TERMOKIMIA SMA MAARIF NU PANDAAN TERAKREDITASI “B” 2008 Oleh : Moh. Suwandi, S.Pt, M.Pd SMA MAARIF NU PANDAAN TERAKREDITASI “B” 2008

Termokimia 1 Hukum kekekalan Energi dan Perubahan Entalpi 2 Jenis Perubahan Entalpi 3 Penentuan Perubahan Entalpi 4 Kalor Pembakaran Bahan Bakar

1 Hukum kekekalan Energi dan Perubahan Entalpi A. Pengertian Energi dan Jenis Energi B. Hukum Kekekalan Energi C. Sistem dan Lingkungan D. Reaksi Eksoterm dan Endoterm

A. Pengertian Energi dan Jenis Energi Energi : kapasitas melakukan kerja. Ahli kimia mendefinisikan kerja sebagai perubahan energi langsung yang dihasilkan dari suatu proses Jenis – jenis energi 1. Energi kinetik : energi yang dimiliki oleh suatu objek yang bergerak. Ek = ½ mv2 2. Energi radiasi : energi yg berasal dari matahari dan merupakan sumber energi utama bumi. 3. Energi termal : merupakan gabungan energi dengan gerak acak ( random ) dari atom – atom dan molekul 4. Energi kimia : energi yg tersimpan dalam unit struktur senyawa kimia. 5. Energi potensial : energi yg tersimpan dalam suatu obyek oleh karena posisinya terhadap obyek yg lain.

B. Hukum Kekekalan Energi Hukum ini menyatakan bahwa : “Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnakan, energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk energi yang lain Beberapa contoh perubahan energi : Energi radiasi diubah menjadi energi panas. Perubahan ini terjadi ketika kita berjemur diterik matahari. Energi potensial menjadi energi listrik. Perubahan ini terjadi misalnya pada pusat Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) yang memanfaatkan energi potensial air terjun untuk menggerakkan turbin pembangkit tenaga listrik

C. Sistem dan Lingkungan Sistem : bagian dari alam semesta yang menjadi perhatian kita Lingkungan : bagian sisa dari alam semesta yang terdapat diluar sistem Secara umum ada 3 jenis sistem : Sistem terbuka : sistem dimana baik massa maupun energi yg biasanya dlm bentuk panas dapat dipertukarkan dengan lingkungan. Misalnya kopi panas dlm gelas eken melepaskan panas ke lingkungannya sehingga menjadi dingin. Sistem tertutup : sistem dimana memungkinkan terjadinya transfer energi (panas) ke lingkungannya, tetapi tidak dapat menstransfer massa. Misalnya kopi panas dalam erlenmeyer tertutup dapat melepas panas ke lingkungannya sehingga menjadi dingin, tapi tidak ada uap air yang hilang Sistem terisolasi : sistem dimana baik massa maupun energi (panas) tidak dapat dipertukarkan ke lingkungan. Misalnya kopi panas dalam termos merupakan contoh sistem terisolasi, dimana energi ditransfer ke lingkungan dengan sangat lambat.

D. Reaksi Eksoterm dan Endoterm A. Reaksi Eksoterm Pada reaksi eksoterm terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan atau pada reaksi tersebut dikeluarkan panas. Pada reaksi eksoterm harga H = ( - ) Contoh : C(s) + O2(g)  +  CO2(g) + 393.5 kJ ;  H = -393.5 kJ B. Reaksi Endoterm Pada reaksi endoterm terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem atau pada reaksi tersebut dibutuhkan panas. Pada reaksi endoterm harga H = ( + ) Contoh : CaCO3(s) ®  CaO(s) + CO2(g) - 178.5 kJ ; H = +178.5

Latihan Soal Jelaskan pengertian energi bersifat kekal CuO(s) + CO2(g)  CuCO3(s) H > 0 Reaksi ini dilakukan dalam tabung reaksi. Berdasarkan reaksi diatas sebutkan : Sistemnya Lingkungannya Bagaimana transfer energinya Reaksi fotosintesis hanya dapat berlangsung jika ada cahaya, misalnya sinar matahari sebagai sumber energi. Persamaan reaksi tersebut adalah : 6CO2(g) + 6H2O(l)  C6H12O6(s) + 6O2(g) Termasuk jenis reaksi apakah fotosintesis tersebut ? Jelaskan beserta alasannya. Hitunglah panas yang dilepaskan ketika 266 gr fosfor putih (P4) dibakar di udara sesuai persamaan berikut ini. P4(s) + 5O2(g)  P4O10(s) H = -3.013 kJ

