Module SCE3109

TENAGA DALAM KIMIA SCE 3109

TOPIK 1 :

1.1 TERMOKIMIA

1.1.1 Pengenalan Termokimia1.1.2Perubahan Tenaga Dalam Tindak Balas

Kimia

1.2HUKUM PERTAMA TERMODINAMIK

1.2.1 Hukum Keabadian Tenaga1.2.2 Tenaga Dalaman1.2.3 Haba Tindak Balas

1


1.1 TERMOKIMIA

1.1.1 PENGENALAN

TENAGA - Keupayaan untuk melakukan kerja/perubahan

Dalam kimia, Kerja W - Perubahan tenaga yang terarah hasil daripada sesuatu proses.

Tenaga dan Kerja mempunyai unit yang sama, dalam SI, joule (J)

Ada pelbagai bentuk tenaga:

Tenaga Kinetik - Tenaga yang bersekutu dengan

objek yang bergerak, iaitu yang

mempunyai halaju.

Tenaga Radiasi - Tenaga solar, tenaga yang berasal daripada pancaran cahaya

matahari. Tenaga ini memanaskan atmosfera dan permukaan

2

Kerja, W = Daya (F) × Jarak (d)

Tenaga

Tenaga kinetik

Tenaga radiasi

Tenaga kimia

Tenaga terma

Tenaga keupayaan


bumi dan menyebabkan pelbagai aktiviti berlaku.

Tenaga Terma - Tenaga yang bersekutu dengan pergerakan rawak zarah-zarah

dalam sesuatu sistem.

Tenaga Kimia - Tenaga yang tersimpan di dalam bahan kimia.

Tenaga Keupayaan - Tenaga yang bersekutu dengan kedudukan sesuatu objek,

misalnya ketinggian.

1.1.2 PERUBAHAN TENAGA DALAM TINDAK BALAS KIMIA

Semua tindak balas kimia mengalami perubahan tenaga. Hasil tindak balas dan bahan

tindak balas mempunyai tenaga yang berbeza. Hampir semua perubahan tenaga yang

berlaku dalam tindak balas kimia berupa HABA. Haba adalah satu bentuk tenaga

terma.

Haba adalah pemindahan tenaga terma daripada dua jasad yang mempunyai suhu

yang berlainan.

Termokimia - Kajian tentang perubahan haba semasa tindak balas kimia.

1.2 HUKUM PERTAMA TERMODINAMIK

1.2.1 HUKUM KEABADIAN TENAGA

- Menyatakan bahawa tenaga tidak boleh dicipta maupun dimusnahkan, ia cuma

3


berubah bentuk.

- Semua bentuk tenaga boleh saling bertukar bentuk. Penukar bentuk tenaga adalah

mesin (semula jadi atau buatan). Semasa tenaga bertukar bentuk, magnitudnya

kekal, tidak bertambah, atau berkurang.

1.2.2 TENAGA DALAMAN

- Jumlah tenaga kinetik dan tenaga keupayaan

1.2.3 HABA TINDAK BALAS

Perubahan kandungan tenaga apabila 1 mol bahan tindak balas bertindak balas

atau 1 mol hasil tindak balas terbentuk dipanggil haba tindak balas dan diberi

simbol DH.

Unit tenaga bagi haba tindak balas ialah joule (J).

4


MUATAN HABA TENTU

Kapasiti haba sesuatu bahan ialah kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan

suhunya sebanyak 1K.

Q = perubahan haba

m = jisim bahan (g)

t = perubahan suhu

c = muatan haba tentu

Entalpi ialah kandungan haba dalam sistem

= perubahan haba

5


TINDAK BALAS EKSOTERMIK

- Tindak balas eksotermik adalah disertai dengan pembebasan tenaga haba ke

sekelilingnya.

- Tenaga haba yang dibebaskan akan menyebakan bekas yang menampung tindak

balas itu terasa panas apabila disentuh dengan tangan.

- Suhu campuran bahan-bahan tindak balas eksotermik akan menaik.

Perubahan tenaga tindak balas Eksotermik akan menunjukkan nilai negatif , DH =

negatif, iaitu

Perubahan Tenaga = Tenaga Hasil Tindak Balas - Tenaga Bahan Tindak Balas

ΔH = Hh - Hb

- Contoh-contoh :

Tindak balas pembakaran bahan api

Tindak balas pemendakan

Tindak balas penyesaran

Tindak balas peneutralan

6

Haba terbebas

http://ms.wikipedia.org/wiki/Negatif


TINDAK BALAS ENDOTERMIK

- Tindak balas endotermik adalah disertai dengan penyerapan tenaga haba

daripada sekeliling.

- Tenaga haba yang diserap daripada sekeliling akan menyebabkan bekas yang

menampung tindak balas itu terasa sejuk apabila disentuh dengan tangan.

- Suhu campuran bahan-bahan tindak balas endotermik akan menurun.

- Perubahan tenaga tindak balas Endotermik akan menunjukan nilai positif ,

DH = positif, iaitu

Perubahan Tenaga = Tenaga Hasil Tindak Balas - Tenaga Bahan Tindak Balas

ΔH = Hh - Hb

- Contoh-contoh:

Penguraian kalsium karbonat apabila dipanaskan dengan kuat.

Melarutkan garam ammonium klorida di dalam air

7

Haba diserap


1. ∆ bagi pembentukan 2mol air daripada hidrogen dan oksigen ialah -517.8kJ.

Tulis persamaan termokimia bagi tindak balas ini.

2. Diberi H2 (g) + O2 (g) H2O, ∆H= -287kJ

a) Apakah jenis tindak balas di atas.

b) Manakah ada entalpi yang lebih besar, bahan atau hasil tindak balas?

c) Apakah nilai ∆H bagi tindak balas. ?

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

8

SOALAN


3. Apabila serbuk zink ditambah ke dalam cawan plastik yang mengandungi 50cm3

larutan Cu2+ , suhu meningkat sebanyak 6.2 . Kapasiti haba tentu air ialah 4.2

Jg-1.

a) Tulis persamaan tindak balas yang berlaku.

b) Kira haba yang terbebas semasa tindak balas.

TOPIK 2:

9


2.1 TERMOKIMIA

2.1.1 Kalorimeter

2.1.2 Muatan Haba

10


2.1 TERMOKIMIA

2.1.1 KALORIMETER

1) Kalorimeter ialah pengiraan kuantitatif bagi haba yang diperlukan atau dihasilkan

semasa proses tidak balas kimia, perubahan fizikal dan muatan haba.

2) Kalorimeter ialah sebagai alat yang digunakan untuk mengira haba tindak balas

ketika menjelaskan proses tindak balas kimia yang berlaku.

3) Terdapat dua jenis kalorimeter iaitu “Coffee-Cup Calorimeter” and “Bomb

Calorimeter”.

a. “Coffee-Cup Calorimeter”

Alat ini merupakan satu alat yang ringkas yang direka untuk

digunakan di dalam makmal.

Ia direka menggunakan cawan polistirena dan termometer.

11


“Coffee-Cup Calorimeter”

Alat ini digunakan untuk mencari perubahan haba sesuatu bahan

yang terdiri daripada dua larutan.

Larutan tersebut perlu dimasukkan ke dalam kalorimeter dan catat

suhu awal dan suhu akhir setelah tindak balas selesai.

Apabila tindak balas berlaku pada tekanan tetap di dalam “Coffee-

Cup Calorimeter”, perubahan entalpi akan melibatkan haba dan

sedikit haba akan dibebaskan ke persekitaran (eksotermik) atau

diserap dari persekitaran (endotermik).

Cawan polistirena digunakan kerana ia merupakan bahan yang

mempunyai dinding penebat haba yang baik yang dapat mencegah

haba terbebas ke persekitaran.

12


b. “Bomb Calorimeter”

Jenis kalorimeter ini merupakan alat penyukat tindak balas haba

yang jitu dan ia mempunyai isi padu tetap.

Digunakan untuk menyukat perubahan tenaga untuk tindak balas

yang tidak akan berlaku sehingga dimulakan dengan sengaja.

Contohnya ialah pembakaran yang dinyalakan.

13


Bahan tindak balas akan diletakkan di dalam “bomb”, iaitu

diletakkan di dalam bekas yang ditutup dan di rendamkan di dalam

tangki air.

Tangki air tersebut besar dan bertindak sebagai penebat

sepenuhnya.

Apabila tindak balas berakhir, haba yang dilepaskan akan di serap

oleh periuk api (“bomb”), air dan sebarang kelengkapan yang

terdapat di dalam air. Seterusnya, suhu keseluruhan bahan di

dalam tangki akan meningkat.

Pengacau (stirrer) akan memastikan haba yang dibebaskan akan

disebarkan secara sekata sebelum suhu akhir akan diambil.

Daripada perubahan suhu dan muatan haba kalorimeter (air dan

semua yang terdapat di dalam air), suhu yang dibebaskan telah

dikira.

14


2.1.2 MUATAN HABA (HEAT CAPASITY)

1) Muatan haba ialah kuantiti haba sesuatu bahan yang diperlukan untuk

menaikkan suhunya sebanyak 1 .

2) Muatan haba sesuatu objek bergantung pada jisim objek dan jenis objek.

Muatan Haba Tentu (Specific Heat Capacity)

o Muatan haba tentu suatu bahan ialah haba yang diperlukan untuk

menaikkan suhu sebanyak 1 bagi 1kg bahan itu.

o Formulanya ialah:

c = muatan haba tentu

Q = kuantiti haba yang diserap atau dibebaskan

m = jisim objek

= perubahan suhu

o Unitnya ialah

Haba Pendam Tentu (Molar Heat Capacity)

o Kuantiti haba yang diperlukan untuk mengubah keadaan jirim sesuatu

bahan bergantung pada jisim bahan dan jenis bahan tersebut.

o Formulanya ialah:

L = haba pendam tentu

Q = kuantiti haba yang diserap atau dibebaskan

m = jisim

o Unitnya ialah

15


1) Tidak balas antara asid hidroklorik (HCl) dan natrium hidroksida (NaOH) dalam air

melibatkan tidak balas eksotermik.

HCl (aq) + NAOH(aq) NaCl (aq) + (l)

Dalam satu eksperimen, 50.00mL daripada 1.00 M HCl pada 28.5 telah diletakkan di

dalam “coffee-cup calorimeter”. Seterusnya, 50.00 mL daripada 1.00 M NaOH larutan

telah ditambah di mana suhunya juga 28.5 . Campuran telah dikacau serta merta dan

suhu larutan campuran telah meningkat kepada 35.4 . Apakah haba tindak balas?

Oleh sebab larutan adalah cair, kita menganggap muatan haba tentu ialah hampir

kepada air iaitu 4.184 J/g . Ketumpatan air ialah 1.00g/mL dan kita menganggap

larutan tersebut mempunyai ketumpatan yang hampir kepada air.

2) Glukosa merupakan punca tenaga kepada badan kita. Pembakaran glukosa ialah

Pembakaran 2.06g glukosa di dalam “bomb calorimeter” menyebabkan suhu air

meningkat daripada 29.45 kepada 31.44 . Kalorimeter mengandungi 982.0 g air.

Muatan haba bagi kalorimeter ialah 814 J/ . Muatan haba tentu air ialah 4.184 J/g

Kira haba pembakaran bagi 1 mol glukosa.

16

SOALAN

jawapan


3) Sampel bagi 4.0g besi telah dipanaskan daripada 0 - 20 . Ia telah menyerap 35.2 J

tenaga sebagai haba. Apakah muatan haba tentu bagi besi tersebut.

4) Berapakah muatan haba tentu bagi etanol apabila 700.0 J haba diperlukan untuk

menaikkan suhu bagi 80.0 g sampel daripada 30.0 kepada 45.0 ?

TOPIK 3 :

3.1 TERMOKIMIA

3.1.1 Entalpi

17


3.1.2 Tindak Balas Entalpi

18


3.1.1 ENTALPI

1) Definisi haba (entalpi)

o Kandungan tenaga yang tersimpan dalam sesuatu bahan atau sistem

o Simbol = ∆H

2) Definisi haba tindak balas

o Perubahan haba yang berlaku apabila bilangan mol bahan tindak balas

seperti yang ditunjukkan dalam persamaan kimia bertindak bersama pada

keadaan piawai untuk membentuk hasil tindakbalas dalam keadaan piawai

o Keadaan piawai ialah keadaan di mana:

Suhu = 25° C atau 298 K

Tekanan = 1 atm atau 101.3 kPa

Kepekatan = 1.0 mol dm-3

Bahan dan hasil tindakbalas mesti berada pada keadaan fizik yang

biasa pada suhu 25°C dan tekanan 1 atm

3) Jenis haba tindak balas

i. Haba pemendakan

Perubahan haba yang berlaku apabila 1 mol mendakan terbentuk

daripada tindak balas larutan ionnya pada keadaan piawai

Contoh:

Ag+ (ak) + Cl- (ak) AgCl (p) ∆H= -65.5 KJmol-1

ii. Haba penyesaran

Perubahan haba yang berlaku apabila satu mol logam disesarkan

daripada larutan garamnya pada keadaan piawai oleh logam yang lebih

elektropositif

Contoh:

Fe (p) + CuSO4 (ak) FeSO4 (ak) + Cu (p) ∆H= -150 KJmol-1

19


iii. Haba peneutralan

Haba yang dibebaskan apabila satu mol ion hidrogen daripada asid

bergabung dengan satu mol hidroksida untuk membentuk satu mol air

pada keadaan piawai

Contoh:

HNO3 (ak) + NaOH (ak) NaNO3 (ak) + H2 (ce) ∆H= -57 KJmol-1

iv. Haba pembakaran

Haba yang dibebaskan apabila satu mol bahan dibakar dengan lengkap

dalam oksigen pada keadaan piawai

Contoh:

CH4 (g) + 202 (g) CO2 (g) + 2H2O (ce) ∆H= -890 KJmol-1

4) Contoh soalan dan pengiraan

SOALAN:

Seorang pelajar menjalankan satu eksperimen untuk menentukan haba

pemendakan batrium sulfat di dalam makmal. Langkah berikut dilakukan.

Suhu awal 25cm3 larutan barium klorida 1.0 mol dm-3 dan 25cm3 larutan natrium

sulfat 1.0 moldm-3 dicatatkan. Kemudian, kedua- dua larutan tersebut

dicampurkan.Campuran dikacau dan suhu yang tertinggi yang dicapai

dicatatkan. Keputusan eksperimen berikut diperoleh.

Suhu awal larutan barium klorida = 28° C

Suhu awal larutan natrium sulfat = 30° C

Suhu tertinggi yang dicapai oleh campuran larutan = 34 °C

Hitungkan haba pemendakan bagi barium sulfat dalam eksperimen ini.

