KIMIA ANORGANIK II.ppt

46
BAB I ENERGI DALAM REAKSI KIMIA

Transcript of KIMIA ANORGANIK II.ppt

Page 1: KIMIA ANORGANIK II.ppt

BAB I ENERGI DALAM REAKSI KIMIA

Page 2: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja

• Energi Radiasi berasal dari matahari dan merupakan sumber energi utama di Bumi.

• Energi Termal adalah energi yang berkaitan dengan gerakan atom-atom dan molekul.

• Energi Kimia tersimpan dalam satuan struktur zat kimia.

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

• Energi Potential adalah energi yang tersedia akibat posisi suatu benda.

Page 3: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Kalor adalah perpindahan energi termal antara dua benda yang suhunya berbeda.

Perubahan Energi dalam Reaksi Kimia

Suhu adalah ukuran energi termal.

900C 400CEnergi termalnya lbh besar

(walaupun suhunya lebih rendah)

Suhu = Energi Termal

Page 4: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Termokimia adalah ilmu yang mempelajari perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia.

Sistem adalah bagian tertentu dr alam yg menjadi perhatian kita.

terbuka

massa & energiPerpindahan:

tertutup

energiterisolasi

tdk terjadi apa2

SISTEM

LINGKUNGAN

Page 5: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Proses eksotermik adalah setiap proses yang melepaskan kalor (yaitu, perpindahan energi termal ke lingkungan).

Proses endotermik adalah setiap proses dimana kalor harus disalurkan ke sistem oleh lingkungan.

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

H2O (g) H2O (l) + energi

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

Page 6: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Eksotermik Endotermik

6.2

Page 7: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Fungsi keadaan merupakan sifat-sifat yang ditentukan oleh keadaan sistem, terlepas dari cara keadaan tersebut dicapai.

Energi potential gravitasi potensial pendaki 1 dan pendaki 2 adalah sama, tidak bergantung pada lintasan yang dipilih.

energi, tekanan, volume, suhu

6.3

E = Ek. akhir – Ek. awal

P = Pk. akhir – Pk. awal

V = Vk. akhir- Vk. awal

T = Tk. akhir- Tk. awal

Page 8: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Hukum termodinamika pertama – energi dpt diubah dr satu bentuk ke bentuk yg lain, tetapi tdk dpt diciptakan atau dimusnahkan.

Esistem + Elingkungan = 0

or

Esistem = -Elingkungan

C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O

Reaksi kimia eksotermik!

6.3

Energi kimia yg hilang dr pembakaran = Energi yg diperoleh dari lingkungansistem lingkungan

Page 9: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Bentuk Hukum Pertama untuk Esistem

E = q + w

E perubahan energi dalam suatu sistem

q jumlah kalor yang dipertukarkan antar sistem dan lingkungan

w adalah kerja yang dilakukan pada (atau oleh) sistem tersebut

w = -PV ketika gas memuai thd tekanan eksternal yg konstan merupakan kerja yg dilakukan gas pd lingkungannya

Sistem menyerap kalor dari lingkungan: q bertanda +Sistem melepas kalor ke lingkungan: q bertanda –

Sistem melakukan kerja kpd lingkungan: w bertanda +Sistem menerima kerja dari lingkungan: w bertanda -

Page 10: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Kerja yang Dilakukan pada Suatu Sistemw = Fd

w = -P V

P x V = x d3 = Fd = wFd2

V > 0

-PV < 0

wsis < 0

kondisi awal Kondisi akhir

Page 11: KIMIA ANORGANIK II.ppt

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 pada tekanan tetap 3,7 atm?

w = -P V

V = 5,4 L – 1,6 L = 3,.8 L P = 3,7 atm

w = -3,7 atm x 3,8 L = -14,1 L•atm

w = -14,1 L•atm x 101,3 J1L•atm

= -1.430 J

Page 12: KIMIA ANORGANIK II.ppt
Page 13: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Entalpi Reaksi Kimia

E = q + w

E = H - PV

H = E + PV

q = H dan w = -PV

Pada tekanan konstan:

Page 14: KIMIA ANORGANIK II.ppt

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

Hproduk < Hreaktan

H < 0Hproduk > Hreaktan

H > 0

Page 15: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Persamaan Termokimia

H2O (s) H2O (l) H = 6,01 kJ

Apakah H negatif atau positif?

