Termokimia UNIT 3 3

Perhatikan gambar berikut. Pembakaran kayu dan gelas yang mengalami pengembunan berhubungan erat dengan termokimia. Apakah termokimia itu?

Hukum Kekekalan Energi berbunyi: "Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, tapi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan". Entalpi suatu zat tidak dapat diukur, tetapi perubahan entalpinya dapat diukur. Perubahan entalpi (∆H) terjadi ketika suatu zat mengalami reaksi. ∆H = H hasil reaksi - H pereaksi Reaksi : menjadi P Q ∆H = H Q - H P

Sistem Kalor Lingkungan Contoh reaksi endoterm: Reaksi antara barium hidroksida dan kristal amonium klorida dengan penambahan beberapa tetes air. Reaksi antara amonium tiosianat dan barium hidroksida dekahidrat. Ciri : ∆H = positif Suhu sistem dingin H hasil reaksi > H pereaksi

Sistem Kalor Lingkungan Ciri : ∆H = negatif Suhu sistem panas H hasil reaksi < H pereaksi

keadaan akhir keadaan akhir keadaan awal keadaan awal Energi (U) U sistem menurun U awal U akhir U akhir > U awal ∆U > 0 Reaksi endoterm keadaan awal keadaan awal keadaan akhir keadaan akhir Energi (U) U sistem menurun U akhir U awal U akhir < U awal ∆U < 0 Reaksi eksoterm

B. Persamaan Termokimia Persamaan reaksi yang menyatakan jumlah mol dan keadaan fisik masing-masing zat (pereaksi maupun hasil reaksi) serta perubahan entalpi (ΔH) untuk reaksi yang bersangkutan disebut persamaan termokimia. Jika zat-zat yang terlibat dalam reaksi pada keadaan standar (tekanan 1 atm dan temperatur 25 o C) maka perubahan entalpinya ditandai sebagai ΔH o.

1. Entalpi (Kalor) Pembentukan Standar (ΔH f o ) Perubahan entalpi yang terjadi pada reaksi pembentukan 1 mol suatu senyawa dari unsur- unsurnya, semua zat dalam bentuk stabil pada 25 o C dan 1 atm. Contoh : 1 / 2 N 2 (g) + 3 / 2 H 2 (g) → 1 NH 3 (g); ∆H = +50,63 kJ mol -1 Jenis-jenis persamaan termokimia

2. Entalpi Penguraian Standar (ΔH d o ) Perubahan entalpi yang terjadi pada reaksi penguraian 1 mol suatu senyawa menjadi unsur-unsurnya, semua zat dalam bentuk stabil pada 25 o C dan 1 atm. Contoh : 1 PCl 3 (g) → P(s) + 3 / 2 Cl 2 (g); ∆H = +228 kJ mol -1

3. Entalpi Pembakaran Standar (ΔH c o ) Perubahan entalpi yang terjadi pada reaksi pembakaran 1 mol suatu zat dengan oksigen diukur pada keadaan standar. (Pembakaran sempurna senyawa hidrokarbon menjadi CO 2 dan H 2 O.) Contoh : 1 H 2 (g) + 1 / 2 O 2 (g) → H 2 O(g); ∆H = -285,83 kJ mol -1

1.Jika jumlah mol dalam persamaan reaksi dikalikan dengan bilangan x, perubahan entalpi untuk reaksi tersebut juga dikalikan x. 2.Jika persamaan reaksi dibalik, perubahan entalpinya diberi tanda berlawanan dengan persamaan reaksi sebelumnya. 3.Menurut perjanjian, perubahan entalpi pembentukan (ΔH f o ) suatu unsur bebas pada keadaan standar = 0. 4.Satuan kalor dapat digunakan joule (J), kilojoule (kJ), kalori (kal), atau kilokalori (kkal). 1 kalori = 4,18 joule. Catatan

