Kimia Dasar Oleh : Dr. Aminudin Sulaema

Presentasi berjudul: "Kimia Dasar Oleh : Dr. Aminudin Sulaema"— Transcript presentasi:

1 Kimia Dasar Oleh : Dr. Aminudin Sulaema
Thermodinamika Kimia Kimia Dasar Oleh : Dr. Aminudin Sulaema

2 Termodinamika Kimia Mengapa terjadi perubahan
Temperatur, Energi termal dan panas Hukum kekekalan energi Satuan energi Kapasitas panas dan panas spesifik Pengukuran perubahan energi termal Enthalfi Hukum Hess

3 Mengapa perubahan Terjadi ?
Proses spontan Berlangsung dengan sendirinya “secara alami” tanpa memerlukan pemicu Proses tidak spontan Diperlukan sesuatu untuk bisa berlangsung

4 Kapan reaksi berlangsung spontan ?
Kespontanan suatu reaksi dapat ditentukan dengan mempelajari thermodinamika Thermodinamika dapat digunakan untuk menghitung kerja yang dihasilkan dari beberapa reaksi kimia Dua faktor yang dapat menetukan kespontanan reaksi yaitu entalphi dan entropi

5 Energi Energi – kemampuan untuk melakukan kerja
Kerja – usaha yang diberikan pada suatu objek Ada beberapa bentuk energi Termal-panas Listrik Radiasi- termasuk sinar Kimia Mekanik- suara nuklir

6 Energi Energi dapat diklasifikasi menjadi : Energi Potensial
Energi yang tersimpan- Kemampuan untuk melakukan kerja Energi kinetik Energi dari yang bergerak - keadaan sedang melakukan kerja Energi dapat dipindahkan dari satu objek ke yang lainnya. Energi juga dapat berubah bentuk

7 Energi Potensial VS energi Kinetik

8 Perubahan dari energi potensial menjadi energi kinetik

9 Energi Kinetik VS Energi Potensial

10 Energi dan Ikatan kimia
Dalam Reaksi Kimia Ikatan yang lama putus Ikatan baru terbentuk Energi bisa diserap atau dilepaskan Eksoterm : berupa energi yang dilepaskan Ikatan baru lebih stabil Endotermik : berupa energi yang diserap Ikatan baru kurang stabil

11 Eksoterm Karena energi maka dilepaskan Hasil lebih stabil

12 Endoterm Diperlukan tambahan energi karena produk reaksi kurang stabil

13 Entropi Entropi – Suatu ukuran “ ketidak teraturan” atau tingkat kebebasan sistem Keadaan tidak teratur lebih disukai dari pada keadaan teratur, dan dapat menjadikan suatu reaksi dapat berlangsung spontan walaupun endoterm

14 Laju Perubahan Tidak semua Perubahan yang spontan berlangsung dalam suatu periode waktu tertentu Beberapa memerlukan energi awal untuk dapat memulai reaksi Kinetika – mempelajari laju reaksi

15 Temperatur, kalor dan panas
Temperatur. Suatu sifat intensif dari material kalor – gerakan dari molekul, atom atau ion. Semua materi mempunyai energi ini jika berada pada temperatur diatas 0 K Panas. kalor yang dipertukarkan melalui perbedaan temperatur. Energi termal mengalir dari benda yang lebih panas ke yang lebih dingin

16 Hukum Kekekalan energi
“Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan” - dalam suatu reaksi kimia. Selama reaksi, energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya Contoh - Pembakaran gas alam. Ikatan kimia yang ada sebagai energi potensial, maka pada saat reaksi : Sejumlah energi potensial dirubah menjadi energi panas dan cahaya

17 Satuan Energi Seperti sudah diketahui, energi kinetik didefinisikan sebagai : energi kinetik = ½ mv2 m= massa zat V = kecepatan Joule (J) – energi yang diperlukan untuk menggerakan 2 kg massa pada kecepatan 1 m/s. Turunan satuan SI J = energi kinetik = ½ (2kg)(1m/s)2 = 1 kg m2s-2