Sistem menerima panas

Endotermik

H > 0

6,01 kJ diterima untuk setiap 1 mol es yg meleleh pada suhu 00C dan tekanan 1 atm.

Page 16: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Persamaan Termokimia

CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) H = -890,4 kJ

Apakah H negatif atau positif?

Sistem melepas panas

Eksotermik

H < 0

890,4 kJ dilepaskan untuk setiap pembakaran 1 mol metana pada suhu 250C dan tekanan 1 atm.

Page 17: KIMIA ANORGANIK II.ppt

H2O (s) H2O (l) H = 6,01 kJ

• Koefisien stoikiometri selalu menunjukkan jumlah mol zat

Persamaan Termokimia

• Ketika kita membalik suatu persamaan, kita mengubah peran reaktan dan produk, H sama tetapi berubah tanda

H2O (l) H2O (s) H = -6,01 kJ

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

2H2O (s) 2H2O (l) H = 2 x 6,01 = 12,0 kJ

Page 18: KIMIA ANORGANIK II.ppt

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

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

Persamaan Termokimia

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

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

P4 (s) + 5O2 (g) P4O10 (s) H = -3.013 kJ

266 g P4

1 mol P4

123,9 g P4

x3.013 kJ1 mol P4

x = 6.470 kJ

Page 19: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Perbandingan H dan E

2Na (s) + 2H2O (l) 2NaOH (aq) + H2 (g) H = -367,5 kJ/mol

E = H - PV pada 25 0C, 1 mol H2 = 24,5 L pd 1 atm

PV = 1 atm x 24,5 L = 2,5 kJ

E = -367,5 kJ/mol – 2,5 kJ/mol = -370,0 kJ/mol

Page 20: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Tanda dari H dan Kespontanan

Semua reaksi pembakaran adalah spontan dan eksotermik:

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O(g) Horxn = -802 kJ

Besi berkarat secara spontan dan eksotermik:

2 Fe(s) + O2 (g) Fe2O3 (s) Horxn = -826 kJ

Senyawa-senyawa ion secara spontan terbentuk dari unsur-unsurnya dgn melepas kalor:

Na(s) + Cl2 (g) NaCl(s)

32

12

Horxn = -411 kJ

Pd tekanan normal, air membeku di bawah 0°C dan mencair di atas 0°C. keduanya adalah proses spontan, namun yang pertama termasuk eksotermik sedangkan yang kedua termasuk endotermik.

H2O(l) H2O(s) Horxn = -6,02 kJ

(eksotermik; spontan pada T < 0oC)H2O(s) H2O(l) Ho

rxn = +6,02 kJ (endotermik; spontan pada T > 0oC)

Page 21: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Apakah dengan menurunkan entalpi berarti bahwa suatu proses terjadi secara spontan?

CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) H0 = -890.4 kJ

H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l) H0 = -56.2 kJ

H2O (s) H2O (l) H0= 6.01 kJ

NH4NO3 (s) NH4+(aq) + NO3

- (aq) H0 = 25 kJH2O

Reaksi-reaksi Spontan

Page 22: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Entropi (S) adalah ukuran keacakan atau ketidakteraturan suatu sistem.

teratur SacakS

S = Sakhir - Sawal

Jika perubahan mengakibatkan kenaikan keacakan

Sf > Si S > 0

Untuk semua zat, keadaan padatnya lebih teratur daripada keadaan cair dan keadaan cairnya lebih teratur daripada keadaan gas

Spadat < Scari << Sgas

H2O (s) H2O (l) S > 0

Page 23: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Proses-proses yang

menghasilkan kenaikan entropi

(S > 0)

Page 24: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Memprediksi Nilai Entropi Relatif

Soal: 1. Pilihlah yang memiliki entropi lebih tinggi dalam masing-masing soal di bawah ini, dan jelaskan. (a) 1 mol NaCl(s) atau 1 mol NaCl(aq)

(b) 1 mol O2 dan 2 mol H2 atau 1 mol H2O (c) 1 mol H2O(s) atau 1 mol H2O(g)

(d) semangkuk sup pada 24oC atau pada 95oC 2. Apakah perubahan entropinya positif ataukah negatif untuk: (a) pembekuan etanol (b) penguapan bromin (c) pelarutan urea di dalam air (d) pendinginan gas N2

Page 25: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (Ssis)

aA + bB cC + dD

S0 dS0(D)cS0(C)= [ + ] - bS0(B)aS0(A)[ + ]

S0 nS0(produk)= mS0(reaktan)-

Entropi reaksi standar (S0 ) adalah perubahan entropi untuk reaksi yang terjadi pada1 atm dan 250C.