Jenis Perubahan Entalpi 2 Jenis Perubahan Entalpi Entalpi atau H = Kalor reaksi pada tekanan tetap = Qp Perubahan entalpi adalah perubahan energi yang menyertai peristiwa perubahan kimia pada tekanan tetap. Pemutusan ikatan membutuhkan energi (= endoterm) Contoh: H2    2H - a kJ ; H= +a kJ Pembentukan ikatan memberikan energi (= eksoterm) Contoh: 2H    H2 + a kJ ; H = -a kJ Berdasarkan jenis reaksinya, maka perubahan entalpi dapat dibedakan sebagai berikut : Entalpi Pembentukan Standar ( Hof) atau Standar Entalphy of Formation H untuk membentuk 1 mol persenyawaan langsung dari unsur-unsurnya yang diukur pada 298 K dan tekanan 1 atm. Contoh: H2(g) + 1/2 O2(g)    H20(l) ; Hf = -285.85 kJ Entalpi Penguraian ( Hod ) atau Standar Entalphy of Dissociation H dari penguraian 1 mol persenyawaan langsung menjadi unsur-unsurnya (= Kebalikan dari H pembentukan). Contoh: H2O(l)    H2(g) + 1/2 O2(g) ; H = +285.85 kJ

Entalpi Pembakaran Standar ( Hoc) atau Standar Entalphy of Combustion H untuk membakar 1 mol persenyawaan dengan O2 dari udara yang diukur pada 298 K dan tekanan 1 atm. Contoh: CH4(g) + 2O2(g)   CO2(g) + 2H2O(l) ; Hc = -802 kJ Entalpi Netralisasi Standar ( Hon ) atau Standar Entalphy of Nuetralization H yang dihasilkan (selalu eksoterm) pada reaksi penetralan asam atau basa. Contoh: NaOH(aq) + HCl(aq)    NaCl(aq) + H2O(l) ; H = -890.4 kJ/mol Entalpi Penguapan Standar ( Hovap ) atau Standar Entalphy of Vaporization H pada penguapan 1 mol zat dalam fasa cair menjadi fasa gas yang diukur pada keadaan standar Contoh : H2O(l)  H2O(g) ; Hovap = +44kJ

Entalpi Peleburan Standar ( Hofus ) atau Standar Entalphy of Fusion H pada pencairan 1 mol zat dalam fasa padat menjadi zat dalam fasa cair yang diukur pada keadaan standar Contoh : H2O(s)  H2O(l) ; Hofus = +6,01 kJ Entalpi Sublimasi Standar ( Hosub ) atau Standar Entalphy of Sublimation H pada sublimasi 1 mol zat dalam fasa padat menjadi zat dalm fasa gas Contoh : H2O(s)  H2O(g) ; Hosub = +50,01 kJ Entalpi Pelarutan Standar ( Hosol ) atau Standar Entalphy of Solvation H pada pelarutan 1 mol zat dalam suatu pelarut (umumnya air ) yang diukur pada keadaan standar Contoh : HCl(g)  HCl(aq) ; Hosol = -75,14 kJ

Latihan Soal Pada pembakaran gas hidrogen terbentuk 12 gr air dan dibebaskan panas sebanyak 190,54 kJ. Tentukan Hc H2 dan Hf H2O Pembentukan gas asetilen C2H2(g) membutuhkan kalor sebanyak 226,7 kJ/mol. Tentukan perubahan entalpi pada penguraian 8 gr gas asetilen serta tuliskan persamaan termokimianya Diketahui persamaan termokimia 2C2H2 + 5O2  4CO2 + 2H2O ; H = -2.512 kJ Berapakah perubahan entalpi pada pembakaran sempurna 2,8 liter C2H2 pada keadaan STP.

3 Penentuan Perubahan Entalpi A. Kalorimeter B. Hukum Hess C. Energi Ikatan D. Kalor Pembakaran Bahan Bakar

A. Kalorimeter Untuk menentukan perubahan entalpi (H) suatu reaksi dapat dilakukan dengan suatu percobaan menggunakan kalorimeter, baik kalorimeter sederhana maupun kalorimeter bomb. Dalam menentukan H menggunakan kalorimeter, kita akan selalu berhubungan dengan kalor atau panas. Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan 1 gr zat sebesar 1oC atau 1oK disebut panas jenis (c), dinyatakan dengan satuan Joule g-1oC-1. Untuk menentukan jumlah kalor suatu zat secara umum berlaku rumus : Q = m . c . t dimana : q = jumlah kalor ( joule ) m = massa zat ( gram ) c = kalor jenis ( Jg-1oC-1 ) t = perubahan suhu ( takhir – tawal )

