Pengantar Kimia Industri

HUBUNGAN ENERGI DALAM
REAKSI KIMIA
_KIMIA INDUSTRI_
DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA
WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT
AGUSTINA EUNIKE, ST, MT, MBA
ENERGI & KERJA
Energi adalah kemampuan untuk
melakukan kerja.
Kerja adalah perubahan energi
yang langsung dihasilkan oleh
suatu proses
BENTUK-BENTUK ENERGI
 Energi Kinetik merupakan energi yang dihasilkan
oleh benda yang bergerak
 Energi Radiasi berasal dari matahari dan
merupakan sumber energi utama di Bumi 
memanaskan atmosfer dan permukaan bumi,
pertumbuhan tanaman (fotosintesis),
mempengaruhi pola iklim dunia
 Energi Termal adalah energi yang berkaitan
dengan gerak acak atom-atom dan molekul 
makin kuat gerakan, makin panas, makin besar
energi thermalnya
BENTUK-BENTUK ENERGI
 Energi Kimia tersimpan dalam satuan struktur zat kimia
besarnya ditentukan oleh jenis dan atom penyusunnya
(zat dalam reaksi kimia energi kimia dilepaskan, disimpan
atau diubah menjadi bentuk energi lain)
 Energi Nuklir merupakan energi yg tersimpan dalam
gabungan neutron dan proton pada atom.
 Energi Potensial adalah energi yang tersedia akibat posisi
suatu benda. Batu ditempat yang lebih tinggi akan
mempunyi energi potensial yang lebih besar bila samasama dijatuhkan ke air (bawah) dan membuat percikan yang
lebih besar
HUKUM KEKEKALAN ENERGI
Nilai total energi alam semesta diasumsikan
konstan



Energi tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat
diciptakan.
Semua bentuk energi dapat diubah dari satu
bentuk energi kebentuk energi lain.
Ketika suatu bentuk energi hilang, bentuk energi
yang lain dengan besar yang sama pasti akan
terbentuk.
PERUBAHAN ENERGI
DALAM REAKSI KIMIA
 Hampir semua reaksi kimia menyerap
atau melepaskan energi, umumnya
dalam bentuk kalor.
 Kalor adalah perpindahan energi termal
antara dua benda yang suhunya berbeda
 Suhu adalah pengukur thermal energy.
 Suhu ≠ Energi Termal
400C
700C
Suhu lebih besar
Energi thermal lebih besar
 Termokimia adalah ilmu yang mempelajari perubahan
kalor yang menyertai reaksi kimia.
 Sistem adalah bagian tertentu dr alam yg menjadi
perhatian kita. Luar sistem dinamakan lingkungan
SYSTEM
Perpindahan:
terbuka
Massa&energi
tertutup
energi
terisolasi
Tidak terjadi apa2
PROSES EKSOTERMIK
DAN ENDOTERMIK
 Proses eksotermik adalah setiap proses yang melepaskan
kalor (yaitu, perpindahan energi termal ke lingkungan).
2H2 (g) + O2 (g)
H2O (g)
•
2H2O (l) + energi
H2O (l) + energi
Proses endotermik adalah setiap proses dimana kalor
harus disalurkan ke sistem oleh lingkungan
(menyerap kalor)
energi + 2HgO (s)
energy + H2O (s)
2Hg (l) + O2 (g)
H2O (l)
eksotermik
endotermik
Pengantar Termodinamika
 Ilmu yang mempelajari perubahan antar kalor dan bentuk-bentuk
energi yang lain
 Fungsi keadaan merupakan sifat-sifat yang ditentukan oleh keadaan
sistem, terlepas dari keadaan tersebut dicapai.
energi , tekanan, volume, suhu
∆E= Ek.akhir - Ek.awal
∆P= Pk.akhir –Pk.awal
∆V= Vk.akhir- Vk.awal
∆T= Tk.akhir- Tk.awal
HUKUM TERMODINAMIKA
PERTAMA
energi dpt diubah dr satu bentuk ke bentuk yg lain,
tetapi tidak dpt diciptakan atau dimusnahkan
∆Esistem+ ∆Elingkungan = 0
atau
∆Esistem = -∆Elingkungan
S(s) + O2(g)  SO2(g)
Reaksi kimia eksotermik!
