Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

HUKUM PERTAMA (KONSEP) Termodinamika: a. Mengkaji tentang transformasi energi yang mengiringi proses kimia. Sifat kajian adalah makroskopis (bukan molekuler).

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "HUKUM PERTAMA (KONSEP) Termodinamika: a. Mengkaji tentang transformasi energi yang mengiringi proses kimia. Sifat kajian adalah makroskopis (bukan molekuler)."— Transcript presentasi:

1 HUKUM PERTAMA (KONSEP) Termodinamika: a. Mengkaji tentang transformasi energi yang mengiringi proses kimia. Sifat kajian adalah makroskopis (bukan molekuler). b. Jika suatu sistem kimia mengalami perubahan, berarti telah terjadi serah terima energi antara sistem tersebut dengan sekitar (lingkungan). c. Menurut hukum kekekalan energi, energi yang diserahterimakan antara sistem dengan sekitar adalah tetap. d. Perlu batasan dari : Sistem Batas sistem Sekitar (Lingkungan) Alam semesta e. Batas antara sistem dengan sekitar (lingkungan), ditetapkan berdasarkan kriteria apakah kedap atau tidak kedap terhadap pertukaran: massa (n), kalor (q), dan kerja (w)

2 ● Kemampuan untuk melakukan kerja, tidak dapat dimusnahkan maupun diciptakan (kekal). ● Dapat ditransformasi dari satu bentuk ke bentuk lain, tanpa kehilangan kualitas dan kuantitasnya (interkonversi energi) E total = E k + E p = tetap ……………Joule EkEk = ½ mv 2 (energi kinetik) EpEp = m.g.h. (energi potensial) E p = 10 unit energi E k = 0 unit potensial energi kinetik E p = 5 unit E k = 5 unit ● ENERGI ENERGI, KALOR, KERJA

3 ● KERJA Suatu sistem telah melakukan kerja apabila mampu menaikkan kualitas-bobot dari sekitar (lingkungan ). Kerja (W) = Gaya (F) x Perubahan Jarak (dX) (Joule) (Newton)(Meter) Jenis kerja : a. Kerja mekanik b. Kerja Tekanan-Volume c. Kerja listrik d. listrik elektrostatik e. Tegangan permukaan f. magnet, dan lain-lain ● ENERGI Dalam proses kimia, energi dapat diserahterimakan antara sistem dengan lingkungan. Besarnya energi yang diserahterimakan dapat dikuantifikasi dengan mengukur perubahan yang terjadi di sekitar Kerja Tekanan – Volume: W = F. dh = P ex. A dh = P ex. dV dh = selisih tinggiA = luas permukaan wadah

4 Kerja Pemuaian Dilakukan oleh gas melawan tekanan eksternal, P ex. Pemuaian bebas ke ruang hampa (P ex = NOL) dW = P ex. dV = NOL Pemuaian Reversibel: Adalah perubahan yang arahnya akan berbalik bila variabel proses diubah secara kecil tak terhingga. Merupakan perubahan yang secara hipotetik setiap saat berada dalam kesetimbangan (P ex =Psist) Pemuaian Reversibel Gas Ideal: W = - P ex dV = - P sist dV = - P gas dV = - nRT dV/V = - nRT ln V f /V i V f = volume akhir V i = volume awal Contoh Soal: 1. Sebanyak 50 Gram serbuk Fe dilarutkan kedalam larutan HCl berlebih. Hitung kerja yang dilakukan jika reaksi dilakukan dalam wadah tertutup dan wadah terbuka. 2. Hitung kerja yang dihasilkan pada proses elektrolisis 50 Gram air yang dilakukan pada suhu 25 0 C dan tekanan 1 atm.