Kemudian, lakarkan gambar rajah aras tenaganya.

20


JAWAPAN:

1) Menulis persamaan tindak balas

BaCI2(ak) + Na2SO4(ak) BaSO4(p) + 2NaCI(ak)

2) Menghitung bilangan mol barium sulfat yang termendak

Bil mol BaCI2 dalam 25cm3 larutan

=

=

= 0.025 mol

Bil mol Na2SO4 dalam 25cm3 larutan

=

=

= 0.025 mol

Menurut persamaan, 1 mol BaCI2 bertindak balas dengan 1 mol Na2SO4 untuk

membentuk 1mol BaSO4

Jadi, 0.025 mol BaCI2 bertindak balas dengan 0.025 mol Na2SO4 untuk

membentuk 0.025 mol BaSO4

3) Menghitung perubahan haba dalam tindak balas

Jumlah isipadu larutan campuran

= 25cm3+ 25cm3

= 50cm3

Jisim larutan campuran,m

= isipadu larutan x ketumpatan larutan

21


= 50cm3 x 1

= 50 g

Suhu awal larutan

= purata suhu awal kedua- dua larutan

= =29° C

Perubahan suhu larutan

= suhu tertinggi- suhu awal

= 34- 29

= 5° C

Haba yang dibebaskan oleh tindakbalas pemendakan

= haba yang diserap oleh larutan

= mcƟ

= 50 g x 4.2 x 5

= 1050 kJ

= 1.05 kJ

4) Menghitung haba pemendakan

Pemendakan 0.025 mol BaSO4 akan membebaskan 1.05 kJ haba

Oleh itu, pemendakan 1 mol BaSO4 akan membebaskan = 42 kJ haba

Maka,

BaCI2(ak) + Na2SO4(ak) BaSO4(p) + 2NaCI(ak) ∆H= -42 KJmol-1

BaCI2(ak) + Na2SO4(ak)

∆H= -42 KJmol-1

22


BaSO4(p) + 2NaCI(ak)

5) Gambarajah aras tenaga

o Apabila tindak balas kimia berlaku, bahan tindak balas ditukarkan kepada hasil

tindak balas

o Kandungan tenaga bahan tindak balas berbeza daripada kandungan tenaga

hasil tindak balas. Jadi, terdapat suatu perubahan tenaga yang berlaku semasa

tindak balas kimia

o Perubahan tenaga ini diberikan simbol = ∆H

o Bagi tindak balas eksotermik, jumlah kandungan tenaga hasil tindak balas

adalah kurang daripada jumlah kandungan tenaga bahan tindak balas. Maka,

∆H adalah negatif

o Bagi tindak balas endotermik, jumlah kandungan tenaga hasil tindak balas

adalah lebih tinggi daripada jumlah kandungan tenaga bahan tindak balas.

Maka, ∆H adalah positif

o Perubahan tenaga dalam tindak balas eksotermik dan endotermik dapat

ditunjukkan dengan jelas dengan menggunakan gambarajah aras tenaga.

23

∆H = jumlah kandungan tenaga hasil tindak balas

– jumlah kandungan tenaga bahan tindak balas


Tindak balas eksotermik

Tindak balas endotermik

24


Kaji persamaan di bawah

Fe (s) + CuSO4 (aq) → Cu (s) + FeSO4 (aq) ∆H = -250 kJ mol-1

Jika serbuk besi ditambah kepada 100 cm3 larutan kuprum(II) sulfat 0.25 mol dm-3,

kirakan

i. Haba yang dibebaskan

ii. Peningkatan suhu

iii. Jisim kuprum yang disesarkan

iv. Jisim garam yang terbentuk

v. Lukis gambarajah aras tenaga

.

[Jmr = Cu, 64; Fe, 56; S, 32; O, 16]

25

SOALAN

mcm mana nk dapat jisim?


TOPIK 4 :

4.1 TERMOKIMIA

4.1.1 Entalpi

4.1.2 Hukum Hess

4.1.3 Entalpi Pembentukan

26


4.1.1 ENTALPI

Entalpi, H merupakan perubahan haba yang berlaku apabila 1 mol bahan terbentuk

daripada unsur-unsurnya pada tekanan tetap.

Entalpi, H ditakrifkan

Di mana

H adalah entalpi system @ tindak balas dalam Joules

U adalah tenaga dalaman system @ tindak balas dalam Joules

P adalah tekanan yang bertindak ke atas system @ tindak balas

V adalah isipadu system @ tindak balas dalam meter padu

4.1.2 HUKUM HESS

Hukum Hess menyatakan bahawa,

Haba keseluruhan atau akhir tindak balas adalah sama dengan jumlah haba proses

tindak balas.

ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 + ΔH4

Untuk menentukan entalpi suatu tindak balas, kita boleh menambah beberapa

tindak balas. Hasil yang diperolehi akan menunjukkan nilai yang sama.

Contoh untuk menentukan entalpi :

27


a) NO 2 :

Jadi, persamaan termokimia yang tepat adalah :

N2(g) + O2(g) -- -> 2NO2(g) ΔH = 68 KJ

b) CO 2

C(s) + ½O2(g) → CO(g) ΔHm = –110.5 kJ mol–1 = ΔH1

CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ΔHm = –283.0 kJ mol–1 = ΔH2

ΔHnet = –110.5 kJ mol–1 + (–283.0 kJ mol–1) = –393.5 kJ mol–1 = ΔH1 + ΔH2

Jadi, persamaan termokimia yang tepat adalah :

C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔHm = –393.5 kJ mol–1

Dengan mengetahui entalpi standard pembentukan NO2, maka kita boleh

menghitung nilai entalpi untuk tindak balas diatas. Melalui hukum Hess, kita dapat

28


mengira nilai entalpi sesuatu bahan dan unsur yang sukar ditentukan dalam makmal.

Terdapat beberapa perkara yang perlu diberi perhatian semasa mengaplikasikan

hukum Hess. Antaranya kita dapat menggabungkan beberapa tindak balas yang telah

diketahui entalpinya untuk memperoleh entalpi tindak balas yang dicari.

PERUBAHAN ENTALPI PEMBENTUKAN PIAWAI Δ .

Perubahan entalpi pembentukan piawai ialah haba yang diserapkan atau dibebaskan

apabila satu mol bahan dibentuk daripada unsur-unsurnya di bawah keadaan piawai.

Perubahan entalpi pembentukan piawai bagi bahan diberi symbol Δ .

Sebagai contoh, entalpi pembentukan piawai bagi air ialah –285.5 kJ mol–1. Ini merujuk

kepada perubahan berikut :

H2(g) + ½O2 (g) → H2O(l) Δ = –285.5 kJ mol–1

Ini bererti apabila 1 mol air (cecair) terbentuk daripada hydrogen (H) dan oksigen (O)

dalam keadaan bergas, 285.5 kJ haba dibebaskan (tindak balas eksotermik)

Secara lazim, perubahan entalpi pembentukan piawai bagi unsur-unsur di bawah

keadaan piawai diberikan nilai sifar.

Maka, perubahan entalpi pembentukan piawai bagi air boleh diwakili oleh profil tenaga

berikut :

29


Sesetengah perubahan entalpi pembentukan piawai adalah bernilai positif. Contohnya,

perubahan entalpi pembentukan piawai bagi etana, C2H2 adalah + 227 kJ mol–1.

2C (p) + H2 (g) → C2H2 (g) Δ . = + 227.0 kJ mol–1

Perubahan entalpi pembentukan piawai sesetengah bahan tidak boleh ditentukan

secara langsung oleh eksperimen. Misalnya, karbon tidak berpadu secara langsung

dengan dengan gas hydrogen di bawah sebarang keadaan untuk menghasilkan etana.

Perubahan entalpi pembentukan piawai bagi etana sebenarnya diperoleh dengan

menggunakan hukum Hess seperti berikut

C (p) + O2 (g) → CO2 (g) Δ = - 394 kJ mol–1

30

H2(g) + ½O2 (g)

H2O(l)

ΔH = –296 kJ mol–1


H2 (g) + O2 (g) → H2 O(g) Δ . = - 296 kJ mol–1

C2H2 (g) + O2 (g) → 2CO2 (p) + H2 O(ce) Δ . = - 1311 kJ mol–1

ΔH1, ΔH2 dan ΔH3 semuanya boleh ditentukan secara terus dalam makmal.kitaran

termokimia berikut digunakan :

2C (p) + H2 C2H2 (g)

2CO2 (p) + H2 O

Mengikut Hukum Hess :

+ ( - 1311) = 2(-394) + (-296)

= + 227 kJ mol-1

4.1.3 ENTALPI TINDAK BALAS DAN ENTALPI PEMBENTUKAN

Bagi suatu tindak balas am,

31

-394 2 -296-1311


A + B = C + D

Maka, perubahan entalpi, Δ tindak balas diberikan oleh formula berikut :

Δ = Δ (hasil) + Δ (bahan tindak balas)

Contoh :

2 Al (p) + Cr2O3 (p) → 2 Cr (p) + Al2O3 (p)

Diberikan : Δ (Al2O3) = - 1669 kJ mol–1

Δ (Cr2O3) = -1128 kJ mol–1

2 Al (p) + Cr2O3 (p) → 2 Cr (p) + Al2O3 (p)

ΔH : 0 -1128 0 - 1669

ΔH = ( - 1669 + 0 ) - ( - 1128 + 0 )

= - 541 kJ.

32


Jawapan yang sama juga dapat diperoleh dengan menggunakan Hukum Hess :

2 Al + Cr2O3 Al2O3 + 2 Cr

Al2O3 + Cr2O3

Mengikut Hukum Hess :

+ ( - 1128) = - 1169

= - 541 kJ

PERUBAHAN ENTALPI PEMBAKARAN PIAWAI Δ

1. Perubahan entalpi pembakaran piawai adalah haba yang dibebaskan apabila 1

mol bahan dibakar dengan lengkap dalam oksigen berlebihan di bawah keadaan

piawai.

2. Perubahan entalpi pembakaran piawai beberapa bahan diberikan berikut :

a. Δ (karbon)

33

-1128

x


C (p) + O2 (g) → CO2 (g) Δ = - 394 kJ mol–1

b. Δ (propana)

C3H8 (g) + 5O2 (g) → 3CO2 (g) + 4H2 O(ce) Δ . = - 2202 kJ mol–1

c. Δ (etanol)

C2H2OH (ce) + 3O2 (g) → 2CO2 (g) + 3H2 (ce) Δ . = - 1368 kJ mol–1

d. Δ (asid etanoik)

CH3COOH (ce) + 2O2(g) → 2CO2 (g) + 2H2O(ce) Δ . = - 876 kJ mol–1

CONTOH :

Apabila 1.5 g propanol, C3H7OH, dibakar dengan lengkap, haba yang dibebaskan

menaikkan suhu 1500 g air sebanyak 9.2 0C, hitungkan perubahan entalpi pembakaran

piawai propanol. (kapasiti haba tentu air = 4.2 Jg-1K-1)

Haba yang dibebaskan = mcΔt

= 1500 4.2 9.2

34


= 57.96 kJ

Bilangan mol propanol yang yang digunakan = = 0.017 mol

Perubahan entalpi pembakaran piawai =

= - 3409 kJ mol-1

MENGGUNAKAN NILAI Δ UNTUK MERAMALKAN KESTABILAN RELATIF

SEBATIAN

1. Haba pembentukan piawai bagi sebatian mewakili tenaga yang dipindah dari

atau kepada persekitaran apabila ikatan kimia dalam unsur berpecah dan ikatan

terbaru terbentuk dalam sebatian itu.

2. Nilai Δ sebatian memberi maklumat yang baik tentang kestabilannya dan

penguraian kepada unsur-unsurnya.

35


3. Sebatian yang sangat eksotermik dengan nilai Δ yang paling negatif biasanya

paling stabil dan tidak mudah terurai menjadi unsur-unsurnya.

4. Manakala, sebatian yang paling endotermik dengan nilai Δ yang paling positif

adalah tidak stabil dan cenderung untuk terurai (mungkin secara meletup)

dengan pemanasan sedikit ataupun pada keadaan biasa.

5. Contoh sebatian stabil dan tidak stabil:

Sebatian stabil Δ kJ mol-1 Sebatian tak stabil Δ mol-1

Al2O3 -1679 Cl2O7 -75.7

NaCl -411 NCl3 -230

HF -271 SnH4 -163

Perubahan entalpi pembentukan piawai bagi oksida dalam Kala 3 Jadual Berkala Unsur

ditunjukkan dalam jadual berikut.

Oksida Δ kJ mol-1 sebatian Δ mol-1 oksigen

Na2O - 416 - 832

MgO - 602 - 1204

Al2O3 - 1670 - 1113

SiO2 -911 -911

P4O10 -3012 -602

SO4 -395 -264

Cl2O7 + 265 + 76

36

Haba pembentukan piawai dan kestabilan


Perubahan kestabilan dari segi tenaga bertambah daripada Na2O hingga Al2O3 dan

menyusut daripada SiO2 hingga Cl2O7. Ini menerangkan sifat penurunan yang kuat bagi

magnesium dan aluminium dan ketakstabilan diklorin heptoksida, Cl2O7 yang mudah

meletup.

Perhatikan perkara berikut :

a. Bahan yang paling stabil terhadap penguraian kepada unsure-unsurnya (iaitu

sangat eksotermik) mungkin paling reaktif sebagai reagen.

b. Tidak berguna untuk membandingkan nilai Δ bagi sebatian yang tidak

mengandungi unsur yang sama, misalnya CO dengan SiCl4. Ini berbeza dengan

hidrida halogen. Nilai Δ berguna untuk menunjukkan kesan penambahan saiz

atom halogen terhadap kestabilan. Lebih kecil saiz halogen, lebih stabil hidrida

halogen itu.

F Cl Br I

Sebatian stabil HF (g) HCl (g) HBr HI (g)

Δ kJ mol-1 -271 -92 -36 + 26.5

Haba pembentukan hydrogen peroksida ialah -186 kJ mol-,

H2 (g) + O2 (g) → H2 O2(c) Δ . = - 186 kJ mol–1

Daripada data ini kita menyangka bahawa hydrogen peroksida sangat stabil,

namun mudah terurai menjadi air dan oksigen. Ia adalah kerana Δ hanya

37


menghuraikan kestabilan hydrogen peroksida secara relative terhadap unsure-

unsurnya. Oleh itu apabila hydrogen peroksida terurai, bahan itu tidak

menghasilkan hydrogen dan oksigen tetapi menghasilkan air dan oksigen:

H2O2 (c) → H2O (c) + ½O2 (g) Δ = –98 kJ mol–1

Ini bererti hydrogen peroksida tidak stabil secara tenaga berbanding air dan

oksigen. Contoh ini menunjukkan betapa pentingnya untuk menentukan terhadap

bahan apa sebatian itu stabil atau tidak stabil.