Kita tidak tahu energi dari molekul reaktan (S dan O2) dan molekul
produk (SO2) tetapi kita dapat mengukur perubahan energi ∆E
Bentuk Hukum Pertama
untuk ∆Esistem
∆E= q + w
∆E
= perubahan energi dalam suatu sistem
q
= jumlah kalor yang dipertukarkan antar sistem dan lingkungan
w
= kerja yang dilakukan pada (atau oleh) sistem
Bentuk Hukum Pertama
untuk ∆Esistem
Bila suatu sistem membebaskan kalor ke lingkungan
atau melakukan kerja pada lingkungan  energi
dalamnya akan turun karena terjadi proses
pengurangan energi ( q dan w bermuatan negatif )
w = -P ∆V
ketika gas memuai thd tekanan eksternal yg konstan,
merupakan kerja yg dilakukan gas pd lingkungannya
Kerja yang Dilakukan
pada Suatu Sistem
Kerja bukan
merupakan
fungsi keadaan
Pemuaian gas  kerja
dilakukan oleh sistem
∆V > 0
-P∆ V < 0
wsis < 0
∆w≠ wk.akhir- wk.awal
1 L.atm = 101,3 J
Kondisi awal
Kondisi akhir
Suatu sampel gas nitrogen volumenya memuai dari 1,6 L
menjadi 5,4 L pada suhu yg konstan. Berapakah kerja
yang dilakukan dalam satuan joule jika gas memuai (a)
terhadap ruang hampa dan (b) pada tekanan tetap 3,7 atm?
Entalpi Reaksi Kimia
∆E = q + w
Pada volume sistem
konstan
∆V = 0  tdk ada
kerja dilakukan
∆E = q – P ∆V
∆E = qv
V konstan
Pada tekanan konstan
∆E = qp – P ∆V
qp = ∆E + P ∆V
P konstan
Entalpi Reaksi Kimia
H = E + PV
ENTALPI
- Merupakan fungsi keadaan
- Memiliki satuan energi
PERUBAHAN
ENTALPI
∆H = ∆ E + ∆(PV)
Pada Tekanan konstan
∆H = ∆ E + P ∆ V
Meskipun qp bukan merupakan
fungsi keadaan, perpindahan
kalor pada tekanan konstan sama
dengan ∆H
qp = ∆H
Entalpi Reaksi Kimia
Pada volume
sistem konstan
qv = ∆E
Pada tekanan
konstan
qp = ∆H
Entalpi (H) biasanya digunakan untuk menghitung aliran kalor ke dalam atau
ke luar sistem dalam suatu proses yang terjadi pada tekanan konstan.
∆H= H(produk) – H(reaktan)
∆H= kalor yg diberikan atau diterima selama rekasi pada tekanan konstan
DH = H (products) – H (reactants)
Hproducts < Hreactants
DH < 0
Hproducts > Hreactants
DH > 0
PERSAMAAN TERMOKIMIA
Apakah ∆H negatif atau
positif?
Sistem menerima panas
Endotermik
H2O (s)
H2O (l)
DH = 6.01 kJ
PERSAMAAN TERMOKIMIA
Apakah DH negatif atau positif?
Sistem melepas panas
Eksotermik
DH < 0
890,4 kJ dilepaskan untuk setiap pembakaran 1
mol metana pada suhu 250C dan tekanan 1 atm
CH4 (g) + 2O2 (g)
CO2 (g) + 2H2O (l) DH = -890.4 kJ
PERSAMAAN TERMOKIMIA
Koefisien stoikiometri selalu menunjukkan jumlah mol zat
H2O (s)
H2O (l)
DH = 6.01 kJ
Pada suhu 0oC, P = 1 atm es meleleh membentuk air yang cair
(energi diserap oleh sistem endotermik) Ketika 1 mol air
terbentuk dari 1 mol es pada suhu 0 oC perubahan entalpinya
adalah 6,01 kJ
Ketika kita membalik suatu persamaan, kita mengubah peran
reaktan dan produk, ∆H sama tetapi berubah tanda
H2O (l)
H2O (s)
DH = -6.01 kJ
PERSAMAAN TERMOKIMIA
Jika kita mengalikan kedua ruas persamaan termokimia dg
suatu faktor n, maka ∆H jg harus berubah dg faktor yg sama n.