5 3. Satu mol gas ideal pada 25 0 C terdapat dalam selinder yang tekanannya dijaga tetap pada 100 atm melalui sebuah piston yang dapat digeser- geser. Jika piston bergeser sebanyak 3 tahap sehingga tekanannya berturut-turut menjadi 50 atm, 20 atm, dan 10 atm, hitung kerja yang dilakukan pada proses ekspansi gas tersebut. Bandingkan hasilnya jika proses tersebut berlangsung secara isotermal reversibel dari 100 atm ke 10 atm. 4. Kerapatan logam Al pada 20 0 C adalah 2.70 g/cc, sedangkan cairannya pada C adalah 2.38 g/cc. Hitung kerja yang dilakukan pada lingkungan jika 10 Kg Al dipanaskan pada tekanan atmosfir. Anggap semua logam mencair.

6 ● Kapasitas kalor (C): jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat 1 o C Aliran Q: dari T >> T << Faktor: jumlah zat dan jenis zat/molekul perubahan suhu ● Kalor q = m. C. ∆T ● Kalor jenis (c): C/g zat ● Kapasitas kalor molar: C/mol zat ● Satu kalori: C/g air dari 14,5 ke 15,5 o C Keadaan standar, karena pada T ini sifat air relatif tetap Energi yang dipindahkan antara sistem dengan lingkungan akibat adanya perbedaan suhu. ● dQ ~dTdQ = C dT C = (dQ/dT)p,atau V Cv = (dQ/dT)v dan Cp = (dQ/dT)p

7 ● Contoh: Berapa energi/kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 735 g air dari 21,0 o C ke 98,0 o C? (anggaplah kalor jenis air 1,00 kal g -1 o C -1 ). 150,0 g timbal 22,0 o C 50,0 g air insulasi Penerapan Hukum Kekekalan Energi q logam + q air = 0 28,8oC28,8oC ● Contoh: Gunakan data pada Gambar di atas untuk menghitung kalor jenis timbal! ● Kesetaraan kalor mekanik: konversi kerja ke kalor Percobaan Joule: kerja mekanik → kalor 1 kal = 4,184 J isolasi termometer kincir beban jatuh air

8 ●Sistem: Sejumlah materi atau daerah dalam ruang yang dijadikan sebagai objek studi ● Arah Aliran Energi: Sistem, Lingkungan ● Batas: pemisah sistem & lingkungan (nyata/maya) ● Batas tetap (fixed boundary) ● Batas berubah (movable boundary) ● Besaran ekstensif: variabel yang ukurannya ditentukan oleh jumlah atau kuantitas dari sistem → volume, massa, energi, kapasitas kalor, dll ● Besaran intensif: variabel tidak tergantung pada jumlah atau kuantitas dari sistem → tekanan, densitas, suhu, viskositas, dll ● Bedasarkan interaksinya dg lingkungan: ● Lingkungan: massa atau daerah yang berada di luar sistem PertukaranTerbuka Tertutup Terisolasi Materi Energi - + +

9 ● Pengertian Fungsi Keadaan Kondisi suatu sistem yang ditunjukkan oleh keadaannya dan setiap sifat yang hanya bergantung pada keadaan suatu sistem, dan tidak bergantung pada cara keadaan tersebut dicapai keadaan 1 ∆U∆U keadaan 2 keadaan 1 Keadaan 2 Keadaan 1 ● Energi Dalam sebagai Fungsi Keadaan ∆U∆U ● Reaksi kimia: A + B C + D Pereaksi Hasil reaksi Keadaan 1 Keadaan 2 (BT 1) fungsi keadaan ( BT 2) BT akhir = BT2 – BT1 BT1 & BT2 = besaran termodinamika keadaan 1 dan 2 Jalur 1 curam, pendek Jalur 2 landai, panjang

10 Fungsi Keadaan U, H, Sdiff eksakdU, dH, dS Fungsi Jalan Q,Wdiff tak eksakdQ, d W Variabel Keadaan P, V, T, n-- Sifat suatu sistem yang bergantung pada jalannya proses. ● Pengertian Fungsi Jalan OdU = 0 ● Sifat Diferensial Eksak Bila dU = g dx + h dy, maka :( ) x = ( ) y dg dy dh dx