38


1. Perubahan entalpi beberapa tindak balas penyesaran diberikan berikut :

Cu(p) + 2 Ag+ (ak) → Cu2+ (g) + Ag (ak) ΔH1 = –148 kJ Zn(p) + 2 Ag+ (ak) → Zn2+ (ak) + 2Ag (p) ΔH2= – 363 kJ

Hitung ΔH bagi tindak balas berikut :

Zn(p) + Cu2+ (ak) → Zn2+ (ak) + Cu (p)

2. ΔH bagi tindak balas berikut 2 CO(g) + O2 (g) → 2 CO2 (g) adalah -566 kJ

Diberi bahawa ΔH bagi CO2 = - 394 KJ mol–1 . Hitung ΔH bagi CO.

3. Hitung H bagi persamaan :

NH3(g) + HCl(g) -----> NH4Cl(s)

Diberi :

½N2(g) + 1½H2(g) -----> NH3(g) H = -46.1 kJ/mol½H2(g) + ½Cl2(g) ------> HCl(g) H = -92.3 kJ/mol

½N2(g) + 2H2(g) + ½Cl2(g) -----> NH4Cl(s) H = -314.4 kJ/mol

4. Hitung H benzene C6H6 daripada data-data berikut :

C (p) + O2 (g) → CO2 (g) - 394 kJ

H2 (g) + O2 (g) → H2O (ce) - 286 kJ

39

SOALAN


C6H6 (ce) + O2 (g) → 6CO2

(g) + 3H2O (ce) - 3 273 kJ

TOPIK 5 :

5.1 TERMOKIMIA

5.1.1 Makanan dan Bahan Api

5.1.2 Tenaga Solar

40


5.1 TERMOKIMIA

5.1.1 MAKANAN DAN BAHAN API

MAKANAN

1. Tenaga yang terkandung dalam sesuatu makanan ialah kuantiti haba yang

dihasilkan apabila 1 gram makanan dioksidakan.

2. Unit untuk jumlah tenaga ialah joules per gram (Jg-1) atau kalori.

3. Jumlah tenaga untuk tiga kelas makanan yang utama ialah

- Karbohidrat: 22.2 kJg-1

- Proteins: 17.2 kJg-1

- Lipids: 38. 5 kJg-1

4. Jumlah tenaga boleh ditentukan dengan formula berikut:

Jumlah tenaga makanan = kuantiti air (ml) x pertambahan suhu ( o C) x 4.2 Jg -1 C -1

Kuantiti makanan(gram)

5. Jumlah tenaga makanan juga boleh ditentukan dengan bomb calorimeter.

BAHAN API

1. Bahan api ialah bahan kimia yang dapat dibakar untuk membebaskan tenaga

haba.

2. Kebanyakan bahan api yang digunakan adalah bahan api fosil seperti arang

batu, gas asli dan petroleum.

3. Bahan api yang berbeza mempunyai haba pembakaran yang berlainan.

4. Pemilihan bahan api untuk kegunaan industri adalah berdasarkan faktor berikut:

a) Haba pembakaran

41


b) Kos tenaga

c) Sumber bahan api

d) Kesan kepada alam sekitar

5. Ini bermakna bahan api yang digunakan mestilah merupakan bahan api yang

a) Menghasilkan tenaga haba yang banyak

b) Mempunyai harga yang rendah

c) Mudah diperoleh

d) Tidak mencemarkan alam sekitar

PETROLEUM

1. Petroleum biasanya merupakan sebatian pelbagai hidrokarbon, terutamanya siri

alkana, dan biasanya didapati di bahagian atas kerak bumi.

2. Terbentuk daripada pereputan sisa haiwan dan tumbuhan yang tenggelam ke

dasar laut berjuta-juta tahun dahulu.

3. Komponen-komponen petroleum berbeza dari segi saiz, oleh itu setiap

komponen mempunyai takat lebur dan takat didih tersendiri.

4. Perbezaan dalam takat didih ini membolehkan komponen-komponen petroleum

diasingkan melalui penyulingan berperingkat, iaitu cara penyulingan pada julat

suhu yang berlainan.

5. Proses industri bagi pengasingan komponen-komponen di dalam petroleum

dipanggil penapisan petroleum.

6. Kegunaan utama petroleum ialah sebagai sumber tenaga untuk menggerakkan

kenderaan.

7. Selain sebagai bahan bakar dan pelincir, petroleum turut digunakan dalam

pelbagai industri seperti pembuatan pelarut, baja serta racun perosak, sabun dan

detergen, pewangi, plastik, bahan letupan dan lain-lain.

42


Sifat Pecahan-Pecahan Petroleum Yang Diperolehi

Makin rendah takat didih pecahan petroleum itu ;

o makin kurang likat pecahan itu

o makin cerah warnanya

o makin mudah pecahan itu terbakar

o makin bersih nyalanya ( kurang berjelaga )

Makin tinggi takat didih pecahan petroleum itu ;

o makin likat pecahan itu

o makin gelap warnanya

o makin sukar pecahan itu terbakar

o makin berjelaga nyalanya.

43


Pecahan-pecahan Petroleum Dan Kegunaannya.

Pecahan Petroleum Kegunaan

Gas-gas petroleum

(takat didih paling rendah)

Dicairkan di bawah tekanan dan digunakan sebagai

gas untuk memasak.

Petrol Digunakan sebagai bahan api untuk kereta dan

kenderaan ringan.

Nafta Sumber bagi pembuatan plastik, dadah, dan kain

sintetik dalam industri petrokimia dan sebagai

pelarut

Kerosin Digunakan sebagai bahan api untuk pesawat

terbang serta untuk pemanasan dan pencahayaan

(lampu kerosin )

Diesel Digunakan sebagai bahan api untuk kenderaan

berat seperti bas , lori dan kereta api.

Minyak pelincir Digunakan sebagai pelincir untuk mengurangkan

geseran

Parafin Digunakan untuk membuat lilin,bahan penggilap dan

bahan pencuci

Minyak Bahan Api Digunakan sebagai bahan api dalam kapal , mesin

kilang dan stesen jana kuasa

Bitumen

(takat didih paling tinggi)

Digunakan untuk membuat jalan raya dan bahan

kalis air.

44


5.1.2 TENAGA SOLAR

1. Tenaga suria atau tenaga solar adalah teknologi untuk mendapatkan tenaga

berguna daripada cahaya matahari.

2. Tenaga matahari telah digunakan dalam banyak teknologi tradisional sejak

beberapa abad dan telah digunakan secara meluas ketika ketiadaan bekalan

tenaga lain, seperti di kawasan terpencil dan di angkasa lepas.

3. Tenaga matahari sekarang digunakan dalam beberapa pengunaan:

- Pemanasan (air panas, pemanasan bangunan, masakan)

- Generasi elektrik (fotovoltaik, enjin pemanasan)

- Penyahmasinan air laut.

4. Kegunaannya semakin meluas tatkala kesedaran mengenai kos persekitaran

dan bekalan terhad oleh sumber tenaga lain seperti bahan api fosil yang semakin

terasa.

45


1. Berikan definisi tenaga yang terkandung dalam makanan?

2. Terangkan secara ringkas mengenai bahan api

3. Nyatakan definisi petroleum.

4. Berikan dua pecahan komponen petroleum dan nyatakan kegunaannya.

46

SOALAN


TOPIK 6 :

6.1 ELEKTROKIMIA

6.1.1 Tindakbalas Pengoksidaan Dan Penurunan

47


6.1.1 TINDAKBALAS PENGOKSIDAAN DAN PENURUNAN

48


PERSAMAAN KIMIA

PENGOKSIDAAN PENURUNAN

Hilang Hidrogen

H2S(g) + CL2(g) 2HCL(g) + S(s)

Terima Hidrogen

H2 (g) + CL2 (g) 2HCL (g)

Terima Oksigen

2Ca (s) + O2 2CaO (s)

Hilang Oksigen

Zn (s) + CuO (s) ZnO (s) + Cu (s)

PERSAMAAN ION

49

hilang hidrogen penambahan hidrogen

penambahan oksigen kehilangan oksigen


PENGOKSIDAAN PENURUNAN

Fe2+ - e -----> Fe3+ Fe3+ + e -------> Fe2+

Cu2+ + 2e ----> CuAg+ + e -----> Ag

Zn - 2e ------> Zn2+

Cu - 2e ------> Cu2+

2Br- -2e -----> Br2

2I- -2e -----> I2

Br2 + 2e ------> 2Br-

Cl2 + 2e -------> 2Cl-

Fe - 2e -----> Fe2+ 2H2O + O2 + 4e ----> 4OH-

1) Tindak balas yang melibatkan penambahan dan kehilangan oksigen.

50

TINDAK BALAS REDOKSSatu tindak balas dimana proses pengoksidaan dan penurunan berlaku secara serentak.


2) Tindak balas yang melibatkan kehilangan dan penambahan electron

3) Tindak balas redoks yang melibatkan penambahan nombor pengoksidaan dan pengurangan nombor pengoksidaan.

Peraturan penentuan nombor pengoksidaan

Atom- atom dan molekul- molekul unsur bebas mempunyai nombor

pengoksidaan sifar. Contohnya, H2, O2, CL2

Nombor pengoksidaan unsur dalam ion monoatom adalah sama dengan cas

pada ion tersebut.contohnya H+ = +1

Petua-petua yang perlu dipatuhi apabila menentukan nombor pengoksidaan (N.P.)

atom di dalam bahan kimia

51

NOMBOR PENGOKSIDAANNombor pengoksidaan suatu unsur dalam suatu sebatian ialah cas yang diperolehi

oleh unsur itu apabila unsur itu wujud sebagai ion dalam sebatian tersebut dengan

membuat anggapan semua ikatan yang wujud dalam sebatian itu tidak dikira

sebatian ion atau kovalen. Ianya merupaan ikatan ion.


52

JENIS BAHAN

NOMBOR

PENGOKSIDAAN

CONTOH

Atom dalam unsur

0 Na, C, Cl, Cl2, O, O2, H, H2, Zn, Pb…..

Atom oksigen di dalam sebatian

-2

(kecuali di dalam peroksida = -1)

H2O, Na2O, PbO, CuO, CO2, H2SO4,

Na2CO3, H3PO4…….

Peroksida: NaO, H2O2…… Atom hidrogen di dalam sebatian

+1

(kecuali di dalam hidrida logam = -1)

H2O, H2SO4, HCl, CH4, HNO3, H3PO4,

…..

Hidrida logam: NaH, CaH2…….

Ion tunggal Sama dengan cas pada ion itu

Na+ = +1, Pb2+ = +2, Al3+ = +3…..

Cl- = -1 , O2- = -2, N3- = -3…. Ion kompleks Jumlah nombor

pengoksidaan setiap atom = cas pada ion itu

Petua ini boleh digunakan untuk menentukan N.P. atom yang tidak diketahui di dalam suatu ion atau sebatian ion yang mengandungi ion kompleks.

Apakah N.P. atom sulfur( S ), di dalam ion sulfat, SO4

2-?

Penyelesaian:

N.P. oksigen O = -2

Cas pada ion sulfat = 2-

Oleh itu,

(N.P. S) + 4(N.P. O) = -2

(N.P. S) + 4(-2) = -2

(N.P. S) + (-8) = -2

(N.P. S) = (-2) + (+8)

N.P. S = +6

SOALAN


1) Persamaan tindak balas antara Ferum (iii) Oksida dan Karbon Monoksida

ditunjukkan di bawah.

Fe2O3 (p) + 3CO (g) 2Fe (p) + 3CO2 (g)

Kenalpastikan agen penurunan dan agen pengoksidaan di dalam tindak balas di

atas.

2) Nyatakan samada unsur kimia yang digariskan di bawah telah mengalami

penurunan ataupun pengoksidaan.

I. Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu

II. PbO + CO Pb + CO2

III. 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

3) Apakah nombor pengoksidaan bagi Mangan di dalam sebatian Mangan, KMnO4?

4) Apakah nombor pengoksidaan bagi Sulfur di dalam ion thiosulfat, S2O32-?

53


TOPIK 7 :

7.1 ELEKTROKIMIA

7.1.1 Sel Voltan

54


1. Elektrokimia merupakan kajian tentang tindak balas kimia yang berlaku di dalam

larutan dan melibatkan pengaliran elektron di antara elektrod dan elektrolit.

2. Ia juga dipanggil tindak balas redoks.

3. Terdapat dua jenis tindak balas di dalam tindak balas redoks:

a. Tindak balas pengoksidaan

b. Tindak balas penurunan

4. Di dalam elektrokimia, tindak balas kimia hanya berlaku apabila terdapat pengaliran

arus elektrik dan menghasilkan perubahan kimia di dalam sesuatu larutan.

5. Sel voltan merupakan contoh sel elektrokimia yang menghasilkan arus elektrik hasil

daripada pembebasan tenaga oleh tindak balas redoks.

55

Apakah maksud elektrokimia???


1. Sel voltan ialah sel yang menghasilkan tenaga elektrik melalui tindak balas kimia

yang berlaku di dalamnya.

2. Struktur sel ringkas dibina dengan:

a. Mencelupkan dua kepingan logam berlainan ke dalam suatu elektrolit.

b. Menyambungkan dua kepingan logam itu melalui litar luar kepada sebuah

mentol, voltmeter atau galvanometer.

3. Arus elektrik yang terhasil dalam sel dapat dikesan melalui nyalaan mentol dan

pesongan jarum voltmeter atau galvanometer.

4. Contoh sel voltan adalah Sel Daniell.

56

Sel Voltan

Tenaga kimia Tenaga elektrik


RAJAH 1: PEMBINAAN SEL VOLTAN YANG RINGKAS

1. Logam yang berada di atas dalam SEK lebih bersifat elektropositif. Oleh

itu atom ini mudah membebaskan elektron untuk membentuk ion.

2. Penghasilan elektron yang banyak pada logam ini menyebabkan ia bertindak

sebagai terminal negatif dan dikenali sebagai katod.

3. Logam yang berada di bawah dalam SEK kurang bersifat elektropositif. Oleh

itu ion logam yang kurang elektropositif akan menerima elektron dan berubah

menjadi atom.

4. Logam ini akan bertindak sebagai terminal positif dan dikenali sebagai anod.

5. Elektron akan bergerak daripada logam yang lebih elektropositif ke logam

yang kurang elektropositif.

6. Pengaliran elektron yang berterusan dari terminal negatif ke terminal positif

melalui litar luar akan menghasilkan arus.

