Penentuan Kalor reaksi (Kalorimetri) SMA NEGERI 1 PANYABUNGAN TERMOKIMIA-2 Penentuan Kalor reaksi (Kalorimetri) Oleh : N.MARPAUNG GMP. KIMIA SMA NEGERI 1 PANYABUNGAN

Kalor adalah bentuk energi yang menyebabkan suatu zat memiliki suhu. Dalam sistim Internasional (SI) satuan untuk kalor dinyatakan dalam satuan Kalori (kal) , Kilokalori (kkal) atau Joule (J) dan Kilojoule (kJ)

Dalam sistim Internasional (SI) satuan untuk kalor dinyatakan dalam satuan Kalori (kal) , Kilokalori (kkal) atau Joule (J) dan Kilojoule (kJ) 1 Kilokalori = 1000 kalori 1 Kilojoule = 1000 Joule 1 Kalori = 4,18 Joule

1 Kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik sebesar 1oC atau 1K Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1oC atau 1K dari 1 gram zat disebut Kalor Jenis

Jadi : c = 𝑄 𝑚∆𝑡 atau Q = m.c.∆t Dimana : Q = jumlah kalor (dalam Joule) m = massa zat (dalam gram) ∆t = perubahan suhu ( t2 – t1 ) c = kalor jenis jadi satuan untuk kalor jenis adalah Joule pergram perderajat celsius ( J g-1 oC-1 ) atau Joule pergram perkelvin ( J g-1 K-1 )

Jadi satuan untuk Kapasitas Kalor adalah: Kal oC-1 atau JK-1 Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1oC atau 1K disebut Kapasitas Kalor Jadi satuan untuk Kapasitas Kalor adalah: Kal oC-1 atau JK-1 Sehingga : C = 𝑄 ∆𝑡 atau Q = C.∆t dimana C = Kapasitas Kalor Dari kedua defenisi di atas dapat disimpulkan bahwa : c = 𝐶 𝑚 dimana c = kalor jenis ( c huruf kecil) C = Kapasitas Kalor ( C huruf kapital)

Kalorimeter Pengukuran Kalor dari suatu reaksi dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut Kalorimeter Contoh :Kalorimeter Termos, Kalorimeter Bom, Kalorimeter Thienman, dan lain-lain Kalorimeter yang lebih sederhana dapat dibuat dari sebuah bejana plastik yang ditutup rapat sehingga bejana ini merupakan sisitim yang terisolasi.

Terbuat dari bejana plastik (stirofoam) Kalorimeter Plastik Terbuat dari bejana plastik (stirofoam)

Cara Kerjanya : Setelah suhunya diukur kedua larutan tersebut dimasukkan kedalam kalorimeter sambil diaduk agar zat-zat bereaksi dengan baik, kemudian suhu akhir diukur Besarnya kalor yang diserap atau dibebaskan reaksi itu adalah sebanding dengan perubahan suhu dan massa larutan

Jadi : dimana : Q = Kalor yang diserap / dibebaskan oleh reaksi m = massa larutan ( gram ) ∆t = Perubahan suhu (oC atau K ) c = Kalor jenis larutan

Kalorimeter Bom Terdiri dari wadah (Bom) sebagai tempat berlangsungnya reaksi, yang dicelupkan ke dalam suatu bak terisolasi berisi air Jika reaksi di dalam Bom berlangsung secara eksoterm, maka panas yang dihasilkan akan dilepas ke lingkungan (ke dalam air ) sehingga sistim keseluruhan (Bom dan air ) akan mengalami kenaikan suhu

Dengan mengetahui kapasitas panas kalorimeter dan kalor jenis air, maka jumlah kalor yang dibebaskan / diserap oleh reaksi dapat ditentukan yaitu : Jumlah kalor yang diserap atau dibebaskan oleh kalorimeter ditambah dengan jumlah kalor yang dibebaskan atau diserap oleh air Qreaksi = Qkalorimeter + Qair

Karena reaksi berlangsung pada tekanan tetap maka : Apabila reaksi berlangsung eksoterm maka ∆H = -Q dan Apabila reaksi berlangsung endoterm maka ∆H = +Q

HUKUM HES (Hukum penjumlahan Kalor) Beberapa reaksi kimia tidak dapat ditentukan Perubahan entalpinya (∆H) dengan menggunakan kalorimeter Germain Hess melakukan berbagai percobaan, dia menemukan bahwa reaksi kimia yang dapat berlangsung dengan beberapa tahapan, harga ∆H untuk reaksi itu merupakan jumlah semua perubahan entalpi (∆H) dari semua tahapan reaksi tersebu.