18 Satuan Energi Kalori (kal)
Awalnya didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan satu gram air dari 15 ke 16oC Kini didefinisikan: 1 kal = 4,184 J Nilai kalori Ini sering anda lihat pada label produk makanan Biasanya dinyatakan dalam kilokalori (kkal)

19 Kapasitas Panas Setiap zat memiliki kalor
Identik dengan massa, suatu bahan dapat mengandung perbedaan jumlah kalor walapun teperaturnya sama. Kapasitas panas . Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan temperatur bahan sebesar 1 derajat Panas spesifik. Jumlah kalor yang diperlukan untuk meningkatkan temperatur 1 gram bahan sebesar 1 derajat.

20 Kapasitas Panas Spesifik (Cv) pada 25oC, 1 atm
Bahan Cv Bahan Cv Cv = kapasitas panas , J g-1 oC-1

21 Kapasitas Panas Contoh
Berapa joule harus diberikan untuk memanaskanya pada 50 g lempeng alumunium dari 22oC menjadi 85 oC Panas yang diperlukan = Massa x Cv x DT Ini adalah proses perubahan endoterm tandanya +

22 Mengukur perubahan kalor
Nilai Kalor suatu zat tidak bisa secara langsung diukur Kita hanya bisa mengukur perubahannya saja Untuk dapat mengamati perubahan energi, kita harus dapat mengisolasi sistem kita sebagai bagian alam semesta Kalorimeter – alat yang dapat digunakan untuk mengukur perubahan dan kalor dan dianggap mewakili sebagai sitem yang terisolasi kita.

23

24 Contoh Kalorimetri Keduanya memiliki terperatur awal 20,0oC
Anda diberi dua macam larutan seperti tertulis dibawah ini : Keduanya memiliki terperatur awal 20,0oC Kedua larutan segera masukan kedalam kalorimeter “Coffee Cup” dan aduk. Reaksi akan terjadi dengan cepat. Temperatur tertinggi adalah 23,3 oC. Berat jenis arutan 1,0 g/ml Hitung panas reaksi jika Cv larutan =4,18 J g1 oC-1

25 Contoh Kalorimetri Pertama, tentukan jumlah energi yang diberikan
Kemudian, tentukan jumlah mol HCl dan NaOH yang bereaksi - keduanya sama

26 Contoh Kalorimetri Kalor reaksi penetralan :

27 Entalpi Energi yang diserap atau dilepaskan ketika perubahan berlangsung dalam tekanan tetap DH = Hakhir - Hawal Subskrips digunakan untuk menunjukkan jenis perubahan D Hvap = panas penguapan DHnet = Panas netralisasi DHfusion =panas fusi DHsol = Panas pelarutan DHrxk = panas reaksi

28 Stoikhiometri Beberapa reaksi secara sederhana dikaitkan dengan kalor yang dilepaskan. Pembakaran gasolin, batubara, gas alam. Kalor yang dilepaskan dapat ditunjukkan sebagai produk reaksi Untuk reaksi yang diberikan, DH diintepretasikan untuk setiap mol.

29 Stoikhiometri Penentuan kalor yang dilepaskan jika 50,0 g methana dibakar dengan oksigen berlebih Pertama, tentukan jumlah mol methana (MM= 16,043 g)

30 Stoikhiometri Sekarang lihat reaksi setara thermokimianya
Kalor yang dilepaskan

31 Hukum Hess Kalor yang diberikan atau diserap pada suatu reaksi adalah sama, jika reaksinya berlangsung dalam satu tahap. ini adalah bentuk lain dalam menyatakan hukum kekekalan energi Jika perubahan netto energi dalam akan berbeda tergantung dari cara yang dilaluinya, hal ini akan memungkin untuk menciptakan energi- Hal ini tidak mungkin terjadi

32 Hukum Hess

33 Menghitung enthalphi Persamaan termokimia dapat digabungkan untuk menghitung DHrxn Contoh Ini tidak dapat secara langsung ditentukan sebab CO2 terus terbentuk Akan tetapi kita dapat mengukurnya sebagai berikut:

34 Menghitung Enthalfi Dengan menggabungkan dua pesamaan, kita dapat menentukan DHrxn yang kita kehendaki Catatan : karena kita memerlukan 2 mol CO2 yang dihasilkan dalam reaksi di atas, persamaan reaksi DHrxn harus digandakan

35 Menghitung enthalfi Sekarang kita dapat melakukan penjumlahan kedua persamaan reaksi tersebut bersama-sama Catatan 2 CO2 dapat saling menghilangkan, begitu juga satu O2 disebelah kanan dapat dihilangkan.