7. Logam yang lebih elektropositif akan melarut/ menjadi nipis/ berkurang

jisimnya.

8. Kepekatan larutan garam logam yang lebih elektropositif akan bertambah

kerana atom logam berubah menjadi ion.

9. Logam yang kurang elektropositif akan menebal/ bertambah jisim.

57

Bagaimana tindak balas elektrokimia berlaku dalam sel voltan?


10.Kepekatan larutan garam logam akan berkurang kerana ion logam berubah

menjadi atom logam.

11.Persamaan sel kimia boleh ditulis sebagai:

A/A+ // B+/B

Sel elektrolisis Sel voltan

Jenis elektrod:

Grafit atau dua jenis logam yang sama/ berbeza

Jenis elektrod:

Dua jenis logam yang berbeza

Tindak balas di terminal positif:

Kehilangan elektron

Tindak balas di terminal positif:

Penerimaan electron

Tindak balas di terminal negatif:

Penerimaan elektron

Tindak balas di terminal negatif:

Kehilangan electron

Perubahan bentuk tenaga:

Tenaga elektrik Tenaga kimia

Perubahan bentuk tenaga:

Tenaga kimia Tenaga elektrik

58

Perbandingan antara sel elektrolisis dengan sel voltan


Aliran elektron:

Elektrod positif Elektrod negatif

Aliran elektron:

Elektrod negatif Elektrod positif

Tindak balas di anod (Elektrod positif)

4OH- 2H2O + O2 + 4e

Pengoksidaan

Tindak balas di anod (Elektrod negatif)

Zn Zn2+ + 2e

Pengoksidaan

Tindak balas di katod ( Elektrod negatif)

Cu2+ + 2e Cu

Penurunan

Tindak balas di katod ( Elektrod positif)

2H+ + 2e H2

Penurunan

PERSAMAAN

Mengandungi elektrolit

Terdiri daripada dua elektrod

Melibatkan tindak balas kehilangan dan penerimaan elektron

Mempunyai elektrod positif dan negatif

59

Sel Kering


RAJAH 2: BINAAN SEL KERING

1. Sel kering ialah sel yang tidak menggunakan sebarang cecair.

2. Rod karbon dikelilingi oleh campuran mangan (IV) oksida dan serbuk karbon.

3. Fungsi setiap strukturnya adalah seperti berikut:

Struktur Fungsi

Rod karbon Bertindak sebagai terminal positif

Pembalut zink Bertindak sebagai terminal negative

Mangan (IV) oksida Mengurangkan pengutuban sel

Serbuk karbon Menambahkan luas permukaan

elektrod karbon

Pasta ammonium klorida Bertindak sebagai elektrolit

4. Tindak balas yang berlaku dalam sel kering ialah

60


a. Apabila sel digunakan (dinyahcas), pembalut zink (terminal negatif)

menderma elektron untuk membentuk ion Zn2+ .

Zn (p) Zn2+ + 2e-

b. Elektron yang dibebaskan akan mengalir melalui litar luar dan diterima

oleh ion NH4+ di rod karbon (terminal positif) untuk membentuk

ammonia dan hidrogen.

2NH4+(ak) + 2e- 2NH3(ak) + H2(g)

Persamaan ion keseluruhan:

Zn (p) + 2NH4+(ak) 2NH3(ak) + H2(g) + Zn2+

c. Pengaliran elektron dari pembalut zink melalui litar luar ke rod karbon

menghasilkan arus elektrik.

5. Ringkasan nyahcas sel kering:

RAJAH 3

61


Kebaikan sel kering:

tiada tumpahan elektrolit

mudah dibawa

murah

bersaiz kecil

voltan yang terhasil agak malar sebab tiada pengutuban sel

Kelemahan sel kering:

tidak dapat dicas semula

menghasilkan arus yang rendah

elektrolit keluar melalui pembalut zink yang bocor setelah sel digunakan

beberapa lama

62

SOALAN


Rajah 2: Tindak balas elektrokimia bagi Fe-Cu

a. Namakan logam yang lebih elektropositif dan yang kurang elektropositif?

b. Apakah larutan-larutan yang sesuai digunakan bagi A dan B?

c. Bagaimanakah arah pergerakan elektron?

d. Logam apakah yang bertindak sebagai terminal negatif?

e. Logam apakah yang bertindak sebagai terminal positif?

f. Tuliskan persamaan setengah bagi tindak balas yang berlaku di terminal negatif

dan terminal positif?

g. Apakah yang berlaku pada logam yang bertindak sebagai terminal negatif ?

h. Apakah yang berlaku pada logam yang bertindak sebagai terminal positif?

i. Apakah yang berlaku pada kepekatan larutan garam logam pada terminal

negatif?

j. Apakah yang berlaku kepada kepekatan larutan garam logam pada terminal

positif?

k. Tuliskan persamaan sel kimia bagi tindak balas elektrokimia di atas.

63


64


TOPIK 8 :

8.1 ELEKTROKIMIA

8.1.1 Daya Gerak Elektrik (e.m.f)

8.1.2 Keupayaan Penurunan

Piawai

8.1.3 Keupayaan Elektrod Piawai

65


8.1.1 VOLTAN SEL / DAYA GERAK ELEKTRIK (D.G.E)

- Sumber elektrik dari sel elektrik mengubahkan tenaga kimia kepada tenaga

keupayaan elektrik.

- Daya gerak elektrik (d.g.e) ialah keupayaan atau tenaga sesuatu punca erlektrik

untuk menggerakkan cas-cas elektrik dari satu terminal ke terminal yang lain.

- D.g.e. ditakrifkan sebagai jumlah tenaga yang dibekalkan oleh suatu sel untuk

menggerakkan satu coulomb cas dari satu terminal ke terminal yang lain.

- D.g.e juga boleh ditakrifkan sebagai beza keupayaan yang merentasi sel dalam

keadaan litar terbuka, iaitu semasa tiada arus mengalir.

- Nilai beza keupayaan yang dilabel pada satu sumber elektrik ialah daya gerak

elektrik bagi sumber itu.

- D.g.e boleh diukur dengan menggunakan sebuah voltmeter berintangan tinggi

yang disambung secara terus kepada terminal –terminal sel atau beteri itu.

- Unit d.g.e ialah volt (V).

- Dalam tindak balas yang berlaku dalam sel voltan, elektron akan mengalir dari

anod ke katod berdasarkan beza keupayaan tenaganya.

- Anod mempunyai tenaga keupayaan yang tinggi berbanding dengan katod.

Hasilnya, elektron akan mengalir dari anod ke katod melalui litar terbuka kepada

tenaga keupayaan yang rendah.

- Sel voltan ialah kombinasi dua setengah potensi sel dalam keadaan piawai

( 250C, 1 tekanan atmosfera dan ion dalam elektrolit mempunyai kepekatan 1M).

Sel voltan = E0katod-E0

anod

E0sel = E0

kanan-E0kiri

- Arus elektrik terhasil dengan gerakan electron daripada anod , melalui dawai ke

katod.

66


- Gerakan elektron menghasilkan daya elektromotif (emf)→

Emf sel dipanggil juga keupayaan sel. E0 sel

Keupayaan.piawai sel E0 sel jika larutan garam diguna adalah 1M.

emf diukur dalam volt (V) IV = 1J/1C

emf bergantung kepada:

- kepekatan sepsis yang mengalami tindak balas penurunan dan

pengoksidaan.

- suhu

8.1.2 KEUPAYAAN PENURUNAN PIAWAI

- Potensi penurunan standard adalah potensi untuk elektrod di mana semua

komponen berada dalam keadaan standard pada suhu 25 º C, dengan

kepekatan ion 1 M dantekanan gas satu atm.

- Jika proses pengoksidaan digunakan, maka tanda E0 harus disongsangkan.

Misalnya :

K+ (ak) + e = K (p) Proses penurunan E0=-2.92 V

tetapi K (p) = K+ + e Proses pengoksidaan E0=+2.92 V

67


68


8.1.3 KEUPAYAAN ELEKTROD PIAWAI

- Proses penurunan berlaku di elektrod.

- Nilai Eo adalah menunjukkan kuasa pengoksidaan sesuatu bahan dibandingkan

dengan pengoksidaan atom hydrogen.

- Nilai Eo, adalah hasil pengukuran satu sel dimana salah satu daripada

elektrodnya dibuat daripada elektrod hydrogen.

- Dalam pengukuran itu elektrod hydrogen di sifatkan sebagai titik bandingan,

dimana tindak balas pengoksidaan hydrogen diberikan keupayaan sifar

- Nilai keupayaan elektrod yang diukur pada keadaan piawai, E0

- Faktor yang mempengaruhi K.E.P

a. Kepekatan ion dalam larutan

b. Tekanan

c. Suhu

- Keadaan untuk mengukur keupayaan elektrod haruslah sama.

- Keadaan piawai yang dipilih ialah:

a. Kepekatan ion berair (akues) 1.0 mol dm-3

b. Tekananluar atau tekanan gas yang digunakanmestilah 1.0 atm/101 kpac.

c. Suhu ditetapkan pada 298K atau 25oC

d. Plantinumdigunakansebagaielektrod lengai bagisistem keseimbangan yang

tidak termasuk logam

- Semua ion adalah ion akues.

- Agen pengoksidaan ialah pada sebelah kiri danagen penurunan pada sebelah

kanan sel separa(half-cell)

‡

Zn2+(ak) + 2e- Zn (s)

Cl2(g) + 2e- 2Cl-(ak)

Fe3+(ak) + e- Fe2+(ak)

agen pengoksidaan agen penurunan

69


Contoh 1 :

‡

K.E.P zink ialah -0.76V

‡Zink merupakan kutub negatif apabila sambungkan pada elektrod hidrogen.

‡Tindak balas yang berlaku pada elektrod zink dan elektrod hydrogen ialah :

Zn(p) Zn2+(ak) + 2e

2H+(ak) + 2e H2(g)

‡

Kedudukan zink dalam siri K.E.P adalah lebih tinggi berbanding hydrogen.

Maka , zink merupakan agen penurunan yang lebih kuat

daripadahidrogen ,atau ion hidrogen akan menjadi agen pengoksidaan

yanglebih kuat berbanding ion zink.

Contoh 2 :

1) LEO goes GER

(Losing Electrons Oxidation, Gaining Electrons Reduction)

2) OARC

(Oxidation = anode, reduction = cathode)

Langkah 1: Tulis persamaan yang lengkap

Dua setengah potensi sel :

1) Ni/Ni2+

Jadi : Ni --> Ni2+ + 2 elektron (e-)

2) Cu/Cu2+

Jadi : Cu --> Cu2+ + 2e-

70


Langkah 2 : Cari nilai Eo dalam jadual ( standard REDUCTION potentials )

Ni2+ + 2e- --> Ni Eo = -0.257V

Cu2+ + 2e- --> Cu Eo = 0.340V

Langkah 3 : Kira keupayaan sel piawai

E sel = E katod - E anod

Anod : Ni --> Ni2+ + 2e- Eo = -0.257V

Katod : Cu2+ + 2e- --> Cu Eo= 0.340V

E sel = Ekatod - Eanod

= 0.340V - (-0.257V)

= 0.597V

KEGUNAAN SIRI KEUPAYAAN ELEKTROD PIAWAI

Siri ini digunakan untuk membandingkankekuatan relatif agen pengoksidaan dan penurunan.

Bagi agen penurunan, semakin negatif nilaiK.E.P, semakin kuat kuasa penurunan. Semasa

perbandingan, tanda nilai K.E.P tidak diubah.

Contoh :

Zn2+(ak) + 2e Zn (p) E0= -0.76V

Ini bermakna :

a . k u a s a Z n s e b a g a i a g e n p e n u r u n a n i a l a h - 0 . 7 6 V

b . k u a s a Z n 2+ sebagai agen pengoksidaan ialah -0.76V

71


1. Apakah yang dimaksudkan dengan daya gerak elektrik (d.g.e)?

2. Diberi keupayaan penurunan piawai ion perak dan ion besi(II)

Ag+ (aq) + e- Ag (s) E0 = 0.80 V

Fe2+ (aq) + 2e- Fe (s) E0 = -0.44 V

Cari E0sel sel elektrik.

3. Diberi keupayaan penurunan piawai seperti berikut :

Zn2+ (aq) + 2e- Zn (s) E0 = -0.76 V

Fe3+ (aq) + e- Fe2+ (aq) E0 = +0.77 V

Adakah Zn menurunkan ion Fe3+ kepada ion Fe2+ ?

72

SOALAN


TOPIK 9 :

9.1 ELEKTROKIMIA

9.1.1 Perubahan Spontan

Tindak Balas Redoks

9.1.2 Persamaan Nernst dan

Penggunaannya

73


9.1.1 PERUBAHAN SPONTAN TINDAK BALAS REDOKS.

PROSES SPONTAN

- Tindak balas yang berlaku apabila bahan-bahan tindak balas dibiarkan

bercampur dalam keadaan tertentu.

- Contohnya tindak balas yang berlaku pada suhu bilik dan tekanan atmosfera.

- Contoh tindak balas spontan:

o Air membeku pada suhu 0oC

o Kalium bertindak balas dengan air pada suhu bilik.

PROSES TAK SPONTAN

- Tindak balas yang berlaku dalam keadaan tertentu.

- Contohnya, merkuri (II) oksida tidak mengurai pada suhu bilik, tetapi jika

dipanaskan, sebatian ini akan mengurai secara spontan untuk membentuk

merkuri dan oksigen.

2HgO(p) -> 2 Hg (g) + O2 (g)

- Kemungkinan berlakunya tindak balas ini boleh diramal dengan menggunakan

o Siri elektrokimia

o Nilai E bagi tindak balas keseluruhan.

Kemungkinan tindak balas dan siri elektrokimia

- Agen pengoksidaan di sebelah kiri siri elektrokimia dapat mengoksidakan

mana-mana agen penurunan di sebelah kanan jika agen penurunan itu

berada di atasnya dalam siri elektrokimia.

o Contoh; Br2 boleh mengoksidakan iodida (I-) kepada iodin tetapi tidak

dapat bertindak balas dengan ion Cl- yang terletak di bawahnya. (rujuk siri

elektrokimia).

74


- Agen penurunan di sebelah kanan siri dapat menurunkan mana-mana agen

pengoksidaan di sebelah kiri jika agen pengoksidaan itu berada di

bawahnya dalam siri elektrokimia.

o Jika sekeping Magnesium terendam di dalam larutan kuprum sulfat,

sebahagian daripada Magnesium itu akan larut dan logam kuprum akan

terenap di permukaan yang tertinggal dan warna biru larutan Cu2+ hilang

jika magnesium berlebihan digunakan.

Kemungkinan tindak balas dan nilai E sel.