1 / 2 N 2 (g) + 3 / 2 H 2 (g) → NH 3 (g); ∆H = +50,63 kJ mol -1 PCl 3 (g) → P(s) + 3 / 2 Cl 2 (g); ∆H = +228 kJ mol -1 Jenis Entalpi Persamaan Termokimia Entalpi pembentukan standar (∆H° f ) Entalpi penguraian standar (∆H° d )

H 2 (g) + 1 / 2 O 2 (g) → H 2 O(g); ∆H = -285,83 kJ mol -1 H 2 O(l) → H 2 O(g); ∆H = +44,01 kJ mol -1 Entalpi pembakaran standar (∆H° c ) Entalpi pelarutan standar (∆H° s ) Entalpi pelarutan standar (∆H° s ) Jenis Entalpi Persamaan Termokimia

Penyelesaian Jumlah mol CH 4 = Volume CH 4 Volume molar STP = 67,2 mL 22,4 mL mol -1 = 3 mol ∆H 3 mol CH 4 = kJ ∆H° c CH 4 = kJ 3 mol = - 890,3 kJ mol -1 CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O(l); ∆H = -890,3 kJ mol -1 Persamaan termokimia: Tentukan persamaan termokimia pada pembakaran 67,2 L gas metana pada STP dibebaskan kalor sebesar kJ. Contoh Soal

a.Kalor Jenis Air dan Kapasitas Kalor ∆T = perubahan suhu = T akhir reaksi – T awal reaksi c = kalor jenis (J.g –1.˚C –1 ) C = kapasitas kalor (J.˚C –1 ) m = massa zat (gram) q = kalor yang dibebaskan atau diserap b.Kalorimeter Tekanan Tetap q reaksi = – (q sistem + q kalorimeter ) c.Kalorimeter Bom C = m x c q = m x c x ∆T q = C x ∆T

Pembakaran 32 g gas metana dalam kalorimeter menyebabkan suhu air kalorimeter naik dari 24,8˚C menjadi 88,5˚C. Jika kalorimeter berisi 6 L air dan diketahui kalor jenis air = 4,2 J/g.°C serta kapasitas kalor kalorimeter = J/g.°C, tentukan kalor pembakaran gas metana. Contoh Soal q air m x c x ∆T 6000 x 4,2 x 24,8) J = = = = 1605,240 kJ q kalorimeter C x ∆T 2740 x J = = = =174,538 kJ q reaksi + q air + q kalorimeter = 0 q reaksi q kalorimeter ) = - (q air + 174,538) =- (1605,240+ = ,8 kJ ∆H Reaksi=- 1779,8 kJ (88,5– 24,8)(88,5– Jumlah mol CH 4 g MrMr = =2 mol ∆H 2 mol CH 4 =- 1779,8 kJ ∆H 1 mol CH 4 = ,8 kJ 2 = kJ/mol Jadi, ∆H° c CH 4 = kJ/mol = Penyelesaian

Kalor reaksi yang dibebaskan atau diperlukan pada suatu reaksi tidak bergantung pada jalannya reaksi, tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi. Perubahan entalpi suatu reaksi tetap sama, baik berlangsung dalam satu tahap maupun beberapa tahap. Hukum Hess

Perhatikan skema di samping. Tentukan ∆H reaksi C → D. Penyelesaian Keadaan awal C dan keadaan akhir D; : Proses 1 : CD; ∆H r Proses 2 :CA -∆H 3 B ∆H 1 D ∆H 2 ∆H proses (1)∆H proses (2)= ∆H r =-∆H 3 + ∆H 1 + ∆H 2 ∆H 1 += ∆H 2 - ∆H 3 ∆H 1 += ∆H 2 - ∆H 3 ∆H r Jadi, B A D C ∆H 1 ∆H 2 ∆H 3 ? Contoh Soal

Latihan Soal Diketahui : (a) 2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O; ∆H = kJ (b) H / 2 O 2 → H 2 O; ∆H = kJ (c) C 2 H 2 + 2H 2 → C 2 H 6 ; ∆H = kJ Tentukan ∆H pembakaran C 2 H 2 dan ∆H yang dibebaskan jika 11,2 L gas C 2 H 2 dibakar pada kondisi STP? Diketahui 3 L air dipanaskan sehingga suhu air naik dari 25°C menjadi 72°C. Jika massa jenis air = 1 J/g.°C dan kalor jenis air = 4,2 J/g.°C, tentukan ∆H reaksi pembakaran tersebut.