36 Menghitung Enthalfi Permasalahan nyata dengan menggunakan Hukum Hess adalah bagai mana cara menggabungan persamaan-persamaan tersebut Yang paling sering digunakan adalah persamaan reaksi dalam bentuk reaksi pembentukan Reaksi pembentukan Reaksi dimana senyawa dibentuk dari unsur-unsurnya

37 Enthalfi pembentukan Standar DHfo
Perubahan enthalfi yang dihasilkan dari 1mol zat yang terbentuk dari unsur-unsurnya Semua unsur berada dalam keadaan standar DHfo dari unsur pada keadaan standar nilainya dinyatakan = 0

38 Enthalfi Pembentukan standar
Nilai-nilai Enthalfi pembentukan standar digunakan secara luas untuk zat-zat. Selain itu, nilai-niai terpisah untuk zat-zat yang keadaannya berbeda bisa saja digunakan jika sesuai

39 Perubahan Fasa Kita dapat menggunakan nilai-nilai DHfo untuk menentukan energi yang diperlukan untuk merubah dari satu fasa ke fasa lainnya Contoh : konversi metanol dari fasa cair ke padatan adalah:

40 Perubahan Fasa Ini bukan DHovav karena nilainya pada suhu 25 oC
DHovav adalah kalor yang diperlukan pada titik didih metanol

41 Kimia thermodinamika lanjutan
Hukum thermodinamika Entropi Energi bebas Perhitungan Energi bebas Energi Bebas dan Tetapan Kesetimbangan

42 Hukum Hukum Thermodinamika
Pertama Energi tidak diciptakan atau dimusnahkan dengan hanya pemindahan dari satu benda ke yang lainnya atau perubahan dari satu bentuk kebentuk lainnya Kedua Setiap perubahan spontan akan disertai dengan peningkatan entropi alam semesta Ketiga Entropi dari kristal sempurna suatu zat adalah nol pada 0 K

43 Entropi Gambaran molekul kinetik
Untuk suatu gas ideal pada satu atmosfer, jika temperatur diturunkan volumenya akan mengecil Pada 0 K, molekul-molekul tidak mempunyai energi gerak Dalam kondisi ini hanya memungkinkan satu penyusunan ulang untuk molekul-molekul

44 Entropi Pada temperatur yang meningkat, molekul-molekul akan mulai bergerak dan memerlukan Volume yang lebih besar

45 Entropi dan Temperatur
Entropi dari gas ideal pada tekanan tetap meningkat dengan meningkatnya temperatur Hal ini karena volumenya bertambah

46 Entropi dan Temperatur
Ada beberapa alasan untuk entropi yang meningkat dengan kenaikan temperatur Meningkatnya temperatur akan menghasilkan suatu kecepatan distribusi molekul yang lebih besar.

47 Entropi dan Temperatur
Peningkatan temperatur juga menghasilkan tingkat energi atom-atom dalam molekul menjadi bertambah Untuk molekul-molekul, ini berarti akan dapat berotasi dan vibrasi ikatan-katanya Yang selanjutnya meningkatkan entropi

48

49 Entropi dari suatu sistem
Hukum kedua menyatakan bahwa entropi alam semesta akan meningkat untuk semua perubahan yang spontan ketika melihat pada sistem, entropi dapat juga bertambah atau berkurang untuk suatu perubahan yang spontan Ingat, suatu sitem hanya sebagian dari alam semesta, dan pertukaran energi dapat berlangsung.