- Keupayaan elektrod piawai bagi dua sistem boleh digabungkan untuk

menentukan sama ada tindak balas redoks di bawah keadaan piawai boleh

berlaku secara spontan.

- Contoh;

a) Sn 2+ (ak) + 2Fe3+ (ak) Sn 4+ (ak) + 2Fe2+ (ak)

Sn 2+ (ak) = Sn 4+ (ak) + 2e E = -0.15 V

2Fe3+ (ak) + e = 2Fe2+ (ak) E = +0.77V

Sn 2+ (ak) + 2Fe3+ (ak) Sn 4+ (ak) + 2Fe2+ (ak)

E = -0.15 V + 0.77V = +0.62 V

( E adalah positif, maka tindak balas ini boleh berlaku.)

b) H2O2 (ak) + I2 (p) 2H+ (ak) + 2I- (ak) + O2 (g)

H2O2 (ak) 2H+ (ak) + O2 (g) + 2e E =-0.68 V

I2 (p) + 2e 2I- (ak) E = +0.54 V

H2O2 (ak) + I2 (p) 2H+ (ak) + 2I- (ak) + O2 (g)

E = (-0.68V) + (0.54V) = - 0.14V

(E adalah negatif, maka tindak balas ini tidak boleh berlaku)

75


9.1.2 PERSAMAAN NERNST DAN PENGGUNAANNYA

1. Jika kepekatan ion atau suhu berubah, keupayaan elektrod (E) akan berubah

dan d.g.e sel akan berubah juga.

2. Nilai E bergantung pada

Kepekatan ion dan suhu

Nilai pH (keasidan) larutan

Kesan pembentukan kompleks

3. Hubungan di antara kepekatan ion dan keupayaan elektrod diberi dalam

persamaan Nernst;

4. Persamaan ini menunjukkan bahawa kenaikan suhu menaikkan nilai keupayaan

elektrod (E), iaitu E menjadi lebih positif.

5. Keupayaan elektrod menjadi lebih positif apabila kepekatan ion-ion dalam

setengah sel bertambah dan kurang positif apabila kepekatannya berkurangan.

76

E = E + ln [ion] atau

E = E + ln [Mz+]

E= keupayaan elektrod baru (V)

E = keupayaan elektrod piawai (V)

R = pemalar gas (8.31J K-1)

T = suhu (K)

F = pemalar Faraday (96500C)

z = cas pada ion logam dalam sel


Kesan kepekatan ion terhadap d.g.e sel.

Contoh:

Cu (p) / Cu2+ (ak) Ag+ (ak)/ Ag (p)

Setengah tindak balas sel ialah :

Cu2+ (ak) + 2e = Cu (p) E = + 0.34 V

Ag+ (ak) + e = Ag (p) E = + 0.80 V

d.g.e sel = (0.80V) – (0.34V) = 0.46V (pada keadaan piawai)

Pemalar keseimbangan dan persamaan Nernst.

1. Tindak balas redoks yang berlaku dalam sel Daniel ialah;

Zn (p) + Cu2+ (ak) Zn2+ (ak) + Cu (p)

K c bagi sistem keseimbangan heterogen =

Dengan menggunakan persamaan Nernst, kita dapati;

77

Jika kepekatan ion Cu2+ dalam setengah sel kuprum dikurangkan, maka ECu dikurangkan dan d.g.e sel bertambah, iaitu lebih besar daripada + 0.46V.

Ini boleh diramalkan daripada prinsip Le Chartelier seperti berikut.

Tindak balas keseluruhan bagi sel ini adalah;

Cu (p) + 2 Ag+ (ak) 2Ag(p) + Cu2+ (ak)

Jika kepekatan Cu2+ diturunkan, keseimbangan akan beralih ke kanan oleh itu nilai d.g.e bertambah.


Esel = E sel + lg

Apabila tindak balas redoks dalam sel Daniel mencapai keseimbangan, d.g.e sel = 0. Maka,

0 = E sel + lg atau

0 = E sel - lg

Iaitu, E sel = lg

E sel daniel = lg K c

Contoh :

Pada suhu 298 K, nilai d.g.e sel Dainel = 1.10V. Hitungkan K c bagi tindak balas redoks

dalam sel ini. (1CV = 1J)

= 2.303 x 8.31 ( JK -1 mol -1 ) x 298(K)

2 x 9.65 x 104 (Cmol-1)

= 0.0295 JC-1

E sel

= 0.0295 lg K c

78


lg K c = 37.3

K c = 1.9 x 1037

1. Dengan menggunakan nilai E yang terdapat dalam siri elektrokimia,

ramalkan sama ada bahan-bahan berikut boleh bertindak balas dengan satu

sama lain. Tuliskan persamaan ion bagi pasangan bahan yang bertindak

balas.

a. Sn2+ (ak) + Zn (p)

b. Br2 (ak)+I- (ak)

c. I2 (ak)+Cl- (ak)

d. Fe2+ (ak)+ Cu(p)

2. (a) Dengan merujuk siri elektrokimia hitung nilai E bagi tindak balas antara:

i. KMnO4 dan KBr

ii. Fe2(SO4)3 dan Cl2

iii. VO2Cl dan SnCl2

(b) Nyatakan sama ada tindak balas boleh berlaku secara spontan,

3. Pada suhu 298K, d.g.e sel Daniel = 1.10V. hitungkan Kc bagi tindak balas

redoks dalam sel ini. (1CV=1J)

79

SOALAN


TOPIK 10 :

10.1 ELEKTROKIMIA

10.1.1 Penggunaan Elektrokimia

10.1.2 Aplikasi Elektrokimia

10.1.3 Bateri

10.1.4Kakis

an Besi80


81


10.1.1 10.1.1 PENGGUNAAN ELEKTROKIMIAPENGGUNAAN ELEKTROKIMIA

Meramalkan kebolehan suatu logam menyesarkan logam lain daripada larutan

garamnya.

Membuat perbandingan kualitatif voltan sel – berdasarkan kedudukan relatif logam

dalam Siri Elektrokimia (SE).

Menentukan kekutuban terminal sel ringkas

– (ke atas SE: terminal –ve) sel kimia

– (ke bwh SE: terminal +ve) sel kimia

10.1.210.1.2 APLIKASI ELEKTROKIMIA APLIKASI ELEKTROKIMIA

Pembuatan dan penggunaan bateri

Prinsip elektrokimia dalam tampalan gigi

- penggunaan bahan tampalan gigi (Amalgam) iaitu amalgam argentum (campuran

argentum+merkuri) & amalgam stanum (campuran stanum+merkuri).

10.1.3 10.1.3 BATERIBATERI

Voltan sel PeneranganTerminal

Negatif (-)

Terminal

Positif (+)Elektrolit Penggunaan

1) Sel kering 1.5

V

- sel yang biasa

digunakan

- menghasilkan

tenaga elektrik

1.5V

zink Rod karbon Campuran

ammonium

klorida dan

zink klorida

Diguna dalam

perkakas elektrik

seperti radio,

kalkulator, lampu

picit dan pencukur

elektrik

82


Voltan sel PeneranganTerminal

Negatif (-)

Terminal

Positif (+)Elektrolit Penggunaan

2) Akumulator

Plumbum- Asid

- menghasilkan

tenaga elektrik 12V

Plumbum Plumbum

(IV) oksida

Asid sulfurik

cair

- Sebagai bateri

kenderaan untuk

lori & kereta.

- membekalkan

tenaga elektrik

kepada kapal selam

& peralatan

kecemasan di

hospital.

3) Sel merkuri - berbentuk seperti

butang

- membekalkan

arus 1.2 V

Zink Mercury (II)

oksida

Campuran

zink

hidroksida

dan larutan

kalium

hidroksida

- digunakan dalam

kamera dan jam

tangan

4) Sel Alkali - sama sepert sel

kering tetapi ia

menggunakan

elektrolit yang

berbeza.

Zink Mangan (IV)

oksida

Litium

oksida/kaliu

m

hidroksida/

larutan

natrium

hidroksida

- digunakan dalam

perkakas elektrik

seperti jam loceng,

lampu picit, radio,

mainan kanak-

kanak

5) Sel Nikel-

Kadmium

- mempunyai

prinsip yg sama spt

akumulator

plumbum-asid ttp

menggunakan

larutan kimia yg

berbeza.

Kadmium Nikel (IV)

oksida

Larutan

Kalium

hidroksida

- digunakan dlm

perkakas elektrik

seperti bor ,telefon

bimbit, sistem

lampu kecemasan.

83


10.1.3 10.1.3 KAKISAN BESIKAKISAN BESI

- Tindak balas kakisan tindak balas redoks logam dengan beberapa bahan dalam

keadaan tertentu ditukarkan kepada sebatian yang tidak diingini.

- Suatu logam terkakis melalui proses pengoksidaan apabila atom logam itu melepaskan

elektron.

a)a) Pengaratan BesiPengaratan Besi

1) Pengaratan proses elektrolisis yang berlaku apabila logam terdedah kepada oksigen

dan air.

2) Ferum berkarat apabila kelembapan permukaannya mengandungi kepekataan oksigen

yang berbeza. Elektron dipindah dari tempat kandungan O2 rendahtinggi.

3) Apabila besi berkarat, ia bertindakbalas dengan oksigen dan air untuk membentuk

Ferum (III) oksida terhidrat, Fe2O3.xH2O, yang dipanggil karat.

4) Besi akan terkakis jika atom besi melepaskan elektronnya.

5) Besi hanya akan terkakis jika oksigen dan air yang bertindak sebagai agen

pengoksidaan bersentuhan dengan besi.

6) Oleh kerana kepekatan oksigen terlarut di bahagian tengah titisan air adalah lebih

rendah daripada bahagian pinggirnya, maka atom besi di bahagian tengah titisan air

mengalami proses pengoksidaan:

i) di Anod / terminal –ve (kurang udara)

84


Fe (p) Fe2+ (ak) + 2e

7) Elektron yang dilepaskan oleh atom besi bergerak ke pinggir titisan air. Molekul oksigen

dan molekul air mengalami proses penurunan:

ii) di Katod / terminal +ve (banyak udara)

O2+ 2H2O + 4e 4OH-

8) Ion ferum(II) yang terhasil akan berpadu dengan ion hidroksida untuk membentuk

mendakan ferum(II) hidroksida:

Fe2+ (ak) + 2OH-(ak) Fe (OH)2 (p)

9) Ferum (II) hidroksida akan dioksidakan oleh oksigen di udara kepada ferum (III) oksida

terhidrat yang berwarna perang yang dipanggil karat besi.

4Fe2+ (ak) + 2H2O + O2 4Fe (OH)3 (p)

85

2Fe (OH)3 (p) Fe2O3.xH2O (p) + (3-x) H2O

karat besi


b)b) Faktor Pengaratan BesiFaktor Pengaratan Besi

1) Kereaktifan sesuatu logam

2) Kehadiran kekotoran (impurities) pada logam

3) Kehadiran udara (oksigen), kelembapan, sebatian berasid, gas seperti SO2 and CO2

4) Kehadiran elektrolit

c) Pencegahan Pengaratan Besic) Pencegahan Pengaratan Besi

i) Pembentukan aloi

- Besi dialoikan dengan logam lain untuk membentuk aloi yang tahan kakisan.

- Logam-logam pengaloi termasuk kromium, nikel dan mangan dan keluli nirkarat.

ii) Penggunaan lapisan perlindungan

- Kaedah ini menghalang logam bersentuhan dengan kelembapan dan udara dengan

menutup permukaan besi dengan:

i) lapisan cat

ii) lapisan minyak atau gris

iii) menyadur dengan logam kalis karat seperti Ni, Cr, Al, Sn, Zn, emas

iv) lapisan larutan fosfat beralkali (antikarat).

ii) Penggunaan logam/elektrod korban

- Teknik ini menggunakan prinsip yang mana jika sesuatu logam yang lebih reaktif

bersentuhan dengan besi logam yang lebih reaktif itu akan dioksidakan dan bukan besi.

- Contohnya, proses penggalvanian menyalut permukaan besi dengan suatu lapisan

nipis zink. Penggalvainian melindungi besi daripada berkarat biarpun selepas

permukaan salutan dipecahkan.

- Jika permukaan besi bergalvani itu tercalar dan besi itu terdedah kepada udara lembap,

Zn larut dan bukan besi kerana Zn lebih elektroposiitif.

- Satu lapisan Zn (OH)2 cepat terbentuk dan menghentikan kakisan yang seterusnya.

86


Zn (p) Zn2+ (ak) + 2e (anod: pengoksidaan berlaku)

H2O + ½O2 (ak) + 2e 2OH- (ak)

Zn2+ + 2OH- Zn (OH)2

- Perlindungan seperti ini disebut perlindungan katod dan elektrod zink disebut elektrod

korban.

87


1) Senaraikan jenis-jenis bateri yang digunakan dalam kehidupan seharian kita.

i) ___________________________________

ii) ___________________________________

iii)___________________________________

iv)___________________________________

v) ___________________________________

2) Nyatakan definisi pengaratan.

___________________________________________________________

3) Nyatakan faktor-faktor yang boleh menyebabkan pengaratan besi.

i) _______________________________________

ii) _______________________________________

iii) _______________________________________

iv) _______________________________________

4) Nyatakan tiga langkah mencegah pengaratan.

i) ___________________________________

ii) ___________________________________

88

SOALAN


iii)___________________________________

TOPIK 11 :

11.1 ELEKTROKIMIA

11.1.1 Elektrolisis

11.1.2 Aspek Kuantitatif

Elektrolisis

89


11.1.1 ELEKTROLISIS

1. Apabila suatu arus terus dialir melalui suatu elektrolit, tindakbalas kimia akan

berlaku pada elektrod-elektrod. Proses ini disebut elektrolisis.

2. Elektrolisis ialah proses penguraian elektrolit oleh arus elektrik.

Sel Elektrolisis

1. Sel elektrokimia menggunakan tindakbalas redoks untuk menghasilkan tenaga

elektrik, tetapi sel elektrolisis menggunakan tenaga elektrik untuk menghasilkan

tindak balas redoks.

2. Gambar rajah ringkas bagi suatu sel elektrolisis ditunjukkan dalam rajah berikut:

3. Elektrod yang disambungkan kebada kutub positif sel disebut anod.Elektrod

yang disambungkan kepada kutub negatif sel disebut katod.

4. Pada anod tindak balas pengoksidaan berlaku. Pada katod tindakbalas

penurunan berlaku.