Latihan Soal Ke dalam kalorimeter yang kapasitas panasnya 100 J/oC dimasukkan 150 mL KOH 0,2 M yang suhunya 25oC. Kemudian ke dalamnya ditambahkan 100 mL HCl 0,2 M yang suhunya sama. Setelah terjadi reaksi, ternyata suhu campuran menjadi 29oC. Bila kalor jenis larutan = 4,2 Jg-1oC-1 dan massa jenis larutan 1g/mL. Berapakah H reaksinya ? ( dalam satuan kJ/mol ) Pembakaran 2,051 gr glukosa ( C6H12O6 )dalam kalorimeter bomb yang berisi 980 gr air menyebabkan suhu air meningkat dari 24,92oC menjadi 31,41oC. Bila kapasitas jenis air = 4,2 Jg-1oC-1 dan kapasitas panas kalorimeter = 8,2 J/oC. Berapakah kalor pembakaran glukosa dalam kJ/mol ?

B. Hukum Hess Hukum Hess “Perubahan entalpi yang dilepas atau diserap tidak tergantung pada jalannya reaksi, melainkan tergantung pada kondisi zat – zat yang bereaksi ( reaktan ) dan zat – zat hasil reaksi ( produk )” Berdasarkan hukum Hess, penentuan H dapat dilakukan melalui 2 cara, yaitu : a. Perubahan entalpi ( H ) dihitung melalui penjumlahan dari perubahan entalpi beberapa reaksi yang berhubungan H = H1 + H2 + H3 b. Perubahan entalpi ( H ) suatu reaksi dihitung berdasarkan selisih entalpi pembentukan ( Hof ) antara produk dan reaktan Secara umum rumus untuk persamaan reaksinya adalah : a AB + b CD  c AD + d BC Ho = ( c . Hof AD + d . Hof BC ) – ( a Hof AB + b HofCD ) atau Hreaksi = nHof produk - nHof reaktan

Contoh : Diketahui :  energi ikatan C - H = 414,5 kJ/Mol C = C = 612,4 kJ/mol C - C = 346,9 kJ/mol H - H = 436,8 kJ/mol Ditanya:  H reaksi = C2H4(g) + H2(g)  C2H6(g) H = Jumlah energi pemutusan ikatan - Jumlah energi pembentukan ikatan = (4(C-H) + (C=C) + (H-H)) - (6(C-H) + (C-C)) = ((C=C) + (H-H)) - (2(C-H) + (C-C)) = (612.4 + 436.8) - (2 x 414.5 + 346.9) = - 126,7 kJ

Latihan Soal Siklopropana merupakan suatu anestesi ( obat bius ), pembakaran sempurna 21 gr siklopropana (CH2)3 melepaskan kalor sebesar 1045,7 kJ. Berapakah Hof (CH2)3 jika diketahui Hof CO2 = -293,5 kJ/mol dan Hof H2O = -285,8 kJ/mol Diperkirakan pada lapisan stratosfer HO(g) + Cl2(g)  HOCl(g) + Cl(g) Tentukan H reaksi diatas jika diketahui : Cl2(g)  2Cl(g) H = 242 kJ H2O2(g)  2HO H = 134 kJ H2O2(g) + 2Cl(g)  2HOCl(g) H = -209 kJ Diketahui : (i) C6H12O6+ 6O2  6CO2 + H2O H = -2.820 kJ (ii) C2H5OH + 3O2  2CO2 + 3H2O H = -1.380 kJ Hitunglah perubahan entalpi bagi reaksi fermentasi glukosa berikut (iii) C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2

C. Energi Ikatan Energi Ikatan “Energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan kimia dalam 1 mol suatu senyawa berwujud gas pada keadaan standar menjadi atom - atomnya” Berdasarkan jenis dan letak atom terhadap atom – atom lain dalam molekulnya dikenal 3 jenis energi ikatan, yaitu : a. Energi Atomisasi adalah energi yg dibutuhkan untuk memutuskan semua ikatan 1 mol molekul menjadi atom – atom bebas dalam keadaan gas. Contoh : NH3(g)  N(g) + 3H(g) H = 297 kkal/mol Karena pada molekul NH3 terdapat 3 ikatan N – H sebesar 93 kkal/mol maka energi atomisasi NH3 sebesar 3 X 93 kkal/mol = 297 kkal/mol b. Energi Disosiasi Ikatan adalah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan salah satu ikatan yang terdapat pada suatu molekul atau senyawa dalam keadaan gas Contoh : CH4(g)  CH3(g) + H(g) H = +431 kJ Energi disosiasi untuk melepas 1 atom H dari molekul CH4 sebesar 431 kJ