Dari hasil pengamatannya Hess menyimpulkan bahwa : Setiap reaksi memiliki perubahan entalpi yang tetap, dan perubahan entalpi dari suatu reaksi tidak bergantung pada jalannya reaksi atau tahapan reaksi, tetapi hanya tergantung pada keadaan awal dankeadaan akhir

Contoh : secara kalorimetris entalpi pembentukan CO tidak dapat ditentukan, namun berdasarkan tahapan reaksi pembentukan CO2 entalpi pembentukan CO dapat ditentukan. Telah diketahui reaksi pembentukan CO2 dapat dilakukan dengan dua tahap yaitu : CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ∆H = -284,3 kJ C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆H = -395,2 kJ

Berdasarkan kedua tahapan reaksi ini maka entalpi pembentukan CO dapat ditentukan sebagai berikut : C(s) + ½O2(g) → CO(g) ∆H1 = ...........kJ CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ∆H2 = -284,3 kJ + C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆H3 = -395,2 kJ Menurut Hukum Hess : ∆H3 = H1 + ∆H2 atau ∆H1 = ∆H3 - ∆H1 ∆H1 = -395,2 kJ - (-284,3 kJ) = -110,9 kJ

Tahapan reaksi diatas dapat digambarkan dalam bentuk diagram sebagai berikut :

Contoh soal : Jika diketahui : C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O ∆H = -327 kkal C + O2 → CO2 ∆H = -94 kk H2 + ½O2 → H2O ∆H = -68,4 kkal Hitunglah perubahan entalpi yang timbul pada pembentukan C2H5OH dari unsur-unsurnya menurut persamaan reaksi : 2C + 3H2 + ½O2 → C2H5OH Jawab : Ketiga reaksi di atas kita susun sedemikian rupa sehingga bila dijumlahkan akan menghasilkan reaksi pembentukan C2H5OH , dan ∆H nya adalah jumlah ∆H dari ketiga reaksi tersebut. ( C + O2 → 2CO2 ) x2 ∆H = -188 kJ (harga ∆H dikali 2) ( H2 + ½O2 → H2O ) x3 ∆H = -205,2 kJ (harga ∆H dikali 3) 2CO2 + H2O → C2H5OH + 3O2 ∆H = -327 kJ + 2C + ½O2 + 3H2 → C2H5OH ∆H = -66,2 kJ Jadi perubahan entalpi yang timbul pada pembentukan C2H5OH adalah -66,2 kJ

Beberapa hal yang perlu diperhatikan : 1. Jika persamaan reaksi dibalik, maka harga entalpi reaksi (∆H) harus berubah tanda Contoh : H2(g) + ½O2(g) → H2O(g) ∆H = -68,4 kkal....... jika reaksinya dibalik menjadi : H2O(g) → ½O2(g) + H2(g) ∆H = +68,4 kkal 2.Jika koefisien reaksi dikali atau dibagi dengan suatu bilangan, maka harga entalpi reaksi (∆H) juga harus dikali atau dibagi dengan bilangan pengali atau pembagi itu Contoh : H2(g) + ½O2(g) → H2O(g) ∆H = -68,4 kkal……jia reaksi ini dikalikan dengan 2, maka 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) ∆H = -136,8 kkal (∆H nya juga dikali 2 ) H2(g) + ½O2(g) → H2O(g) ∆H = -68,4 kkal.........jika reaksi ini dibagi 2 menjadi : ½H2(g) + O2(g) → ½H2O(g) ∆H = -34,2 kkal (∆H nya juga dibagi 2) 3.Pada penjumlahan reaksi, apabila di ruas kanan dan ruas kiri persamaan reaksi terdapat zat-zat yang sejenis (molekul dan fasenya sama) maka zat-zat tersebut dapat dihilangkan sebelum reaksi tersebut dijumlahkan. Contoh : H2(g) + ½O2(g) → H2O(g) ∆H = +241,80 kJ H2O(l) → H2(g) + ½O2(g) ∆H = -285,85 kJ + H2O(l) → H2O(g) ∆H = -44,05 kJ