Elektrolisis Plumbum (II) Bromida Lebur

1. Gambar rajah berikut menunjukkan susunan radas elektrolisis plumbum(II)

bromida lebur menggunakan elektrod-elektrod platinum (elektrod lengai)

90


2. Apabila pepejal plumbum(II) bromida dileburkan, ion-ion Pb2+ dan Br-

dibebaskan untuk menghasilkan suatu elektrolit:

PbBr2(p) Pb2+(c) + 2Br-(c)

3. Ion-ion Br- (anion) ditarik kepada anod di mana ia membebaskan elektron dan

dioksidakan menjadi bromin:

2Br-(c) Br2(c)+2e

4. Ion-ion Pb2+ (kation) ditarik kepada katod di mana ia menerima elektron dan

diturunkan menjadi logam (atom) plumbum:

Pb2+(c)+2e Pb(p)

Faktor-faktor yang mempengaruhi elektrolisis

1. Pertimbangkan elektrolisis suatu larutan berair kuprum (II) sulfat(VI), CuSO4 ,

dengan menggunakan elektrod-elektrod platinum.

2. Ion-ion yang hadir dalam larutan elektrolit ialah:

CuSO4(ak) Cu2+(ak) + SO42-(ak)

H2O(c) H+(ak) + OH-(ak)

3. Ion-ion positif, Cu2+ dan H+ akan ditarik kepada katod di mana dua tindak balas

mungkin berlaku:

Cu2+ (ak) + 2e Cu(p)

2H+ (ak) + 2e H2 (g)

Tetapi proes yang manakah sebenarnya berlaku? Gas hidrogen dibebaskan atau

kuprum dienapkan?

91


4. Ion-ion negative, OH- dan SO42- akan ditarik kepada anod di mana dua tindak

balas mungkin berlaku:

4OH- (ak) 2H2O(c) + O2(g) + 4e

2SO42-(ak) S2O8

2-(ak) + 2e

Sekali lagi, gas oksigen akan dibebaskan atau ion peroksodisulfat(VI) akan

terbentuk?

5. Antara factor-faktor utama yang mungkin mempengaruhi hail elektrolisis ialah:

a. Nilai keupayaan elektrod biawai spesies-spesies berkenaan

b. Kepekatan ion

c. Jenis elektrod yang digunakan

11.1.2 ASPEK KUANTITATIF ELEKTROLISIS

Pengenalan

Elektrod yang bercas negatif akan menarik ion positif ke arahnya dari larutan. Ia mendermakan sebahagian elektronnya yang berlebihan kepada kataion. Maka, elektrod katod ini adalah agen penurunan dan mengoksidakan bahan larutan yang tertarik ke arahnya.

92


Elektrod positif pula akan menarik ion negatif dan menerima elektron daripada ion-ion tersebut, menjadikannya agen pengoksidaan, iaitu menurunkan larutan yang tertarik ke arahnya.Contohnya, apabila elektrik aras terus dialirkan melalui 1 M HCl, ion H3O+ dalam larutan ini akan tertarik kepada katod dan ion Cl– menuju ke anod. Di katod, H3O+ akan diturunkan kepada gas hidrogen berdasarkan persamaan separa tersebut.

2H+ + 2e– → H2 (1a)

Di anod, elektron akan diterima daripada ion Cl– , menurunkannya kepada Cl2:

2Cl– → Cl2 + 2e– (1b)

Semasa elektrolisis gas H2(g) dan Cl2(g) terhasil di kedua-dua katod dan anod. Persamaan penuh adalah seperti di bawah.

2H+(aq) + 2Cl–(aq) → H2(g) + Cl2(g) (1) atau 2H3O+(aq) + 2Cl–(aq) → H2(g) + Cl2(g) + 2H2O(l)

Tindakbalas [Eq. (1)] adalah unduran daripada tindakbalas spontan daripada gabungan H2(g) dengan Cl2(g) membentuk HCl(aq). Hasil ini hanya terhasil daripada elektrolisis sempurna, namun ketika elektrolisis sebenar, tindakbalas sampingan turut berlaku di dalam sistem. Ini kerana molekur air juga boleh mengion dan menderma atau menerima ion seperti kebanyakan larutan kimia yang lain. Ini sudah tentu menyebabkannya dioksidakan atau diturunkan, menyekat bahan elektrolisi sebenar daripada bertindakbalas.

. Contohnya ialah lithium florida, LiF. Kita mungkin menjangkakan penurunan Li+ di katod da pengoksidaan F– di anod.

Li+(aq) + e– → Li(s) (2a) 2F–(aq) → F2(g) + 2e– (2b)

Walaubagaimanapun, Li+ adalah penerima elektron yang sangat lemah dan adalah amat sukar untuk bahan tersebut bertindakbalas. Maka, elektron berlebihan daripada katod akan diterima oleh molekul air

2H2O(l) + 2e– → 2OH–(aq) + H2(g) (3a)

93


Sama seperti situasi di atas, ion F– adalah agen penurunan yang terlalu lemah, lebih lemah daripada molekul air. maka separuh persamaan yang terhasil adalah seperti berikut. 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e– (3b) Maka, persamaan penuh yang terhasil adalah seperti berikut:2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) (3)

Siri Elektrokimia

K Kalium -Lebih elektropositif Na Natrium - suka jadi ionCa Kalsium -mudah terkakis Mg Magnesium Al AluminiumZn ZinkFe FerumSn StanumPb PlumbumH HidrogenCu KuprumHg Merkuri -kurang elektropositif Ag Argentum -suka menjadi atom/molekulAu Emas/ Gold -mudah dinyahcas -tahan kakis

JARH Hidrogen 1He Helium 4C Karbon 12N Nitrogen 14O Oksigen 16Ne Neon 20Na Natrium 23Mg Magnesium 24Al Aluminium 27S Sulfur 32Cl Klorin 35.5K Kalium 39Ca Kalsium 40Fe Ferum 56Cu Kuprum 64Zn Zink 65

94


Br Bromin 80I Iodin 127Pb Plumbum 207

Hukum Pertama Elektrolisis Faraday

Hukum ini menyatakan :

Jisim bahan yang terkumpul atau terlarut pada mana-mana elektrod semasa elektrolisis adalah berkadar lansung dengan kuantiti elektrik yang melalui larutan tersebut. Secara matematik, jika ‘W’ adalah gram bahan yang terkumpul atau terlarut apabila ‘Q’ coulumb elektrik melalui larutan, maka :

W µ Q dan Q = I(arus) x t(masa)

Hukum Kedua Elektrolisis Faraday

Hukum kedua elektrolisi Faraday menyatakan :

Jisim bahan yang berlainan, terkarut atau terkumpul dengan kuantiti elektrik yang sama adalah berkadar lansung dengan jumlah jisinmya.Maka, apabila jumlah elektrik yang sama melalui larutan elektrolisis, jisim hasil bahan yang berlainan tersebut yang terhasil pada setiap elektrod adalah berkadar dengan jumlah jisimnya.

Contohnya, apabila arus elektrik yang sama melalui larutan asid sulfurik (H2SO4), kuprum sulfat (CuSO4) dan (AgNO3) pada jangka waktu yang sama.

Jisin kuprum terenap = jisim persamaan kuprumjisim gas hidrogen terhasil jisim persamaan hidrogen

jisim persamaan = jisim molekul relatif nombor elektron yang terlibat

95


Satu Faraday adalah bersamaan 96487 coulomb bagi setiap mol cas elektrik.. Selalunya nilai 96500 C mol-1 digunakan sebagai nilai Faraday.

Maka, 1 Faraday = 1F = Cas elektrik bagi satu mol elektron. 1F = Cas pada elektron x Nombor Avogadroor 1F = e- x NA = (1.602 x l0-19 C) x (6.02 x 10-23 rnol-1)1F = 96488 C mol-1

Jisim bahan yang terkumpul adalah berkadar lansung dengan kuantiti arus elektrik yang melaluinya.

Jika Wg = jisim bahan

I = arus amperet = masa dalam saat

Z = keseimbangan elektrokimia

96


1. Ramalkan hasil elektrolisis larutan berair natrium sulfat (VI) menggunakan

elektrod-elektrod platinum.

2. Arus 1.50 ampere mengalir melalui larutan mengandungi ion perak selama 15.0

minit. Voltan tersebutnya dapat menyebabkan enapan perak di katod. Berapah

jisim perak yang terenap dalam gram?

3. Mengapa hasil yang berbeza didapati apabila MgCl2 cair dan larutan akues

MgCl2 dielektrolisis.

(b) anggarkan hasil di dalam setiap kes. (c) Apakah daya elektromagnet

minimum yang diperlukan?

97

SOALAN


TOPIK 12 :

12.1 ELEKTROKIMIA

12.1.1 Penggunaan Komersial

Elektrolisis

12.1.2 Kerja Elektrik

98


12.1.1 PENGGUNAAN KOMERSIAL ELEKTROLISIS

1. Pengesktrakan logam

Logam-logam yang kurang reaktif dapat diestrak melalui proses penurunan

oksidanya oleh karbon.

Misalnya; pengestrakkan logam aluminium

Pengekstrakan logam aluminium

i. Aluminium diekstrak daripada bijih bauksit yang mengandungi aluminium

oksida.

Rajah pengekstrakkan logam aluminium

ii. Aluminium oksida dileburkan bersama kriolit, Na3AlF6 yang berfungsi untuk

merendahkan takat lebur aluminium oksida daripada 20450C kepada

9800C.

iii. Grafit digunakan sebagai elektrod.

iv. Di katod, ion Al3+ dinyahcas untuk menghasilkan aluminium manakala di

anod, ion O2- dinyahcas untuk menghasilkan gas oksigen.

Katod: Al3+(ce) + 3e- → Al (p)

Anod: 2O2- → O2 (g) + 4 e-

Keseluruhan : 2Al3O3 (ce) → 4Al (p) + 3O2(g)

99


Pengekstrakkan logam natrium

i. Natrium diekstrak daripada garam natrium klorida lebur. Natrium klorida

dileburkan bersama kalsium klorida.

ii. Kalsium klorida berfungsi untuk merendahkan takat lebur natrium klorida

daripada 9000C kepada 6000C.

iii. Anod terdiri daripada grafit manakala katod terdiri daripada ferum.

Rajah pengekstrakan logam natrium.

iv. Semasa elektrolisis, ion Na+ bergerak ke katod dan ion Cl- bergerak ke anod.

v. Di katod, ion Na+ dinyahcas untuk menghasilkan logam natrium manakala di

anod, ion Cl- dinyahcas untuk menghasilkan gas klorin.

Katod: Na+ (ce) + e- → Na (p)

Anod: 2 Cl- (ce) → Cl2 (g) + 2e-

Keseluruhan: 2NaCl (ce) → 2 Na (p) + Cl2 (g)

2. Penulenan logam

i. Logam yang diekstrak daripada mineral mungkin mengandungi logam lain

sebagai benda asing. Elektrolisis dapat digunakan untuk menulenkan logam ini.

100


ii. Semasa penulenan logam, logam tak tulen dijadikan anod dan logam tulen

dijadikan katod.

iii. Elektrolit yang digunakan ialah larutan akueus yang mengandungi ion logam

yang hendak ditulenkan.

3. Penyaduran logam

i. Suatu logam dapat disaur dengan logam lain melalui elektrolisis dan proses ini

dinamakan penyaduran logam.

ii. Tujuan penyaduran logam adalah untuk mengelakkan kakisan logam reaktif

dan memperbaiki rupa logam tertentu.

iii. Semasa penyaduran logam, bahan yang hendak disadur dijadikan katod

manakala logam penyadur dijadikan anod.

iv. Elektrolit yang digunakan ialah larutan akueus yang mengandungi ion logam

penyadur.

4. Pembuatan Bahan Kimia

I. Klorin, natrium hidroksida, natrium klorat (I) atau natrium klorat (V) boleh

dihasilkan dengan elektrolisis larutan air garam.

II. Elektrolisis larutan pekat air garam degan katod merkuri (sel merkuri)

menghasilkan hidrogen, klorin dan natrium hidroksida.

Katod (merkuri) Amod (titanium)

Na+, H+

Na+ + e → Na

Na + Hg → Na.Hg (c)

Na.Hg + 2H20 + 2H2O + H2 + 2Hg

OH-, Cl-

2Cl- → Cl2 + 2e

5. Penganodan

i. Barang aluminium dianodkan supaya barang itu lebih tahan terhadap kakisan

dan boleh diwarnakan.

101


6. Rawatan efluen

i. Bekalan minuman air kita berasal dari sungai, tasik, dan air bawah tanah.

Sebelum air itu boleh digunakan untuk memasak dan meminum, air tersebut

mesti dirawat melalui

proses fizikal untuk menyingkirkan bahan-bahan terampai

proses kimia untuk membunuh bacteria

proses elektrolisis (rawatan efluen) untuk menyingkirkan logam seperti

nikel (Ni), cadmium (Cd) dan kromium (Cr).

7. Elektroplating

i. Elektroplating merupakan suatu proses yang digunakan untuk memanipulasi sifat

suatu substrat dengan cara melapisinya dengan logam lain.

ii. Proses elektroplating banyak diperlukan oleh industri penghasilan benda logam,

diantaranya industri komponen elektronik, peralatan dapur, dan sebagainya.

iii. Namun proses elektroplating masih terhad kerana pengendaliannya memerlukan

tenaga kerja yang berpengalaman.

12.1.2 KERJA ELEKTRIK

1. Kerja elektrik adalah kerja yang dilakukan oleh partikel cas yang bergerak dalam

medan elektrik.

2. Rumus yang boleh digunakan ialah

dimana

q ialah cas partikelE ialah kekuatan medan elektrikr ialah jarak

3. Untuk melakukan sesuatu proses elektrolisis, kerja minima diperlukan untuk

membolehkan sesuatu proses elektrolisis itu berlaku.

102


1. Berikan dua contoh kesan/pencemaran alam disebabkan proses elektrolisis dalam

industri.

2. Berikan satu contoh larutan yang boleh digunakan untuk menulenkan logam kuprum.

3. Apakah peranan yang dimainkan oleh kriolit dalam pengekstrakan logam aluminium?

103

SOALAN


TOPIK 13 :

13.1 KIMIA NUKLEAR

13.1.1 Keradioaktifan

13.1.2 Tindakbalas Nuklear

13.1.3 Jenis Pereputan Radioaktif

13.1.4 Pola Kestabilan Nuklear

13.1.5 Trasmutasi Nuklear

13.1.1 KERADIOAKTIFAN

104


Satu proses pereputan nukleus yang tidak stabil melalui pemancaran sinaran radioaktif

secara spontan dan rawak untuk membentuk nukleus baru yang lebih stabil. Unsur

radioaktif ialah unsur yang mempunyai nukleus yang tidak stabil. Semasa reputan

radioaktif, satu atau lebih daripada satu jenis sinaran radioaktif dipancarkan. Terdapat

tiga jenis sinaran radioaktif iaitu alfa (α), beta (β) dan gama ( ).