11 FORMULASI HUKUM I TERMODINAMIKA ● Hukum Termodinamika I : ∆U = q + W Besaran+- Q (kalor) Sistem serap E Sistem lepas E W (kerja) Sistem dikenai kerja Sistem buat kerja ∆U (energi dalam)+- Gas kerja CH 4 + 2O 2  CO 2 + 2H 2 O kalor penangas air kerja listrik air kerja Gas kalor ● Penerapan hukum I Termodinamika ● Suatu sistem mengalami perubahan, berarti ada serah terima energi (q,w) antara sistem dan lingkungan. ● Keadaan suatu sistem didefinisikan dari variabel P,V, T, dan n (jumlah mol, massa). ● Untuk proses kecil tak terhingga: dU = dq + dW ● Sistem terisolasi : dU = NOL, karena dq dan dW =0 Energi dalam sistem terisolasi adalah tetap

12 D. Penerapan ukum I: Termokimia ● Contoh: ● Pengukuran ∆U → menggunakan kalorimeter bom ● Sistem tertutup ● Volume tetap → sistem tidak melakukan kerja W = 0 → ∆U = q v ● Hukum kekekalan energi I termodinamika q v + q air +q bom = 0 → q v = -(q air + q bom ) Sebanyak 0,505 g suatu contoh hidrokarbon naftalena, C 10 H 8, dibakar sempurna di dlm sebuah kalorimeter bom. Massa air di dlm kalorimeter 1215 g. Akibat reaksi, suhu air naik dari 25,62 ke 29,06 o C. Kapasitas kalor dari bom 826 J/ o C. Berapakah kalor reaksi pada volume tetap, q v, dinyatakan dalam J/g, kJ/mol, kkal/mol C 10 H 8 termometer kaleng termometer jaket jaket air dalam kaleng kalorimeter elektrode bom tempat sampel

13  Contoh: Suatu oil bath yang suhunya dipelihara tetap pada 50 0 C melepaskan kalor ke lingkungan dengan laju 1000 kalori permenit. Untuk menjaga agar suhu tetap, alat dilengkapi dengan coil listrik pemanas yang dioperasikan pada 110 V, 50 ohm. Arus suplay listrik diatur dengan termoregulator yang secara otomatis bekerja on-off. Tentukan presentase arus masuk agar suhu terpelihara. ● dQ ~dTdQ = C dT C = (dQ/dT)p,atau V Cv = (dQ/dT)v dan Cp = (dQ/dT)p ● dU = dQ + dW dU = dQ + dWe – pex dV dWe = 0, V=const dU = dQ Cv = (dU/dT)v Cv = (dQ/dT)v Cp = ? ● ENTALPHY : H = U + PV (definisi) dH = dU + pdV + Vdp dU = dQ + dWe – pex dV dWe, dp = 0 dH = dQp Cp = (dH/dT)p Cp = (dQ/dT)p

14 ● Entalpi (H) → besaran termodinamika baru ● Alat untuk menentukan ∆H: → styrofoam → sistem adiabatik ● Sistem terbuka ● Kalor pada tekanan tetap (q p ) → sistem melakukan kerja → W = -P.dV → ∆U = q p – P.∆V → q p = ∆U + P. ∆V → ∆H = q p = ∆U + P. ∆V Gas : > ● ∆V Cair/padatan : <<<<< ● Pengukuran ∆H termometer batang pengaduk sampel logam air RT ● Contoh : C 10 H O 2  10CO 2 + 4H 2 O (p) (q) (l) V CO 2 = p.. R. T 2 n V O 2 = p. O 2 n  V = V CO 2 - V O 2 = ( n 2 – n 2 ) P RT COCO O CO =  ng P RT  H =  U + P [  ng.ng. P ]  H =  U +  ng RT