Pereaksi pApA+qBqBrCrC+sD;∆H r = ….? Hasil reaksi Zat-zat pereaksi dianggap mengalami reaksi penguraian dan zat-zat hasil reaksi dianggap mengalami reaksi pembentukan. ∆H˚ f (pereaksi)∆H reaksi=∆H˚ f (hasil reaksi)– (p ∆H˚ f A + q ∆H˚ f B) =(r ∆H˚ f C + s ∆H˚ f D)– Entalpi penguraian zat = Entalpi pembentukan zat

Diketahui kalor pembakaran CH 3 OH(l) = kL/mol, kalor pembentukan CO 2 (g) dan H 2 O(l) masing-masing – 394 kJ/mol dan – 286 kJ/mol, tentukan kalor pembakaran CH 3 OH(l). Penyelesaian Reaksi pembakaran CH 3 OH(l) : CH 3 OH(l) +11/2O2(g)11/2O2(g) CO 2 (g) + 2H 2 O(l);∆H r =- 638 kJ/mol ∆H˚ f (pereaksi)∆H reaksi=∆H˚ f (hasil reaksi)– ∆H reaksi=(∆H˚ f CO 2 – +∆H˚ f H 2 O)(∆H˚ f CH 3 OH) kJ/mol=[(-394+(2 x -286)] – (∆H˚ f CH 3 OH) =(-966)+(638) =- 328 kJ/mol Jadi, kalor pembentukan CH 3 OH(l)= Contoh Soal

CH 4 (g) +2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(l);∆H r =…..? Reaksi pemutusan Reaksi (1): C +4H;∆H 1 =4 x E C-H Reaksi (2):4O;∆H 2 =2 x E O=O Reaksi (3):C∆H 3 =-(2E C=O )+2O Reaksi (4):4H ∆H 4 = -(4E O-H ) +2O CH 4 (g) 2O 2 (g) CO 2 (g); 2H 2 O(l); Reaksi pembentukan + CH 4 (g) +2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(l) ∆H r =∆H 1 +∆H 2 +∆H 3 +∆H 4 (4E C-H + 2E O=O )–(2E C=O + 4E O-H ) = ∆H r = energi total pemutusan ikatan energi total pembentukan ikatan – Perhatikan reaksi berikut.

Kalor pembakaran CS 2 (g) + 3O 2 (g) → CO 2 (g) + 2SO 2 (g); ∆H = kJ. Energi ikatan (kJ/mol) : O ═ O = 495 S ═ O = 323 C ═ O = 799 Tentukan nilai energi ikatan C ═ S. Penyelesaian S ═ C ═ S+3(O ═ O)O ═ C ═ O+2(O ═ S ═ O);∆H r = kJ ∆H reaksi = energi total pemutusan ikatan energi total pembentukan ikatan – kJ= (2 x E C=S + 3 x E O=O )–(2 x E C=O + 4 x E S=O ) kJ= (2 x E C=S + 3 x 495)–(2 x x 323) E C=S = 480 kJ/mol Jadi, energi ikatan C ═ S= Contoh Soal

Cara penentuan energi ikatan rata-rata suatu senyawa melalui penguraian senyawa tersebut (dalam wujud gas) menjadi atom-atom penyusunnya. Energi ikatan rata-rata dihitung dengan cara membagi ∆H reaksi dengan jumlah ikatannya. Diketahui : kalor pembentukan CH 4 (g) = - 75 kJ/mol kalor sublimasi karbon = 718 kJ/mol Kalor disosiasi H 2 (g) = 436 kJ/mol Tentukan energi ikatan rata-rata C – H. Contoh Soal

