fS-

Hukum Hess:bila reaktan diubah menjadi produk,

perubahan entalpinya adalah sama, terlepas apakah reaksi

berlangsung dalam satu tahap atau dalam beberapa tahap

(Entalpi adalah fungsi keadaan. Tidak peduli bagaimana

caranya, yg dilakukan adalah memulai dan mengakhirinya

reaksi

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

Hitung entalpi pembentukan standar dari CS2 (l) dimana:

C(graphite) + O2 (g) CO2 (g) DH0 = -393.5 kJrxn

S(rhombic) + O2 (g) SO2 (g) DH0 = -296.1 kJrxn

CS2(l) + 3O2 (g) CO2 (g) + 2SO2 (g) DH0 = -1072 kJrxn

1. Tuliskan entalpi pembentukan standar untuk CS2

C(graphite) + 2S(rhombic) CS2 (l)

2. Tambahkan reaksi yg diberikan shg hasilnya merupakan

reaksi yg diharapkanrxnC(graphite) + O2 (g) CO2 (g) DH0 = -393.5 kJ

2S(rhombic) + 2O2 (g) 2SO2 (g) DH0 = -296.1x2 kJrxn

CO2(g) + 2SO2 (g) CS2 (l) + 3O2 (g) DH0 = +1072 kJrxn+

C(graphite) + 2S(rhombic) CS2 (l)

DH0 = -393.5 + (2x-296.1) + 1072 = 86.3 kJrxn

Benzana (C6H6) 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.

2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)

DH0rxn nDH0 (products)f= S mDH0 (reactants)fS-

DH0rxn 6DH0 (H2O)f12DH0 (CO2)f= [ + ] - 2DH0 (C6H6)f[ ]

DH0rxn = [ 12x–393.5 + 6x–285,8] – [ 2x49.04 ] = -6534,88kJ

-6534,88 kJ

2 mol= - 3267,44 kJ/mol C6H6