15 Contoh: Air dididihkan pada tekanan luar 1 atm. Ternyata jika arus 0,5 ampere,12 volt dialirkan selama 300det, akan menguapkan gram air. Tentukan  U dan  H molar pada K. H 2 O, cair H 2 O, gas  U = Q + W W’ = p ex x  V = RT  n = JK -1 mol -1 x K x 0.798/18.02 mol W’ = 137 Joule, W = Joule Q = V i t = 12 volt x 0.5 ampere x 300 det = 1.8 kJoule  U = 1800 Joule – 137 Joule  H = Q = 1800 Joule. Sebanyak 1.5 gram NH 4 NO 3 ditambahkan ke dalam 35,0 gr air dlm sebuah mangkok busa kemudian diaduk sampai larut seluruhnya. Suhu larutan turun dari 22,7 o C menjadi 19,4 o C. a. Apakah proses bersifat endoterm atau eksoterm? b. Berapakah kalor pelarutan NH 4 NO 3 dalam air dinyatakan dalam kJ/mol NH 4 NO 3

16 ● Hubungan yang Melibatkan ∆H ●  H adalah suatu sifat ekstensif Bila q p naftalena a dalah-5,15 x 10 3 kJ/mol, hitunglah  H pembakaran sempurna 0,1 mol naftalena pada 298 K. q = 0,1 mol x (-5,15 x 10 3 kJ/mol) = x 10 2 kJ  H akan berubah tanda bila arah reaksi berbalik ½ N 2 (g) + ½ O 2 (g)  NO(g) :  H= + 90,37 kj/mol NO(g)  ½ N 2 (g)+ ½ O 2 (g)  H = kJ/mol ● ● Hukum Penjumlahan Kalor dari Hess Tentukan entalpi untuk reaksi : 3C (grafit) + 4H 2 (g)  C 3 H 8 (g) diketahui data : (a) C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g)  3CO 2 (g) + 4H 2 O(l)  H= -2220,1 kJ/mol (b) C(grafit) + O 2 (g)  CO 2 (g) (c) H 2 (g) + ½ O 2 (g)  H 2 O(l)  H=H=-285,9 kJ/mol  H= -393,5 kJ/mol Sebanyak 1,50 g NH

17  Nilai mutlak U dan H tidak ada  Perjanjian: nilai nol utk entalpi unsur berada dlm keadaan pa- ling mantap pd tekanan 1 atm & suhu ttt → keadaan standar  Entalpi pembentukan standar molar (  H o f )  Tabel ● Contoh 6: Hitunglah perubahan entalpi (  H o rks ) pd reaksi pembakaran 1 mol etana, C 2 H 6 (g). Pereaksi dan produk dalam keadaan standar. C 2 H 6 (g) + 7/2 O 2 (g)  2CO 2 (g) + 3H 2 O(l) ● Entalpi Pembentukan Standar Reaksi di atas merupakan penjumlahan 3 pers.berikut : a.a. C 2 H 6 (g)  C(grafit) + 3 H 2 (g)  Ha =-  H o f C 2 H 6 (g) b.b. 2C(grafit) + 2 O 2 (g)  2CO 2 (g)  Hb = 2 x  H o f CO 2 (g) c.c. 3H 2 (g) + 3/2 O 2 (g)  3H 2 O(l)  Hc = 3 x  H o f H 2 O(l) + C 2 H 6 (g) + 7/2 O 2 (g)  2CO 2 (g) + 3H 2 O(l)  H o rks = ? = ? 2 x2 x  H o f CO 2 (g) + 3 x  H o f H 2 O (l) –  H o f C 2 H 6 (g)  h  H o f (hasil) -  p  H o f (pereaksi) = ∆Hb + ∆Hc + ∆Ha Pembakaran siklopropana yang biasa digunakan sebagai anestesi adalah sebagai berikut : Gunakan nilai  H o rks ini untuk menghitung entalpi pembentukan standar siklopropana. ● Contoh 7 : ( CH 2 ) 3 (g)+ 9/2O 2 (g)  3 CO 2 (g)+ 3 H 2 O (l)  H o rks =-2091,4 kJ/mol )


Download ppt "HUKUM PERTAMA (KONSEP) Termodinamika: a. Mengkaji tentang transformasi energi yang mengiringi proses kimia. Sifat kajian adalah makroskopis (bukan molekuler)."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google