UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 1 Energi, Entropi & Spontanitas Reaksi Kimia Dasar II – Prodi Kimia Liana Aisyah # 4 (Kamis, 24 Maret 2011)

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 2 Sebelumnya...  Konsep-konsep pokok Hukum I Termodinamika:  Energi  Kerja  Panas  Termokimia  Pengukuran  Perhitungan  Konsep pokok Hukum II Termodinamika:  Entropi  Gabungan Hukum I & Hukum II:  Spontanitas reaksi Pertemuan ini

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 3 Termokimia – Siapa Mau, Dia Tahu  Jelaskan arti persamaan termokimia ini: 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g)  4 NO (g) + 6 H 2 O (g)  H = kJ  Hitunglah panas yang dilepas jika  1 gram  1 ton amonia dibakar.

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 4 Termokimia – Siapa Mau, Dia Tahu  Hitunglah kalor pembakaran untuk reaksi berikut dari entalpi pe mbentukan standar (Lampiran 2 Chang Jilid 1): 2 H 2 S (g) + 3 O 2 (g)  2 SO 2 (g) + 2 H 2 O (l)  Diketahui entalpi pembakaran:  1 mol C (grafit) adalah -393,5 kJ  1 mol gas H 2 adalah – 285,8 kJ  2 mol C 2 H 6 adalah – 3119,6 kJ Hitunglah entalpi untuk reaksi: 2 C (grafit) + 2 H 2 (g) + ½ O 2 (g)  CH 3 OH (l)

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 5 Bab 18 - Pengantar Termodinamika: Ekspektasi Kompetensi  Mengetahui rumusan Hk II Termodinamika  Memahami pengertian ‘sederhana’ entropi  Mengaplikasikan pengertian entropi dalam memperkirakan perubahan entropi suatu proses  Mengetahui rumusan gabungan Hk I & II Termodinamika dan menerapkannya dalam memperkirakan spontanitas reaksi

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 6 Termodinamika  Salah satu tujuan utama mempelajari termodinamika adalah untuk memprediksi apakah suatu reaksi dapat terjadi atau tidak ketika reaktan-reaktan dicampur pada kondisi tertentu.  Reaksi yang dapat terjadi pada kondisi-kondisi tertentu disebut reaksi spontan.  Reaksi balik dari suatu reaksi spontan tidak dapat terjadi pada kondisi-kondisi yang sama.  Apa yang dapat kita simpulkan tentang proses-proses spontan?  Benarkah bahwa reaksi spontan selalu menurunkan energi?

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 7 Contoh Proses-proses Spontan  Air terjun jatuh ke bawah  Gula larut dalam kopi  Pada 1 atm, air membeku di bawah 0 0 C dan es mencair di atas 0 0 C  Kalor mengalir dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin  Pemuaian gas dalam lampu bohlam  Besi akan berkarat jika terkena air dan oksigen spontan nonspontan

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 8 Semua reaksi pembakaran adalah spontan dan eksotermik: CH 4 (g) + 2 O 2 (g)  CO 2 (g) + 2 H 2 O(g);  H = kJ Besi berkarat secara spontan and eksotermik: 2 Fe (s) + O 2 (g)  Fe 2 O 3 (s);  H = kJ Senyawa-senyawa ion secara spontan terbentuk dari unsur-unsurnya dgn melepas kalor: Na (s) + Cl2 (g)  NaCl(s) ;  H = kJ Tanda dari  H dan Kespontanan

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 9 Pd tekanan normal, air membeku di bawah 0°C dan mencair di atas 0°C. Keduanya adalah proses spontan, namun yang pertama termasuk eksotermik sedangkan yang kedua termasuk endotermik. H 2 O (l)  H 2 O s)  H = -6,02 kJ (eksotermik; spontan pada T < 0 o C) H 2 O s)  H 2 O (l)  H = + 6,02 kJ (endotermik; spontan pada T > 0 o C) Tanda dari  H dan Kespontanan

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 10 Apakah dengan menurunkan entalpi berarti bahwa suatu proses terjadi secara spontan? CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O (l)  H 0 = kJ H + (aq) + OH - (aq) H 2 O (l)  H 0 = kJ H 2 O (s) H 2 O (l)  H 0 = 6.01 kJ NH 4 NO 3 (s) NH 4 + (aq) + NO 3 - (aq)  H 0 = 25 kJ H2OH2O Reaksi-reaksi Spontan