50 Entropi suatu Sistem Contoh Suatu peningkatan entropi dihasilakan karena ada peamhan jumlah mol gas Reaksi ini juga menghasilkan peningkatan entropi walaupun lebih kecil

51 So Entropi dari suatu zat pada keadaan standar
Entropi Standar So Entropi dari suatu zat pada keadaan standar Perbedaan antara nilai entropi kristal sempurna zat pada 0 K dan keadaan standarnya pada temperatur yang lebih tinggi Tekanan 1 atmosfer teperatur yang diketahui pada 25oC Satuan untuk Soadalah J/K mol Entropi standaruntuk semua zat bernilai positif

52 Entropi stndar pada 25oC

53 Perhitungan perubahan Entropi standar
Sebagai mana entalfi, entropi juga merupakan fungsi keadaan Hal ini tidak bergantung pada bagai mana suatu zat sampai pada suatu keadaan  jumlah dari np mol setiap produk nr mol setiap pereaksi

54 Perhitungan perubahan Entropi Standar
Contoh : Hitung DSorxn pada 25oC untuk reaksi berikut ini

55 Perhitungan perubahan Entropi Standar

56 Perhitungan Perubahan Entropi Standar
Reaksi yang menghasilkan penurunan entropi walaupun berlangsung spontan Hal ini menunjukkan bahwa entropi belum memberikan gambaran umum

57 Energi Bebas Energi Bebas Gibbs (G) dapat digunakan untuk menggambarkan perubahan energi sistem Hal menujukkan , bahwa perubahan energi bebas adalah penting, DG Pada temperatur dan tekanan konstan, DG adalah sama dengan T adalah temperatur dalam Kelvin

58 Energi Bebas Tanda DG menunjukkan dimana suatu reaksi akan berlangsung spontan + Tidak spontan 0 Pada kesetimbangan - Spontan Pada kenyataanya bahwa efek DS akan bervariasi sebagai fungsi temperatur adalah penting. Ini dapat menyebabkan perbahan tanda dari DG

59 Temperatur dan pengaruhnya terhadap DG
Tanda DH DS DG Pengaruh temperatur spontan pada semua temperatur tidak spontan pada semua temperatur spontan pada temp. rendah, tetapi + Tidak spontan pada temp. tinggi tidak spontan pada temp. rendah tetapi - akan spontan pada temp. tinggi

60 Perhitungan DGo Kita dapat menghitung nilai DGo dari nilai-nilai DHo dan DSo pada temperatur dan tekanan konstan Contoh. Tentukan DGo untuk reaksi berikut ini pada 25oC

61 Perhitungan DGo

62 Menghitung DGo Reaksi ini akan berlangsung spontan dibawah kondisi standar pada 25oC Catatan : biasanya disertai perubahan dari J/K menjadi kJ/K

63 Energi Bebas Pembentukan Standar DGfo
Perubahan energi bebas yang dihasilkan jika satu mol zat jika dibentuk dari unsur-unsurnya , dengan semua zat dalam keadaan standar Nilai DG dapat dihitung dari

64 Energi Bebas Pembentukan Standar

65 Efek temperatur terhadap DG
Di awal, telah ditunjukkan bahwa jika DH dan DS mempunyai sifat yang sama, temperatur menentukan arah kesepontatan reaksi Jika ini terjadi, kita dapat tentukan temperatur jika perubahan dalam arah tertentu terjadi

66 Efek temperatur terhadap DG
Dari contoh terdahulu kita temukan bahwa untuk reaksi Karena baik DH dan DS mempunyai mempunyai menunjukan hal yang sama, bahwa arah kesepontanan reaksi dipengaruhi temperatur.

67 Efek temperatur terhadap DG
Temperatur mampu menjalankan atau membalikkan kesepontanan reaksi menjadi :

68 Energi bebas dan Kesetimbangan
Untuk gas, tetapan kesetimbangan untuk suatu reaksi dapat dihubungkan dengan DGo dengan:

69 Nilai K untuk berbagai nilai DG pada 25oC