S0(CO) = 197,9 J/K•molS0(O2) = 205,0 J/K•mol

S0(CO2) = 213,6 J/K•mol

S0 = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)]

S0 = 427,2 – [395,8 + 205,0] = -173,6 J/K•mol

Tentukan tanda dari perubahan entropi untuk reaksi 2Zn (s) + O2 (g) 2ZnO (s)

Page 26: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Perubahan Entropi dalam Sistem (Ssis)

Ketika gas-gas dihasilkan (atau dipergunakan)

• Jika reaksi menghasilkan gas lebih banyak dibandingkan yang dipergunakan, S0 > 0.

• Jika jumlah total molekul gas berkurang, S0 < 0.

• Jika tidak ada perubahan bersih dalam jumlah total molekul gas, maka S0 bisa positif atau negatif TETAPI S0 nilainya akan kecil.

Tentukan tanda dari perubahan entropi untuk reaksi 2Zn (s) + O2 (g) 2ZnO (s)

Jumlah total molekul gas berkurang, S bertanda negatif.

Page 27: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Ssemesta = Ssis + Sling > 0Proses spontan :

Ssemesta = Ssis + Sling = 0Proses Kesetimbangan :

Energi Bebas Gibbs

Untuk proses suhu-konstan:

G = Hsis -TSsisEnergi Bebas

Gibbs(G)

G < 0 Reaksi spontan dalam arah maju.

G > 0 Reaksi nonspontan. Reaksi ini spontan dalam arah yang berlawanan.G = 0 Reaksi dalam kesetimbangan.

Page 28: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Kespontanan Reaksi dan Tanda untuk Ho, So, and Go

Ho So -T So Go Keterangan

- + - - spontan pada semua T

+ - + + nonspontan pada semua T

+ + - + atau - spontan pada T tinggi; nonspontan pada T rendah

- - + + atau - spontan pada T rendah; nonspontan pada T tinggi

Reaksi endotermik bisa spontan hanya jika terdapat kenaikan entropi (semakin tidak teratur).

Page 29: KIMIA ANORGANIK II.ppt

aA + bB cC + dD

G0 dG0 (D)fcG0 (C)f= [ + ] - bG0 (B)faG0 (A)f[ + ]

G0 nG0 (produk)f= mG0 (reaktan)f-

Energi-bebas reaksi standar (G0 ) adalah perubahan energi bebas suatu reaksi pada kondisi-kondisi standar.

Energi bebas pembentukan standar adalah perubahan energi bebas yang terjadi ketika 1 mol senyawa terbentuk dari unsur-unsurnya pada keadaan standar.

G0 dari semua unsur dalam bentuk standarnya adalah nol.

f

G0)

Page 30: KIMIA ANORGANIK II.ppt

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

G0 nG0 (produk)f= mG0 (reaktan)f-

Berapakah perubahan energi bebas standar untuk reaksi di bawah ini pada 25 0C?

G0 6G0 (H2O)f12G0 (CO2)f= [ + ] - 2G0 (C6H6)f[ ]

G0 = [ 12x–394,4 + 6x–237,2 ] – [ 2x124,5 ] = -6405 kJ

G0 = -6405 kJ < 0

spontan

Page 31: KIMIA ANORGANIK II.ppt
Page 32: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Persamaan penting yang menghubungkan antaraperubahan energi bebas gibbs dan konstanta kesetimbangan. Go = -RT ln K

Page 33: KIMIA ANORGANIK II.ppt

CUKUP

Page 34: KIMIA ANORGANIK II.ppt

CUKUP

Page 35: KIMIA ANORGANIK II.ppt

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

s dr Fe = 0,444 J/g • 0C

t = tk. akhir– tk. awal = 50C – 940C = -890C

q = mst = 869 g x 0,444 J/g • 0C x –890C = -34.000 J

6.5

Page 36: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Kalorimetri Volume-Konstan