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 11 Reaksi Spontan   H umumnya –  Tetapi juga ada reaksi dengan  H + yang spontan Ada faktor lain: ENTROPI

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 12 Secara sederhana, Entropi (S) adalah ukuran keacakan atau ketidakteraturan suatu sistem. teratur S acak S  S = S akhir - S awal Jika perubahan mengakibatkan kenaikan keacakan S f > S i  S > 0 Untuk semua zat, keadaan padatnya lebih teratur daripada keadaan cair dan keadaan cairnya lebih teratur daripada keadaan gas S padat < S cari << S gas H 2 O (s) H 2 O (l)  S > 0

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 13 Proses-proses yang menghasilkan kenaikan entropi (  S > 0)

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 14 Memprediksi Nilai Entropi Relatif Pilihlah yang memiliki entropi lebih tinggi dalam masing-masing soal di bawah ini, dan jelaskan. (a) 1 mol NaCl (s) atau 1 mol NaCl (aq) (b) 1 mol O 2 dan 2 mol H 2 atau 1 mol H 2 O (c) 1 mol H 2 O (s) atau 1 mol H 2 O (g) (d) semangkuk sup pada 24 o C atau pada 95 o C

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 15 Memprediksi Nilai Entropi Relatif Apakah perubahan entropinya positif atau negatif untuk: (a) pembekuan etanol (b) penguapan bromin (c) pelarutan urea di dalam air (d) pendinginan gas N 2

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 16 Entropi & Hukum II Termodinamika Hukum II termodinamika kedua: entropi semesta (sistem + lingkungan) selalu naik pada proses spontan dan tidak berubah pada proses kesetimbangan.  S semesta =  S sis +  S ling > 0 proses spontan  S semesta =  S sis +  S ling = 0 proses kesetimbangan

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 17 Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (  S sis ) Entropi reaksi standar (  S 0 ) adalah perubahan entropi untuk reaksi yang terjadi pada 1 atm dan 25 0 C. aA + bB  cC + dD S0S0 rxn dS 0 (D) cS 0 (C) = [+] - bS 0 (B) aS 0 (A) [+] S0S0 rxn nS 0 (produk) =  mS 0 (reaktan)  -

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 18 Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (  S sis ) Berapakah perubahan entropi standar untuk reaksi 2CO (g) + O 2 (g)  2CO 2 (g) pada 25 0 C? S 0 (CO) = 197,9 J/K mol S 0 (O 2 ) = 205,0 J/K mol S 0 (CO 2 ) = 213,6 J/K mol S0S0 rxn = 2 x S 0 (CO 2 ) – [2 x S 0 (CO) + S 0 (O 2 )] S0S0 rxn = 427,2 – [395, ,0] = -173,6 J/K mol

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 19 Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (  S sis ) Ketika gas-gas dihasilkan (atau dipergunakan): Jika reaksi menghasilkan gas lebih banyak dibandingkan yang dipergunakan,  S 0 > 0. Jika jumlah total molekul gas berkurang,  S 0 < 0. Jika tidak ada perubahan bersih dalam jumlah total molekul gas, maka  S 0 bisa positif atau negatif TETAPI  S 0 nilainya akan kecil. Tentukan tanda dari perubahan entropi untuk reaksi 2Zn (s) + O 2 (g)  2ZnO (s)

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 20 Perubahan Entropi dalam Lingkungan (  S ling ) Proses Eksotermik  S ling > 0 Proses Endotermik  S ling < 0

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 21 Hukum III Termodinamika Entropi dari zat kristal sempurna adalah nol pada suhu nol mutlak. 18.3

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 22  S semesta =  S sis +  S ling > 0 Proses spontan :  S semesta =  S sis +  S ling = 0 Proses Kesetimbangan : Energi Bebas Gibbs Untuk proses suhu-konstan:  G =  H sis -T  S sis Energi Bebas Gibbs(G)  G < 0 Reaksi spontan dalam arah maju.  G > 0 Reaksi nonspontan. Reaksi ini spontan dalam arah yang berlawanan.  G = 0 Reaksi dalam kesetimbangan.

