TERMOKIMIA

Sistem dan Lingkungan

            Pengertian

             a.  Sistem adalah reaksi atau proses yang sedang menjadi pusat perhatian.

                  Contoh : reaksi antara Mg dengan HCl

             b.  Lingkungan adalah segala sesuatu yang berada di sekitar system.

      Contoh : gelas reaksi tempat berlangsungnya reaksi

Interaksi antara sistem dengan lingkungan :

 a.  System terbuka adalah system dengan lingkungan dapat mengalami pertukaran materi dan energy.

 b.  System tertutup adalah system dengan lingkungan tidak dapat mengalami pertukaran materi tetapi terjadi pertukaran energy.

 c.  System terisolasi adalah system dengan lingkungan tidak mengalami pertukaran materi maupun energy

Azaz Kekekalan Energi

‘’ Energy tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk satu kebentuk lain “

Reaksi Eksoterm dan Endoterm

Persamaan termokimia adalah peesamaan reaksi yang menunjukkan perubahan entalpi dalam reaksi kimia.

      1.   Reaksi eksoterm

      Ciri – ciri :

ü  Reaksi yang membebaskan kalor

ü  Kalor mengalir dari sistem ke lingkungan

ü  Terjadi karena ▲H zat-zat yang bereaksi yang bereaksi lebih besar dari ▲H zat-zat hasil reaksi.

      ▲H_reaksi  = ▲H_hasil - ▲H_reaktan  < 0

      Persamaan termokimia reaksi eksoterm

a.      A + B --> C + D , ▲H = - x kJ

b.      A + B --> C + D + x kJ

c.      A + B – x kJ --> C + D

      2.   Reaksi endoterm

      Ciri-ciri :

ü  Reaksi yang memerlukan kalor

ü  Kalor mengalir dari lingkungan ke sistem

ü  Terjadi karena ▲H zat-zat yang bereaksi yang bereaksi lebih kecil dari ▲H zat-zat hasil reaksi.

  ▲H_reaksi  = ▲H_hasil - ▲H_reaktan        >0

  Persamaan termokimia reaksi endoterm

a.      A + B --> C + D , ▲H = + x kJ

b.      A + B --> C + D - x kJ

c.      A + B + x kJ --> C + D

Diagram Reaksi Eksoterm dan Endoterm

      Sumber gambar : http://yokiv.blogspot.com/2013/05/membedakan-reaksi-endoterm-dan-reaksi.html

Perubahan Entalpi Standar

·         Perubahan entalpi standar adalah perubahan entalpi pada pada kondisi standar yaitu di ukur pada suhu 25⁰C dan tekanan 1 atm.

·         Perubahan entalpi dipengaruhi oleh :

1.      Jumlah zat ( mol )

2.      Keadaan fisis zat ( solid, liquid, aquos, atau gas )

3.      Suhu

a.       Kondisi standar 25⁰C

b.      Kondisi STP 0⁰C

4.      Tekanan ( 1 atm )

·         Jenis-jenis perubahan entalpi :

1.      Standard Enthalpy of Formation (▲H_f⁰ = Perubahan Entalpi Standar Pembentukan )

Perubahan entalpi standar pembentukan adalah perubahan entalpi pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya

Contoh :

Na_(s) + ½  Cl_{2 (g) -->} NaCl_(s)    , ▲H = -410,9 kJ/mol

a.    Kalor reaksi = +410,9 kJ

b.  ▲H_reaksi  = -410,9 kJ/mol

c.    Kalor pembentukan NaCl = +410,9 kJ

d.  ▲H_f⁰ NaCl = -410,9 kJ/mol

e.   Reaksi eksoterm

2.      Standard Enthalpy of Dessociation (▲H_d⁰ = Perubahan Entalpi Standar Penguraian )

Perubahan entalpi standar penguraian adalah perubahan entalpi pada penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya

Contoh :