Tidak ada kalor yang diserapatau dilepaskan!

qsistem = qair + qbom+ qreaksi

qsistem = 0

qreaksi = - (qair + qbom)

qair = mst

qbom = Cbomt

6.5

Reaksi pd V konstan

H ~ qreaksi

H = qreaksi

Page 37: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Kalorimetri Volume-Konstan

Tidak ada kalor yang diserapatau dilepaskan!

qsistem = qair + qkal + qreaksi

qsistem = 0

qreaksi = - (qair + qkal)

qair = mst

qkal = Ckalt

6.5

Reaksi pada P KonstanH = qreaksi

Page 38: KIMIA ANORGANIK II.ppt

6.5

Page 39: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Kimia dalam Kehidupan:

Nilai Energi Makanan dan Zat Lainnya

C6H12O6 (s) + 6O2 (g) 6CO2 (g) + 6H2O (l) H = -2.801 kJ/mol

1 kal = 4.184 J

1 Kal = 1.000 kal = 4.184 J

6.5

Page 40: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Karena tidak terdapat cara untuk mengukur nilai absolut dari entalpi suatu zat, haruskah dilakukan pengukuran pada perubahan entalpi dari setiap reaksi yg terjadi?

Titik rujukan “permukaan air laut” untuk semua ungkapan entalpi disebut entalpi pembentukan standar (H0).f

Entalpi Pembentukan Standar (H0) adalah perubahan kalor yang dihasilkan ketika 1 mol suatu senyawa dibentuk dari unsur-unsurnya pada tekanan 1 atm.

f

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

H0 (O2) = 0f

H0 (O3) = 142 kJ/molf

H0 (C, grafit) = 0f

H0 (C, intann) = 1,90 kJ/molf6.6

Page 41: KIMIA ANORGANIK II.ppt

6.6

Page 42: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Entalpi perubahan standar (H0 ) didefiniskan sebagai entalpi reaksi yang berlangsung pada tekanan 1 atm.

reaksi

aA + bB cC + dD

H0rxn dH0 (D)fcH0 (C)f= [ + ] - bH0 (B)faH0 (A)f[ + ]

H0rxn nH0 (produk)f= mH0 (reaktan)f-

6.6

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

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

Page 43: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Hitung entalpi pembentukan standar dari CS2 (l) dimana:C(grafit) + O2 (g) CO2 (g) H0 = -393,5 kJ reaksi

S(rombik) + O2 (g) SO2 (g) H0 = -296.1 kJreaksi

CS2(l) + 3O2 (g) CO2 (g) + 2SO2 (g) H0 = -1.072 kJrea

1. Tuliskan entalpi pembentukan standar untuk CS2

C(grafit) + 2S(rombik) CS2 (l)

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

reaksiC(grafit) + O2 (g) CO2 (g) H0 = -393,5 kJ

2S(rombik) + 2O2 (g) 2SO2 (g) H0 = -296,1x2 kJrea

CO2(g) + 2SO2 (g) CS2 (l) + 3O2 (g) H0 = +1.072 kJrea+

C(grafit) + 2S(rombik) CS2 (l)

H0 = -393,5 + (2x-296,1) + 1.072 = 86,3 kJrea6.6

Page 44: KIMIA ANORGANIK II.ppt

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)

H0rea nH0 (produk)f= mH0 (reaktan)f-

H0rea 6H0 (H2O)f12H0 (CO2)f= [ + ] - 2H0 (C6H6)f[ ]

H0rea = [ 12x–393,5 + 6x–187.6 ] – [ 2x49,04 ] = -5.946 kJ

-5.946 kJ2 mol

= - 2.973 kJ/mol C6H6

6.6

Page 45: KIMIA ANORGANIK II.ppt

entalpi cairan (Hcairan) adalah panas yang dilepaskan atau diterima ketika sejumlah cairan larut dalam sejumlah tertentu zat pelarut.

Hcair = Hcair - Hkomponen

6.7

Zat manakah yang dapat digunakan untuk mencairkan es?

Zat manakah yang dapat digunakan untuk pendingin?

Page 46: KIMIA ANORGANIK II.ppt

Proses pencairan NaCl

Hcair = Tahap 1 + Tahap 2 = 788 – 784 = 4 kJ/mol 6.7