13.1.2 TINDAKBALAS NUKLEAR

Tindakbalas nuklear adalah proses di mana dua teras (seperti proton, atau elektron

bertenaga tinggi) berlanggar untuk menghasilkan produk yang berbeza. Tindakbalas ini

boleh melibatkan lebih daripada tiga zarah untuk berlanggar, tetapi kemungkinan untuk

tiga atau lebih teras bertemu pada waktu yang sama di tempat yang sama adalah

jarang berbanding dengan dua teras.

13.1.3 JENIS PEREPUTAN RADIOAKTIF

Terbahagi kepada 3:

A. Reputan alfa

B. Reputan beta

C. Reputan gama

Aspek Reputan alfa Reputan beta Reputan gama

Jenis sinaran yang

dipancarkanZarah alfa ( ) Zarah beta ( ) Sinaran gama

(sinaran

elektromagnet

berfrekuensi tinggi)

Perubahan pada :

(a) Nombor

nukleon, A

(b) Nombor

Kurang empat unit

(-4)

Tiada perubahan

Tambah satu unit

Tiada perubahan

105


proton, Z

Kurang dua unit (-

2)

(+1) Tiada perubahan

Persamaan umum → + → +

+

(tenaga → (tenaga

rendah)

tinggi)

Contoh reputan → +

→ + → +

13.1.4 POLA KESTABILAN NUKLEAR (NISBAH NEUTRON KE PROTON, SIRI

RADIOAKTIF)

Proton mempunyai jisim dan cas yang tinggi

Oleh itu, daya tolakan antara proton adalah kuat

Di nukleus, jarak antara proton adalah sangat rapat

Semakin banyak proton yang ditambah (nukleus menjadi bertambah berat), daya

tolakan anatara proton menjadi semakin kuat. Semakin berat nukleus tersebut,

semakin banyak neutron yang diperlukan untuk menstabilkannya

1:1 proton dan neutron merupakan penanda aras yang selamat untuk

memastikan nukleus menjadi stabil.

Sebagai contoh, Bi mempunyai 83 proton dan ini menyebabkan nukleusnya tidak

stabil.

106


- Nukleus yang berada diatas penanda aras selamat akan melalui

pembebasan dimana satu elektron akan hilang dan nombor nuetron akan

berkurangan dan nombor proton meningkat

- Nukleus yang berada dibawah paras stabil akan melalu pembebasan +

dimana nombor neutron akan meningkat dan nombor proton berkurangan

- Nukleus dengan nombor atom yang melebihi 83 selalunya akan melalui

pembebasan dimana nombor proton dan neutron akan berkurangan

Siri radioaktif

Nukleus biasanya mengalami lebih daripada satu peralihan untuk

memastikan ianya stabil

Siri radioaktif adalah siri tindakbalas nuklear dalam memastikan nukleus

menjadi lebih stabil

107


13.1.5 TRANSMUTASI NUKLEAR

Transmutasi nuklear adalah penukaran satu unsur kimia atau isotop ke unsur yang lain.

Dengan kata lain, atom dari satu elemen dapat diubah menjadi atom daripada elemen

lain dengan transmutasi. Hal ini terjadi melalui reaksi nuklear (dimana zarah luar

diperlukan), atau melalui pereputan radioaktif (di mana zarah luar tidak diperlukan).

Unsur yang mengalami tindakbalas semulajadi akibat proses pereputan setelah melalui

jangka masa yang tertentu akan berubah menjadi unsur yang lain. Contoh tindak balas

semulajadi adalah kalium-40 ke argon 40 dimana ianya membentuk sebahagian besar

argon di udara.

108


1. Apakah yang dimaksudkan dengan keradioaktifan?

2. Tindakan balas nuklear merupakan salah satu proses dalam keradioaktifan,

Terangkan proses itu secara ringkas?

3. a) → + X

109

SOALAN


Persamaan di atas menunjukan proses pereputan bahan radioaktif yang

membentuk sinaran reputan X. Apakah sinaran reputan X itu? Jelaskan

jawapan itu berdasarkan persamaan diatas.

b) Apabila mereput menjadi , berapakah bilangan zarah alfa

dan zarah beta yang dipancarkan?

4. → → → → →

Turutan diatas menunjukan sebahagian daripada siri reputan uranium-238 yang

radioaktif. Dalam siri pereputan itu, sinaran-sinaran itu dikeluarkan dan unsur-

unsur radioaktif yang baru dihasilkan.

a) Namakan zarah yang dikeluarkan ketika menyusut kepada

b) Apakah yang dimaksudkan dengan isotop

c) Berdasarkan siri pereputan di atas berikan satu pasangan nuklues yang

merupakan isotop

5. Proses Transmutasi nuklear adalah pernukaran satu unsur kimia ke unsur yang

lain, dengan mengambil satu contoh radioaktif yang sesuai terangkan

bagaimanakah proses ini terjadi?

110


TOPIK 14 :

14.1 KIMIA NUKLEAR

14.1.1 Tenaga Nuklear

14.1.2 Unit Jisim Atom (U.J.A)

14.1.3 Kadar Pereputan Radioaktif

14.1.4 Pembelahan Nukleus

14.1.5 Pelakuran Nukleus

111


14.1.1 TENAGA NUKLEAR

Dalam tindak balas nuklear atau reputan radioaktif, jumlah jisim zarah-zarah terhasil

adalah lebih kecil daripada jisim zarah asal.

Tindak balas nuklear atau reputan radioaktif itu mengalami suatu kehilangan jisim

atau cacat jisim.

Jisim yang hilang itu telah bertukar kepada tenaga.

Hukum keabadian jisim-tenaga Eistein menyatakan bahawa jisim m dan tenaga E

boleh bertukar anatara satu dengan yang lain.

Jumlah tenaga haba yang dibebaskan diberi oleh rumus;

E = m c 2 E = jumlah tenaga haba yang dibebaskan/ J

m = jisim nukleus yang hilang/ kg

c = halaju cahaya, 3.0 x 108 ms-1

14.1.2 UNIT JISIM ATOM (U.J.A)

Dalam tindak balas nuklear atau reputan radioaktif, jisim zarah diukur dalam unit

jisim atom (u.j.a).

1 u.j.a. = daripada jisim 1 atom karbon-12 ( )

Daripada eksperimen, jisim 1 atom karbon-12 = 1.993 x 10-26 kg

Maka 1 u.j.a. = x 1.993 x 10-26 kg

112


Contoh 1

Pertimbangkan reputan 1 nukleus radium-226.

+

Diberi jisim setiap atom :

Radium-226 = 226.0254 u.j.a

Radon-222 = 222.0175 u.j.a.

Zarah alfa = 4.0026 u.j.a.

Dapatkan

a) Jumlah jisim sebelum dan selepas reputan

b) Cacat jisim dalam unit kg

c) Tenaga yang dibebaskan dalam unit J

Penyelesaian

a) Jisim zarah sebelum reputan = 226.0254 u.j.a.

Jumlah jisim selepas reputan

= (222.0175 + 4.0026) u.j.a

= 226.0201 u.j.a.

b) Cacat jisim = perbezaan jisim sebelum dan selepas reputan

m = 226.0254 – 226.0201

= 0.0053 u.j.a.

= 0.0053 x 1.66 x 10-27 kg

= 8.798 x 10-30 kg

c) Tenaga yang dibebaskan, E = mc2

E = 8.798 x 10-30 x (3.00 x 108) J

= 7.92 x 10-13 J

113

T T T T


14.1.3 KADAR PEREPUTAN RADIOAKTIF

Keaktifan suatu sampel radioaktif ialah kadar reputan sampel radioaktif tersebut.

Kadar reputan = Bilangan reputan per saat

= Bilangan zarah yang dipancarkan sesaat

Unsur radioaktif yang berlainan mereput pada kadar yang berbeza. Kadar reputan

berubah secara langsung dengan bilangan atom yang radioaktif.

Apabila suatu sampel radioaktif mereput,

bilangan atom yang belum reput semakin berkurang

bilangan atom yang sudah reput semakin bertambah

jumlah bilangan atom adalah tetap.

Keaktifan suatu bahan radioaktif bergantung kepada bilangan atom yang belum

mereput. Apabila bilangan atom yang belum reput semakin kurang dengan masa,

keaktifan berkurang dengan masa.

Setengah hayat = masa yang diambil untuk keaktifan suatu unsur radioaktif

berkurang menjadi setengah daripada nilai asalnya.

Pereputan adalah proses tertib satu

= t dimana = bilangan atom pada masa t

= = bilangan atom pada masa t=0

Contoh : Keaktifan 1 sampel radioaktif berkurang dengan masa.

Didapati selepas 288 s, Keaktifannya tinggal 6.25% daripada

nilai asalnya. Berapakah setengah hayat sampel itu?

Penyelesaian

Setengah hayat = T

114


100% 50% 25% 12.5% 6.25%

4T = 288 s T= 72 s

14.1.4 PEMBELAHAN NUKLEUS

Pembelahan nukleus ialah proses pemecahan satu nukleus berjisim besar

kepada dua nukleus yang lebih ringan disertai dengan pembebasan tenaga.

Nukleus-nukleus ringan itu mempunyai jisim yang hampir sama antara satu

sama lain.

Pembelahan biasaya berlaku apabila satu nukleus berjisim besar dihentam oleh

satu nuetron.

Pembelahan nukleus menghasilkan suatu cacat jisim atau jisim yang hilang.

Jisim yang hilang itu bertukar kepada tenaga kinetik nukleus hasilan

pembelahan.

Apabila satu nukleus hasilan pembelahan ini berlanggar dengan atom-atom

sekeliling, tenaga kinetikya ditukar kepada tenaga haba.

Contohnya, satu nukleus uranium-235 yang dihentam dengan satu neutron akan

dibelah kepada dua nukleus yang besar dan tiga neutron baru dihasilkan.

Tenaga yang dibebaskan oleh pembelahan nukleus adalah sangat besar

berbanding dengan tenaga yang dibebaskan oleh tindak balas kimia.

115


1 neutron diserap oleh nukleus uranium kemudian menjadi

tidak stabil dan membelah kepada 2 atom baru dengan

membebaskan tenaga dan beberapa neutron.

Contoh 2

+ + + tenaga

Diberi jisim setiap atom

= 235.04 u.j.a

= 140.91 u.j.a

= 91.91. u.j.a.

= 1.01 u.j.a.

Dapatkan cacat jisim dan tenaga yang dibebaskan

Penyelesaian

Cacat jisim, m =

116


= (235.04 + 1.01) – [140.91+ 91.91 + 3(1.01)

= 0.20 u.j.a.

= 0.20 x 1.66 x 10-27 kg

= 3.32 x 10-28 kg

Tenaga yang dibebaskan, E =

= 3.32 x 10-28 kg x (3.0 x 108)2 J

= 2.988 x 10-11 J

117


Tindak balas berantai

Proses pembelahan nukleus menghasilkan beberapa neutron yang baru yang

dikenali sebagai neutron belahan. Sebahagian daripada neutron belahan akan

terlepas keluar daripada permukaan sampel radioaktif itu.

Proses pembelahan itu akan berterusan jika secara purata 1 daripada neutron

belahan dapat membelah 1 nukleus baru dengan itu 1 tindak balas berantai akan

terjadi.

Tindak balas berantai hanya berlaku jika jisim sampel uranium itu melebihi suatu

nilai minimum yang tertentu yang dikenali sebagai jisim genting. Jisim genting

bagi sampel uranium itu bergantung kepada bentuknya.

Jisim genting bagi sampel berbentuk sfera lebih kecil daripada jisim genting bagi

sampel berbentuk cakera atau bentuk lain.

Kerana 1 isipadu yang berbentuk sfera mempunyai luas permukaan yang paling

kecil. Luas permukaan yang paling kecil

mengurangkan kemungkinan neutron

belahan terlepas keluar daripada sampel

radioaktif itu.

1) 1 atom Uranium-235 menyerap neutron, membelah dan membebaskan 3 neutron baru

dan tenaga.

118

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fission_chain_reaction.svg%00%E5%A1%B9%EF%92%81%E1%B4%BB%E4%A1%BF%E2%B2%AF%E5%B6%82%E8%97%84%E6%8C%A7%00%00%EA%AE%A5


2) 1 daripada neutron itu diserap oleh atom uranium-238 dan 1

neutron hilang dan tidak berlanggar dengan apa-apa tidak

meneruskan tindak balas. 1 neutron lagi berlanggar dengan

atom Uranium-235, membelah dan membebaskan 2 neutron

baru dan tenaga.

3) Kedua-dua neutron baru itu berlanggar dengan atom

Uranium-235. Setiap pembelahan membebaskan antara 1

hingga neutron baru. Tindak balas berlaku berterusan.

14.1.5 PELAKURAN NUKLEUS

Pelakuran nukleus ialah proses percantuman nukleus-nukleus ringan

untukmembentuk satu nukleus yang lebih berat diikuti dengan pembebasan

neutron dan tenaga haba yang besar.

Pelakuran berlaku pada suhu yang sangat tinggi supaya nukleus-nukleus

mempunyai tenaga kinetik yang cukup besar untuk mengatasi tolakan elektrik

antara satu dengan yang lain.

Tindakbalas pelakuran biasanya berlaku di permukaan matahari. kerana terdapat

banyak gas hidrogen dan suhunya yang amat tinggi.

Contoh 3

Dapatkan cacat jisim dan tenaga

yang dibebaskan.

Diberi jisim setiap atom adalah

= 2.01410 u.j.a.

= 3.01605 u.j.a.

119


e = 4.00260 u.j.a.

= 1.00867 u.j.a.

Penyelesaian

Cacat jisim, m

= (2.01410 + 3.01605 ) – (4.00260 + 1.00867 )= 0.01888= 0.01888 x 1.66 x 10-27 kg= 3.134 x 10-29 kg

Tenaga yang dibebaskan, E= 3.134 x 10-29 x (3.0 x 108)2 J= 2.82 x 10-12

Persamaan tindak balas pembelahan dengan pelakuran nukleus.

menghasilkan jumlah tenaga yang besar.

menghasilkan neutron.

menghasilkan sinaran radioaktif.

mengalami penyusutan jisim nukleus.

Perbezaan tindak balas pembelahan dan pelakuran nukleus.

Pembelahan Pelakuran

Proses pemecahan suatu nukleus

berat kepada 2 nukleus yang lebih

ringan diikuti penghasilan neutron

pembebasan tenaga

Proses percantuman nukleus-nukleus

ringan untuk membentuk satu nukleus yang

lebih berat diikuti dengan pembebasan

neutron dan tenaga haba yang besar

Berlaku tindak balas berantai Tidak berlaku

Tidak memerlukan neutron laju Memerlukan suhu tinggi

Aplikasinya dalam reaktor nuklear dan

bom atom

Aplikasinya dalam pembuatan bom

hidrogen

120

1) Nyatakan maksud pembelahan dan pelakuran nukleus.