NO_{2(g) -->} ½ N_2(s) + O₂   ,▲ H = +33,2 kJ/mol

a.   Kalor reaksi = +33,2 kJ

b.  ▲H_reaksi  = +33,2 kJ/mol

c.   Kalor penguraian NO₂= +33,2 kJ

d.   ▲H_d⁰ NO₂ = +33,2 kJ/mol

e.    Reaksi endoterm

3.      Standard Enthalpy of Combustion (▲H_c⁰ = Perubahan Entalpi Standar Pembakaran )

Perubahan entalpi standar pembakaran adalah perubahan entalpi pada pembakaran sempurna 1 mol senyawa  atau zat atau unsur

Contoh :

S_(s) + O_{2 (g)} --> SO_2(g)    , ▲H = -297 kJ/mol

a.  Kalor reaksi = +297 kJ

b. ▲H_reaksi  = -297 kJ/mol

c.   Kalor pembakaran S = +297 kJ

d.  ▲H_c⁰ S = -297 kJ/mol

e.   Reaksi eksoterm

 Catatan :

  1. Nilai ▲H menyesuaikan reaksi yang berlangsung ( Eksoterm atau Endoterm)

  2. Besarnya ▲H ditentukan oleh jumlah zat.

  3. Satuan untuk kalor adalah kJ sementara ▲H satuannya kJ/mol

 4. Entalpi standar pembakaran dapat dikatakan pula sebagai entalpi standar pembentukan tetapi tidak semua entalpi standar pembentukan dapat dikatakan sebagai entalpi standar pembakaran. Ciri utama reaksi pembakaran selalu ada oksigen dalam reaksi yang berlangsung.

Menghitung Perubahan Entalpi

1. Eksperimen ( Kalorimetri )

a.       Kalorimeter adalah suatu system terisolasi yang dapat mengukur kalor yang diserap oleh air serta perangkat kalorimeter dengan mengukur perubahan suhu, kalor berasal dari semua reaksi yang terjadi didalam calorimeter. Q_reaksi + Q_larutan = 0

      Kalorimetris adalah cara penentuan kalor reaksi dengan menggunakan calorimeter.

b.      Jenis calorimeter :

·         Calorimeter biasa ( sederhana ) untuk mengukur kalor larutan

Q_larutan =  m.c.▲ T

Q_reaksi = -Q_larutan

Keterangan :

Q = jumlah kalor (J)

m = massa air / larutan (g)

c = massa jenis air / larutan (J/g K)

▲T = kenaikan suhu (K)

C = kapasitas kalor (kJ/⁰C)

·         Calorimeter bom untuk mengukur kalor pada reaksi pembakaran

Q_bom = C.▲ T

Q_reaksi = -(Q_larutan + Q_bom)

Q_lepas = Q_serap                (Azas Black)

  Catatan :

·         Reaksi eksoterm = (-) , ▲T = naik

·         Reaksi endoterm = (+) , ▲T = turun

      2. Hukum Hess

a.       Pada tahun 1840 Gerrmain Henry Hess, seorang ahli kimia dari Rusia kelahiran Swiss, mengemukakan tentang cara menentukan ▲H dengan cara yang dikenal dengan sebutan Hukum Hess

b.      Bunyi Hukum Hess

                                           I.            ‘’ Jika suatu reaksi berlangsung dalam dua atau lebih tahap reaksi, maka perubahan entalpi untuk reaksi tersebut sama dengan jumlah perubahan entalpi dari semua tahap ‘’

A --> C  ,▲ H₁

A -->  B   ,▲ H₂

B --> C   , ▲H₃

_{__________________________________ +}

   
                                       

A                C  ,▲ H₂ + ▲H₃ = ▲H₁ 

                                        II.        ‘’ Entalpi reaksi tidak tergantung pada jalan reaksi melainkan tergantung pada kondisi awal dan kondisi akhir ‘’

       3. Data ▲H_f⁰

     ▲H_reaksi = ▲H_f⁰ _produk - ▲H_f⁰ _reaktan

     Misal :

        m AB + n CD --> p AD + q BC

       ▲H_reaksi = [ p.▲H_f⁰ AD + q. ▲H_f⁰ BC ] – [ m. ▲H_f⁰ AB + n. ▲H_f⁰ CD ]

      4.Data Energi Ikatan

a.       Energy ikatan adalah energy yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas.