C. Energi Ikatan c. Energi Ikatan Rata – rata adalah energi rata – rata yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan atom – atom pada suatu senyawa. Energi ikatan suatu molekul berwujud gas dapat ditentukan dari data entalpi pembentukan standar (Hof ) dan energi ikat unsur – unsurnya. Prosesnya dianggap melalui 2 tahap, yaitu : Menguraikan senyawa menjadi unsurnya Mengubah unsur menjadi atom gas Tabel : Energi Berbagai Ikatan Ikatan Energi(kJ/mol H – H 437,64 C – N 298 C – O 357 Cl – Cl 242,76 C – Cl 328 C = C 609 Br – Br 224,28 C – Br 276 C  C 835,8 C – H 413 O = O 500,64 C – C 348 C = O 726,6

C. Energi Ikatan Contoh Soal : Apabila energi ikatan C – H, C = C, Cl – Cl, C – C dan C – Cl masing – masing adalah 99 kkal, 146 kkal, 58 kkal, 83 kkal dan 79 kkal. Tentukan besarnya H dari reaksi berikut : H H Cl Cl C = C + Cl – Cl  H – C – C – H H H H H Jawab : H = ( jumlah energi ikatan pereaksi ) – ( jumlah energi ikatan hasil reaksi ) H = ( 4 EC-H + 1 EC=C + 1 ECl-Cl ) – ( 4 EC-H + 1 EC-C + 2 EC-Cl ) H = ((4 x 99) + (1 x 146) + (1 x 58)) – ((4 x 99) + (1 x 83) + (2 x 79)) H = ( 396 + 146 + 58 ) – ( 396 + 83 + 158 ) H = ( 600 – 637 ) H = -37 kkal

Latihan Soal Diketahui energi ikatan rata – rata O = O, C – H, C – O, C = O dan H – O masing – masing 500,64 kJ, 417 kJ, 357 kJ, 726,6 kJ dan 465 kJ. Tentukan Hreaksi pada oksidasi 22 gr asetaldehid menjadi asam asetat menurut reaksi H O H O H – C – C + ½ O = O  H – C – C H H H OH Tentukan energi yang dibebaskan atau diperlukan (kJ) untuk mengubah 18,4 gr etanol menjadi asam asetat, jika diketahui energi ikatan rata – rata sebagai berikut : C = O : 726 kJ O – H : 465 kJ C – O : 357 kJ O = O : 500,6 kJ C – H : 417 kJ

D. Kalor Pembakaran Bahan Bakar Pembakaran merupakan proses reaksi antara bahan bakar dengan oksigen yang disertai nyala api. Pembakaran merupakan reaksi eksoterm. Ada beberapa bahan bakar yang digunakan dalam rumah tangga, yaitu : Arang Kayu Gas LPG Pembakaran tidak sempurna adalah merupakan proses pembakaran yang menghasilkan gas CO. Gas CO ini sangat berbahaya karena gas CO lebih mudah diikat oleh hemaglobin dari pada oksigen, apabila kita menghirup udara yg mengandung CO dengan kadar 100 ppm selama 5 menit akan menimbulkan gejala keracunan CO dengan ditandai kepala terasa pusing, tubuh gemetar dan diikuti dengan hilangnya kesadaran. Permasalahan lain dalam penggunaan bahan bakar fosil adalah hujan asam yg disebabkan adanya reaksi antara N2 dan O2 dari udara membentuk oksida nitrogen. Disamping itu juga akan terjadi “Efek rumah kaca” yg akan mengakibatkan “global warming”.

Latihan Soal Bensin merupakan bahan bakar yang terdiri dari 80% isooktana (C8H18) dan 20% n-heptana (C7H16). Jika diketahui Hc C8H18 = -5.460 kJ/mol, Hc C7H16 = -4.853 kJ/mol dan Hc CO = -283 kJ/mol. Tentukan H pada pembakaran tidak sempurna 1 liter bensin ( massa jenis bensin = 0,7 kg/L ) Diketahui Hc C2H5OH (etanol) = -1.372,3 kJ dan Hc CO = -283 kJ/mol. Dari data tersebut buktikan bahwa dari pembakaran sempurna etanol dihasilkan kalor yang lebih tinggi dibandingkan kalor yang dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna

Thank You ! Web Kimia = http://teacher/swd Web Kelas XII IPA1 = http://teacher/cl@sic E-mail : mohammad_suwandi@yahoo.co.id