2) Nyatakan kesamaan-kesamaan yang terdapat antara pembelahan dan pelakuran

nukleus.

3) Nyatakan perbezaan-perbezaan yang terdapat antara pembelahan dan pelakuran

nukleus

4) Lengkapkan persamaan bagi pembelahan uranium-235

a. + + + 2 n

5) Satu daripada tindak balas pembelahan yang berlaku dalam teras reaktor nuklear

ialah + + x

a. Tentukan nilai x , iaitu bilangan neutron baru yang dibebaskan

b. Hitungkan

i. Cacat jisim dalam unit kg

ii. Tenaga yang dibebaskan apabila 1 atom uranium-235 mengalami

pembelahan seperti persamaan di atas

Jisim uranium-235 = 235.043 924 u.j.a. Xenon-140 = 139.921 620 u.j.a. Strontium-94 = 93.915 367 u.j.a. Neutron = 1.008 655 u.j.a. 1 u.j.a. = 1.66 x 10-27 kg Laju cahaya,c = 3.00 x 108 ms-1 J

6) Tindak balas pelakuran berlaku di permukaan matahari. Dua nukleus helium-3

bercantum untuk membentuk satu nukleus helium-4 dan 2 proton.

a. Tuliskan persamaan bagi pelakuran itu.b. Hitungkan

i. Cacat jisim dalam unit kgii. Tenaga yang dibebaskan dalam J

Jisim helium-3 = 3.01603 u.j.a. Helium-4 = 4.00260 u.j.a. Proton = 1.00728 u.j.a. 1 u.j.a. = 1.66 x 10-27 kg

SOALAN

Laju cahaya, c = 3.00 x 108 ms-1 J

TOPIK 15 :

15.1 KIMIA NUKLEAR

15.1.1 Mengesan dan Mengira

Radioaktiviti

15.1.2 Kesan Biologikal

15.1.3 Aplikasi Kimia Nuklear

15.1.1 MENGESAN DAN MENGIRA RADIOAKTIVITI

Sinar rarioaktif tidak berbau, tidak mempunyai rasa dan tidak dapat dikesan

dengan mata kasar

Pendedahan kepada sinar radioaktif pada dos yang tinggi atau satu jangka yang

lama boleh memudaratkan kesihatan.

Oleh itu, alat pengesan radioaktif dicipta bagi memudahkan manusia untuk

mengesan sinar radioaktif tersebut.

Alatan mengesan radioaktiviti:

1) Plat/filem fotograf

1. Merupaka alat terawal dalam mengesan sinar radioaktif.

2. Alat ini dapat mengesan ketiga-tiga jenis sinar radioaktif.

3. Digunakan sebagai lencana khas oleh pekerja yang di tempat kerja yang

mempunyai bahan radioaktif.

4. Lencana ini terdiri daripada satu filem fotograf yang disaluti dengan argentums

bromida dan pemegang plastic yang terdiri daripada beberapa jenis penapis dan

tingkap.

5. Prinsip kerja lencana ini:

o Sinar radioaktif dengan tenaga tertentu menembusi penapis dan

mengenai filem.

o Unsur argentum akan menghitamkan filem selepas diproses.

- Pengukuran darjah kehitaman pada filem member nilai keamatan sinar bagi julat

tenaga, kemudian maklumat itu akan diproses untuk pengiraan dos yang tersera

2) Elektroskop

1. Elektroskop ialah alat pengesan yang paling sesuai untuk mengesan zarah alfa,

disebabkan oleh kuasa pengionannya yang tinggi berbanding zarah beta dan

gama.

2. Prinsip Kerja elektroskop:

a. Elektroskop dicas positif dengan bahan dielektrik atau bateri. Kerajang

emas mencapah

b. Sumber alfa dibawa mendekati ceper yang terletak diatas batang besi.

c. Zarah-zarah alfa mengionkan molekul-molekul udara di sekitar ceper dan

menghasilkan pasangan ion.

d. Ion negatif yang terhasil meneutralkan cas positif pada ceper.

e. Pencapahan kerajang emas semakin berkurangan apabila semakin

banyak cas positif dineutralkan oleh ion negatif.

f. Keranjang emas menguncup apabila semua ion positif dinyahcaskan.

3. Elektroskop dapat digunakan untuk mengesan sinaran radioaktif dengan

memerhatikan pencapahan kerajang emas.

4.

3) Kebuk Awan

1. Kebuk awan dapat mengesan ketiga-tiga jenis sinaran radioaktif dengan

menunjukkan lintasan yang dilaluinya.

2. Kebuk awan terdiri daripada:

a. Sebuah kotak plastik lut cahaya berbentuk silinder

b. Tudung perspeks

c. Kepingan kain felt dibasahi alkohol dan air diletak mengelilingi bahagian

atas.

d. Satu dasar logam (plat logam hitam) ynag membahagikan kotak plastik

lut cahaya kepada dua ruang

e. Pepejal karbon dioksida di ruang bawah kebuk awan untuk menyejukkan

ruang atas.

3. Semasa menggunakan Kebuk awan, dasarnya mestilah sentiasa mendatar

untuk mengelakkan penghasilan arus olakan udara. Baji-naji getah diletakkan

pada dasar kebuk unutk memastikannya mendatar.

4. Dengan memerhatikan runut-runut yang terhasil kita akan menentukan julat

tenaga dan jenis sinaran radioaktif

1. Zaraf alfa 2. Zaraf beta 3.Sinar gama

4) Tiub Geiger-Muller (Tiub G-M)

1. Tiub G-M ialah alat pengesan yang sangat peka dan sesuai untuk mengesan zarah beta dan sinar gama kerana kuasa penembusan kedua-dua sinaran adalah tinggi.

Struktur Tiub G-M :

Satu tiub aluminium yang berisi gas neon bertekanan rendah dengan

dinding tiub bertindak sebagai katod.

Satu dawai tungsten halus di duang tengah tiub yang bertindak sebagai

anod

Tingkap mika yang nipif pada hujung hadapan tiub.

2. Prinsip kerja sebuah tiub G-M:

a. Sinaran radioktif memasuki tiub G-m melalui tingkap mika.

b. Sinaran radioaktif mengionkan atom-atom neon untuk menghasilkan

pasangan ion positif dan negative.

c. Ion-ion positif dipecutkan ke katod, manakala ion-ion negatif dipecutkan

kea nod dibawah kuasa medan elektrik.

d. ion-ion negative yang menghampiri anod mempunyai tenaga yang

mencukupi unutk menyebabkan pengionan sekunder melalui

perlanggaran dengan atom-atom neon lain. Maka, lebih banyak ion-ion

negative akan sampai ke anod

e. Semua ion negative yang terkumpuldi anod akan menghasilkan satu

denyutan arus kecil dan denyutan arus akan diperkuatkan dengan

amplifier

f. Denyutan yang telah diperkuatkan dihantar ke pembilang atau meter

kadar untuk merekodkan bilangan denyutan arus dalam selang masa

tertentu

3. Keamatan sinaran radioaktif yang memasuki tiub G-M diketahui melalui bilangan denyutan yang direkodkan.

5) Pembilang bunga api

1. Pembilang bunga api hanya sesuai digunakan untuk mengesan sinaran

radioaktif yang mempunyai kuasa pengionan yang tinggi. (zarah alfa)

2. Prinsip kerja pembilang bunga api:

a. Beza keupayaan bagi bekalan voltan lampau tinggi (VLT) ditambah

secara perlahan sehingga bunga api mula merentasi ruang dia

antara kasa dawai dengan dawai halus secara spontan. Kemudian,

voltan di kurangkan sehingga bunga api berhenti.

b. Sumber alfa didekatkan kepada kasa dawai.

c. Zarah-zarah alfa mengionkan molekul-molekul udara di ruang

antara kasa dawai dan dawai halus.

d. Ion positif tertarik ke kasa dawai dan ion negative tertarik ke dawai

halus dengan cepat

e. pengionan sekunder berlaku berhampiran kasa dawai dan dawai

halus apabila ion-ion yang bergerak dengan pantas kearah

bertentangan berlanggar dengan molekul-molekul udara lain.

f. Kadar penghasilan pasangan ion yang tinggi menyebabkan ion-ion

membentiuk satu plasma merentasi ruang diantara kasa dawai dan

dawai halus.

3. Keamatan sinaran radioaktif ditentukan oleh bilangan bunga api dan

merentasi ruang dia antara kasa dawai dan dawai halus

4. Penghasilan bunga api tidak berlaku pada selang masa yang sekata, ini

menunjukkan bahawa keradioaktifan adalah proses rawak.

15.1.1 KESAN BIOLOGIKAL

Tubuh badan manusia terdiri daripada banyak organ dan setiap organ pada

tubuh manusia di bina oleh beribu- ribu sel. Radiasi mempunyai kemungkinan besar

untuk memberi kesan yang buruk kepada tubuh badan manusia yang terdedah kepada

radiasi.

Kesan Radiasi Kepada Sel

Kesan Biologikal bermula daripada proses pengionan atom. Radiasi ion yang

diserap ke dalam badan manusia mempunyai tenaga yang cukup banyak bagi

menyingkirkan atom yang membina molekul tisu manusia. Apabila radiasi ion

berinteraksi bersama sel, ianya mungkin akan menghentam atau menyasarkan kepada

sel- sel yang kritikal. Kita menganggarkan bahawa kromosom merupakan sel kritikal

yang mengandungi maklumat genetik dan menghantar arahan kepada sel untuk

bertindak dengan berkesan.

Sinaran radioaktif yang berkeaktifan tinggi mampu memusnahkan banyak sel

badan sehingga mengakibatkan kematian. Bahaya sinaran radioaktif terhadap manusia

bergantung kepada:

a. Jenis sinaran radioaktif

i. Punca zarah alfa yang tidak berdekatan dengan badan tidak

mendatangkan kesan buruk kerana kuasa penembusannya yang

rendah di udara tidak dapat menembusi kulit manusia

ii. Zarah beta dan gama mempunyai kuasa penembusan yang tinggi

dan amat berbahaya kepada badan yang berdekatan dengan

sinaran ini.

b. Tempoh pendedahan dan kadar dos sinaran radioaktif

i. Pendedahan yang tinggi dalam masa yang singkat menimbulkan kesan

akut dengan serta merta.

ii. Pendedahan berterusan kepada dos sederhana tinggi akan

menimbulkan kesan kronik selepas beberapa tahun.

c. Cara kemasukan sinaran radioaktif ke dalam tubuh

i. Zarah alfa yang memasuki badan melalui makanan atau pernafasan

memberi kesan yang lebih serius berbanding dengan kesannya di luar

badan

ii. Ini kerana kuasa pengionannya yang tinggi akan menghasilkan

banyak pasangan ion dalam badan

iii. Ion- ion ini menyebabkan kecederaan dan kemusnahan biologi yang

parah disekitar sumber.

15.1.3 APLIKASI KIMIA NUKLEAR

Kegunaan Radioisotop

Radioisotope digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang disebabkan oleh sifat

berikut:

Memancarkan sinaran radioaktif

Mereput dengan keaktifan yang kurang terhadap masa

Mempunyai kuasa penembusan sinaran yang berbeza terhada

ketebalan dan ketumpatan bahan yang berbeza

Mempunyai sifat kimia yang sama dengan isotop- isotop lain yang bukan

radioaktif

Membunuh sel

Perubatan

A. Diagnosis Penyakit

1. Teknik penyurihan radioisotope digunakan untuk mengdiagnosis pelbagai

jenis penyakit

2. Fosforus -32 digunakan untuk mengesan tumor otak

3. Iodine-131 digunakan untuk memeriksa keadaan kelenjar tiroid.

B. Rawatan Penyakit

1. Sinar gama yang dipancarkan oleh kobalt-60 digunakan untuk

memusnahkan sel-sel kanser dalam rawatan radioterapi

C. Penghasilan Vaksin

1. Penyinaran mikroorganisma hidup dilakukan untuk menjadikannya

tidak aktif sebelum digunakan dalam penghasilan vaksin

2. Mikroorganisma yang telah disinari masih boleh menyebabkan

pembentukan antibodi yang sama banyak serta tidak menyebabkan

penyakit.

Pertanian

A.Pengawalan Serangga Perosak

1. sinar gama digunakan untuk memunuh kumbang dan serangga perosak

dalam stor bijiran

2. dos gama yang kecil juga digunakan untuk megawal pembiakan

serangga perosak di lading melalui pemandulan.

B. Meningkatkan Hasil Pertanian

1. Sinaran radioaktif digunakan untuk menyebabkan perubahan genetic dalam

tumbuhan agar menghasilkan Baka yang lebih baik dari segi penghasilan

atau ketahanan terhadap serangan penyakit

C.Pengawetan Makanan

1. Sinar gama digunakan untuk membunuh bacteria dan virus dalam

pemprosesan makanan di kilang supaya tempoh penyimpanan dapat

dipanjangkan

2. Makanan laut seperti udang dan kerang disinari sinar gama untuk

memanjangkan tempoh penyimpanan pada suhu biasa, untuk

menjimatkan kos kerana tidak perlu disejukbekukan.

1. Rajah diatas menunjukkan renut-renut yang terhasil didalam kebuk awan. Nyatakan

apakah jenis sinaran radioaktif yang ditunjukkan diatas?

A: _______________________

B: _______________________

C: _______________________

2. Rajah diatas menunjukkan sebuah elektroskop. Nyatakan bilakah kerajang emas

pada elektroskop menjauhi antara satu sama lain?

A B C

SOALAN

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

_____________________________________________________________

3. Gamarajah diatas menunjukkan dua jenis alat untuk mengesan sinaran radioaktif,

namakan kedua-dua alat tersebut?

___________________________________________________________________

4. Sinar radioaktif sangat merbahaya sekiranya ia terdedah terlalu lama kepada tubuh

manusia. Terangkan secara ringkas bagaimana sinar radioaktif boleh merosakkan

tubuh manusia?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________

5. Mengapakah sinar beta dan gama lebih merbahaya daripada sinar alfa sekiranya

terkena pada tubuh badan manusia?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

_________________________________________________________

6. Berikan 2 contoh kegunaan radioisotop dalam kehidupan seharian kita dari segi:

A) Pertanian:

1) _________________________________________________________________

2) ________________________________________________________________

B) Perubatan:

1) _________________________________________________________________

2) _________________________________________________________________

Module SCE3109

Documents

Transcript of Module SCE3109