Penentuan ∆H reaksi berdasarkan data ∆H pembentukan standar (∆H 𝑓 𝑜 ) dengan menganggap bahwa reaksi kimia terjadi karena adanya reaksi peruraian kemudian diikuti dengan pembentukan kembali zat-zat hasil reaksi, dimana zat-zat pereaksi lebih dahulu terurai menjadi unsur-unsurnya, kemudian unsur-unsur itu tersusun kembali membentuk zat-zat hasil reaksi contoh reaksi : AB + CD → AD + CB.

Reaksi ini dapat dibuat menjadi beberapa tahap yaitu : AB → A + B ∆H = - ∆Hfo AB (ingat hukum Laplace) CD → C + D ∆H = - ∆Hfo CD A + D → AD ∆H = + ∆Hfo AD C + B → CB ∆H = + ∆Hfo CB + AB + CD → AD + CB ∆H = - ∆Hfo AB + (-∆Hfo CD) + ∆Hfo AD + ∆Hfo CB atau ∆H = (∆Hfo AD + ∆Hfo CB ) – (∆Hfo AB + ∆Hfo CD ) Σ∆H hasil Σ∆H pereaksi Jadi : Perubahan entalpi reaksi adalah: selisih antara perubahan entalpi pembentukan zat hasil reaksi dengan zat pereaksi.

Untuk Reaksi : pAB + qCD → rAD + sCB ∆H = ? Atau : Secara Umum : Untuk Reaksi : pAB + qCD → rAD + sCB ∆H = ? Atau :

Catatan : Harga Entalpi Pembentukan unsur-unsur dalam keadaan bebas seperti O2, N2, Cl2, Br2, I2 dan lain-lain tidak diikutsertakan dalam perhitungan entalpi reaksi, sebab entalpi Pembentukan usur dalam bentuk paling stabil sama dengan nol.

Contoh Soal : Jika diketahui entalpi pembentukan CH4 = -74,8 kJ mol-1, CO2 = -393,5 kJ mol-1 dan H2O = -241,8 kJ mol-1, tentukanlah perubahan entalpi yang timbul pada pembakaran gas metana menjadi gas CO2 dan uap air ! Jawab : Reaksi Pembakaran CH4 adalah : CH4(g) + 2O2 (g) → CO2(g) + 2H2O(g) ∆Hreaksi = Σ∆Hfo hasil – Σ∆Hfo pereaksi ∆Hreaksi = (1.∆HfoCO2 +2.∆HfoH2O) - (1.∆HfoCH4 +2.∆HfoO2) = 1.(-393,5 kJ) + 2.(-241,8 kJ) - 1.(-74,8 kJ) +2.0 = -802,3 kJ

Energi Ikatan Adalah : Energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan kimia pada 1 mol senyawa berwujud gas menjadi atom-atomnya pada keadaan standar Untuk molekul yang terdiri dari dua mol ikatan atau lebih digunakan pengertian Energi ikatan rata-rata yang diberi lambang D, dengan satuan kJ/mol atau kkal/mol

Contoh Pada penguraian 1 mol CH4 menjadi atom-atomnya diperlukan 1656 kJ CH4(g) → C(g) + 4H(g) ∆H = 1656 kJ/mol Maka energi ikatan rata-rata (D) untuk memutuskan 1 mol ikatan C-H adalah : 414 kJ/mol.

Energi Ikatan dan Entalpi Reaksi Harga energi ikatan dapat digunakan untuk menentukan entalpi dari suatu reaksi kimia, anggapan bahwa energi yang terjadi pada reaksi kimia berasal dari pemutusan ikatan lama dan pembentukan kembali ikatan yang baru. Pada pemutusan ikatan diperlukan sejumlah energi, sedangkan pada pembentukan ikatan dibebaskan sejumlah energi. Perubahan entalpi reaksi adalah selisih antara energi pemutusan ikatan dengan energi pembentukan ikatan.