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 23 Entropi dan Energi Bebas Energi Bebas Gibbs–suatu fungsi yang menggabungkan entalpi dan entropi sistem: G = H - TS Perubahan energi bebas suatu sistem pada suhu dan tekanan konstan dapat dicari dengan persamaan Gibbs: G sis = H sis - T S sis S semesta > 0 untuk proses spontan process G < 0 untuk proses spontan S semesta 0 untuk proses nonspontan S semesta = 0 untuk proses kesetimbangan G = 0 untuk proses kesetimbangan Hukum kedua dapat dinyatakan dalam G untuk sistem.

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 24 Kespontanan Reaksi dan Tanda untuk H o, S o, and G o H o S o -T S o G o Keterangan spontan pada semua T nonspontan pada semua T atau - spontan pada T tinggi; nonspontan pada T rendah atau - spontan pada T rendah; nonspontan pada T tinggi Reaksi endotermik bisa spontan hanya jika terdapat kenaikan entropi (semakin tidak teratur).

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta aA + bB cC + dD G0G0 rxn d  G 0 (D) f c  G 0 (C) f = [+] - b  G 0 (B) f a  G 0 (A) f [+] G0G0 rxn n  G 0 (produk) f =  m  G 0 (reaktan) f  - Energi-bebas reaksi standar (  G 0 ) adalah perubahan energi bebas suatu reaksi pada kondisi-kondisi standar. rxn Energi bebas pembentukan standar adalah perubahan energi bebas yang terjadi ketika 1 mol senyawa terbentuk dari unsur- unsurnya pada keadaan standar.  G 0 dari semua unsur dalam bentuk standarnya adalah nol. f  G 0 )

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 26 2C 6 H 6 (l) + 15O 2 (g) 12CO 2 (g) + 6H 2 O (l) G0G0 rxn n  G 0 (produk) f =  m  G 0 (reaktan) f  - Berapakah perubahan energi bebas standar untuk reaksi di bawah ini pada 25 0 C? G0G0 rxn 6  G 0 (H 2 O) f 12  G 0 (CO 2 ) f = [+] - 2  G 0 (C 6 H 6 ) f [] G0G0 rxn = [ 12x–394,4 + 6x–237,2 ] – [ 2x124,5 ] = kJ Apakah reaksi di atas spontan pada 25 0 C?  G 0 = kJ < 0 spontan 18.4

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 27  G =  H - T  S

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 28 CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g)  H 0 = 177,8 kJ  S 0 = 160,5 J/K  G 0 =  H 0 – T  S 0 pada 25 0 C,  G 0 = 130,0 kJ  G 0 = 0 pada C Suhu dan Kespontanan Reaksi Kimia

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 29 Key Concepts & Chapter Emphases (As foundations to Physical Chemistry I) Rumusan Hukum ke-2 Termodinamika  Entropi semesta selalu meningkat.   S semesta > 0   S sis +  S ling > 0 Pengertian entropi:  ‘Secara sederhana’: Ketidakteraturan, keacakan  Banyaknya keadaan yang mungkin Bagaimana memperkirakan  S sis dan  S ling untuk suatu perubahan fisika maupun kimia?

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 30 Energi Bebas Gibbs = G (suatu fungsi keadaan)  G = H – TS;  Suatu penanda spontanitas reaksi:   G < 0  reaksi spontan dari kiri ke kanan   G > 0  reaksi spontan dari kanan ke kiri   G > 0  reaksi reversibel (berlangsung dua arah) Key Concepts & Chapter Emphases (As foundations to Physical Chemistry I)

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 31  Untuk proses pada T tetap   G =  H – T  S  Arah spontanitas reaksi dipengaruhi oleh aspek energi (Hukum I) dan entropi (Hukum II)  Reaksi yang disertai pelepasan kalor dari sistem cenderung spontan, tetapi tidak selalu spontan.  Reaksi yang menyebabkan kenaikan entropi sistem cenderung spontan, tetapi tidak selalu spontan. Key Concepts & Chapter Emphases (As foundations to Physical Chemistry I)

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta 32 Latihan Chang Jilid I Bab Thank you!