b.      Reaksi kimia antar molekul dianggap berlangsung dalam 2 tahap :

·         Pemutusan ikatan pada reaktan

·         Pembentukan ikatan pada produk

            c.       ▲H_reaksi = E_{ikatan terputus} - E_{ikatan terbentuk}

Contoh Soal

1. Sebanyak 50 mL (50 g) larutan HCl 1 M bersuhu 27⁰C dicampurkan dengan 50 mL (50 g) larutan NaOH 1 M bersuhu 27⁰C dalam suatu calorimeter gelas plastic. Ternyata suhu campuran naik sampai 33,5⁰C. Jika kalor jenis larutan dianggap sama dengan kalor jenis air, yaitu 4,18 J/g K, tentukan ▲H reaksinya!

Jawab

HCl_(aq) + NaOH_{(aq) -->} NaCl_(aq) + H₂O_(l)

Diketahui g HCl = 50 g

               g NaOH  = 50 g

               V HCl = 50 mL = 0,05 L

               V  NaOH = 50 mL = 0,05 L

               c = 4,18 J/g K

               T = 27⁰C = 300 K

               T’ = 33,5⁰C = 306,5 K

              M HCl = 1 M = 1 mol/L

              M NaOH = 1 M = 1 mol/L

Ditanya ▲H_reaksi …?

Jawab

n HCl = V . M

          = 0,05 L . 1 mol/L

          = 0,05 mol

Q_larutan =  m.c.▲ T

             = (50 + 50) g. 4,18 J/g K .(306,5 – 300) K

             = 2717 J

Q_reaksi = -Q_larutan

Q_reaksi  = - 2717 J

▲H_reaksi = - 2717/0,05

               = - 54340 J

               = - 54,34 kJ

HCl_(aq) + NaOH_{(aq) -->} NaCl_(aq) + H₂O_{(l) ,} ▲H = - 54,34 kJ/mol

2. Perhatikan persamaan reaksi berikut!

    H_{2 (g)} + F_{2 (g) -->} 2HF_(g)                   ▲H= - 537   kJ

    C _(s) + 2F_{2 (g) -->} 2CF_4 (g)                ▲H= - 680   kJ

    2C _(s) + 2H_{2 (g) -->} C₂H_4(g)             ▲H=     52,3 kJ

   Tentukan perubahan entalpi reaksi berikut :

   C₂H_{4 (g)} +6 F_{2 (g) -->} 2CF_4(g) + 4HF_(g)           ▲H=…?

   Perhatikan data perubahan entalpi berikut!

   ▲H_f⁰ CH₄O_(l)              = - 238,6 kJ/mol

   ▲H_f⁰ CO_2(g)                = - 393,5 kJ/mol

   ▲H_f⁰ H₂O_(l)                 = - 286    kJ/mol

  Tentukan :

a.       ▲H_c⁰ CH₄O_(l) sesuai reaksi

CH₄O_(l) + 2O_{2(g) -->} CO_2(g)  + 2H₂O_(l)

b.      Jumlah kalor yang dibebaskan pada pembakaran 8 g CH₄O_(l). (Ar C=12,H=1,O=16)

Jawaban

a.       ▲H_c⁰ CH₄O_(l) =

=[(- 393,5) + 2. (- 286)] – [(-238,6)]

= - 726,9 kJ/mol

b.      n CH₄O_(l) = m/Mr

= 8/32

= 0,25 mol

Kalor yang dibebaskan = 0,25 .726,9

= 181,725 kJ

3. Diketahui harga energy ikatan rata-rata :

     C – H  = 415 kJ

     Cl – Cl = 242,6 kJ

     C – Cl  = 328 kJ

     H – Cl = 431 kJ

     Tentukan ▲H reaksi

CH_4(g) + Cl_{2(g) -->} CH₃Cl_(g) + HCl_(g)

_Jawab

▲H = [4.(D_C-H) + (D_Cl-Cl)] – [3.(D_C-H) + (D_Cl-Cl) + (D_H-Cl)]

       = [4.(415) + 242,6] – [3.(415) + 328 + 431]

       = 1902,6 – 2004

       = - 101,4 kJ/mol