CH 4 (g) harus berada di ruas kiri sehingga reaksi (1) dibalik, reaksi (2) tetap, dan reaksi (3) dikalikan 2. CH 4 (g)C(s)+ 2H 2 (g); ∆H = 75 kJReaksi 1 : C (s)C(g);∆H = 718 kJReaksi 2 : 2H 2 (g)4H(g);∆H = 872 kJReaksi 3 : + CH 4 (g)C(g) + 4H(g); ∆H r = 1665 kJ ∆H Reaksi yang diperoleh adalah untuk empat ikatan C – H sehingga Energi ikatan rata-rata C – H= ∆H r 4 = 1665 kJ 4 = 416,25 kJ/mol Penyelesaian

Latihan Soal Diketahui kalor pembakaran C 2 H 5 OH(l) = kJ/mol, kalor pembentukan CO 2 (g) dan H 2 O(l) masing-masing – 394 kJ/mol dan – 286 kJ/mol. Tentukan kalor pembentukan C 2 H 5 OH(l). 1 1 Diketahui energi ikatan (kJ/mol) : C – C = 348C – H= 413 C ═ C= 614C – Br= 276 Tentukan ∆H reaksi : C 4 H 8 + H - Br → C 4 H 9 Br. 2 2 Diketahui : kalor pembentukan CF 4 (g) = kJ/mol kalor sublimasi karbon = 718 kJ/mol kalor disosiasi F 2 (g) = 155 kJ/mol Tentukan energi ikatan rata-rata C – F. 3 3

Elpiji Bensin Minyak Tanah Solar ∆H per gram (kJ) ∆H per gram (kJ) ∆H Pembakaran (kJ mol -1 ) ∆H Pembakaran (kJ mol -1 ) Bahan Bakar Jumlah Massa per Rp (g) Jumlah Energi per Rp (kJ)

Pembakaran Sempurna Pembakaran Tidak Sempurna Adanya unsur karbon yang tidak terbakar. Terbentuknya asap hitam dan nyala api berwarna kuning. Semakin panjang rantai karbon, pembakaran semakin tidak sempurna. Energi yang dibebaskan menjadi berkurang sehingga mengurangi efisiensi bahan bakar. Semakin pendek rantai karbon, pembakaran semakin sempurna. Adanya gas CO yang membahayakan kesehatan. Adanya gas CO 2 yang menyebabkan efek rumah kaca. Adanya gas CO 2 yang menyebabkan efek rumah kaca.

terdiri atas perhitungan nilai kalor berdasarkan Kalor pembentukan Kalor pembentukan Kalor penguraian Kalor penguraian Kalor pembakaran Kalor pembakaran Kalor pelarutan Kalor pelarutan Hukum hess Hukum hess Data energi ikatan Data energi ikatan Percobaan sederhana Percobaan sederhana Data ∆H pembentukan standar Data ∆H pembentukan standar Energi ikatan rata-rata Energi ikatan rata-rata

Bagaimana perpindahan energi antara sistem dan lingkungan pada reaksi endoterm dan reaksi eksoterm? 1 1 Tuliskan persamaan termokimia, jika pada reaksi penguraian 90 g air memerlukan kalor 220 kJ. 2 2 Berapakah kalor dari reaksi C 2 H 4 + H 2 O 4 → C 2 H 6. Jika diketahui energi ikatan (C=C) = 607 kJ, (C-H) = 415 kJ, (H-H) = 463 kJ, dan (C-C) = 348 kJ. 3 3

Sukses sering datang kepada orang yang berani bertindak. Ia jarang mendatangi orang yang malu- malu yang selalu takut pada konsekuensi- konsekuensi. ~Jawaharlal Nehru~ TERIMA KASIH