Contoh : Jika diketahui : DN-N = 226 kkal, DN-H = 93,4 kkal dan DH-H = 104,2 kkal Hitung entalpi yang timbul pada reaksi : N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) Jawab : Energi pemutusan ikatan 1 ikatan N-N diperlukan energi : 1 x 226 kkal = 226 kkal 3 ikatan H-H diperlukan energi : 3 x 104,2 kkal = 312,6 kkal Energi pembentukan ikatan: 6 ikatan N-H dibebaskan energi : 6 x 93,4 kkal = 560,4 kkal Maka ; ∆H reaksi = Σ Energi pemutusan ikatan – Σ Energi pembentukan ikatan = (226 kkal + 312.6 kkal) – 560,4 kkal = -21,8 kkal

= +226 kkal + 312,6 kkal + (-560,4 kkal) Reaksi di atas dapat juga ditulis dengan beberapa tahapan reaksi, jika reaksi-reaksi tersebut disusun sedemikian rupa akan sesuai dengan hukum Hess, dimana perubahan entalpi reaksi sama dengan jumlah entalpi (energi ikatan) dari keseluruhan tahapan reaksinya. N2(g) → 2N(g) ∆H1 = +226 kkal 3H2(g) → 6H(g) ∆H2 = +312,6 kkal 2N2 + H2(g) → 2NH3(g) ∆H3 = -560,4 kkal N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ∆Hr = ∆H1 +∆H2 + ∆H3 = +226 kkal + 312,6 kkal + (-560,4 kkal) = -21,8 kkal

Energi Ikatan Dissosiasi : Adalah : Energi yang diperlukan untuk memutuskan salah satu ikatan di dalam molekul suatu senyawa Contoh : CH4(g) CH3(g) + H(g) D(H-CH ) = 103 kkal H2O(g) H(g) + OH(g) D(H-OH) = 119,7 kkal  

Reaksi Pembakaran Bahan Bakar Bahan bakar Batubara Batubara mengandung belerang yang cukup tinggi, sehingga pada pembakarannya akan menghasilkan gas 𝑆𝑂 2 Gas 𝑆𝑂 2 di udara dapat menimbulkan Hujan asam (acid rain) Jadi gas 𝑆𝑂 2 perlu dipisahkan atau belerang dipisahkan sebelum batubara dibakar

2. Bahan Bakar Hidrokarbon cair Dibuat dari Batubara yang diubah menjadi gas air (campuran CO dan 𝐻 2 ) kemudian dilanjutkan dengan reaksi katalitik untuk membentuk Hidrokarbon cair C(s) + 𝐻 2 𝑂 CO(g) + 𝐻 2 (g) nCO + (2n+1) 𝐻 2 𝐶 𝑛 𝐻 2𝑛+2 + n 𝐻 2 𝑂

3. Bahan Bakar Metanol Diperoleh dari gas air (batubara) melalui reaksi ; CO(g) + 2 𝐻 2 (𝑔) 𝐶 𝐻 3 𝑂𝐻 Dapat juga diperoleh dari hasil penguraian termal (pirolisis) kayu, pupuk kandang, air buangan, atau limbah-limbah kota. Nilai oktan metanol cukup tinggi yaitu 106 Hasil pembakarannya lebih bersih dari bensin

4. Bahan bakar Etanol Dihasilkan dari hasil permentasi bahan organik yang sering disebut Biomassa Dapat juga dihasilkan dari gas etilena ( 𝐶 2 𝐻 4 ), 5. Bahan Bakar Kayu Selain nilai energi yang dihasilkan kecil, juga penyumbang polusi yang cukup besar, karena pada pembakarannya yang tidak sempurna menghasilkan asap (C), CO dan 𝐶𝑂 2 Pembakaran Bahan bakar minyak bumi yang tidak sempurna dapat menghasilkan polutan seperti C, CO, 𝐶𝑂 2 , 𝑆𝑂 2 𝑑𝑎𝑛 𝑆𝑂 3

Sekian selamat belajar