2H2O (s)
2H2O (l)
DH = 2 x 6.01 = 12.0 kJ
Kita harus selalu menuliskan wujud fisis semua reaktan dan
produk, karena akan membantu penentuan perubahan entalpi
yg sesungguhnya.
H2O (s)
H2O (l)
DH = 6.01 kJ
H2O (l)
H2O (g)
DH = 44.0 kJ
Berapa kalor dihasilkan jika 266 g fosfor putih (P4)
dibakar di udara
P4 (s) + 5O2 (g)
P4O10 (s)
DH = -3013 kJ
Ar P = 31 g/mol
266 g P4
x
1 mol P4
124 g P4
x
-3013 kJ
= -6470 kJ
1 mol P4
Perbandingan ∆H dan ∆E
Reaksi antara logam natrium dan air
2Na(s) + 2H2O(l) 2NaOH(aq) + H2(g) ∆H = -367,5 kJ/mol
(salah satu produknya : gas hidrogen  harus mendorong udara untuk
memasuki atmosfer sebagian energi yang dihasilkan reaksi untuk
melakukan kerja mendorong sejumlah volume udara ∆V)
Gas hidrogen mendorong
piston keatas (melakukan
kerja pada lingkungan)
sampai tekanan didalam
kembali sama dengan
tekanan luar
Perbandingan ∆H dan ∆E
∆E = ∆H – P ∆V
diasumsikan pada suhu 250C
1 mol H2 = 2,5 L pd 1 atm
P.∆V = 1 atm x -2,5 L = -2,5 kJ
∆E= -367,5 kJ/mol – 2,5 kJ/mol = -370,0 kJ/mol
∆E dan ∆H nilainya hampir sama, ∆H sedikit lebih kecil karena sebagian
energi dalam yang dilepas digunakan untuk melakukan kerja pemuaian gas
 kalor yang dilepaskan lebih kecil.
Pada reaksi yang tidak melibatkan gas, ∆V biasanya sangat kecil sehingga
∆E dan ∆H dpt dikatakan sama
Untuk reaksi gas  diberlakukan gas ideal dan suhu tetap
∆n = jumlah mol gas produk – jumlah mol gas reaktan
∆E = ∆H – ∆(PV) = ∆H – ∆(nRT) = ∆H – RT ∆n
KALORIMETER
 Kalor jenis suatu zat (s ) adalah
jumlah kalor yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu 1 gram zat
sebesar 1 derajat Celcius (J/g 0C)
 Kapasitas kalor suatu zat (C) (J/0C)
adalah jumlah kalor yang
dibutuhkan untuk menaikkan suhu
sejumlah zat sebesar 1 derajat
Celcius
C = ms
Kalor (q) diterima atau dilepaskan :
q = msDt
q = CDt
Dt = tfinal - tinitial
q positif  endotermik
q negatif  eksotermik
 Berapa banyak kalor yang diberikan jika 869 g
batang besi didinginkan dari suhu 940C menjadi
50C
s of Fe = 0.444 J/g • 0C
Dt = tfinal – tinitial = 50C – 940C = -890C
q = msDt = 869 g x 0.444 J/g • 0C x –890C = -34,000 J
Karena tidak terdapat cara untuk mengukur nilai absolut dari
entalpi suatu zat, kita hanya dapat menentukan nilai relatif
terhadap suatu rujukan yang ditentukan
Titik rujukan “permukaan air laut” untuk semua ungkapan
entalpi disebut entalpi pembentukan standar
Keadaan 1 atm
(∆H0f)
Pembentukan
(∆H0f) adalah
Entalpi Pembentukan Standar
perubahan kalor
yang dihasilkan ketika 1 mol suatu senyawa dibentuk dari
unsur -unsurnya pada tekanan 1 atm
Entalpi pembentukan standar setiap unsur dalam bentuknya
yang paling stabil adalah nol
DH0f (O2) = 0
DH0f (C, intan) = 1.90 kJ/mol
DH0f (O3) = 142 kJ/mol
DH0f (C, graphite) = 0
 Entalpi perubahan standar (∆ H0reaksi)
didefiniskan sebagai entalpi reaksi yang
berlangsung pada tekanan 1 atm
aA + bB
cC + dD
DH0rxn = [ cDH0f (C) + dDH0f (D) ] - [ aDH0f (A) + bDH0f (B) ]
reaksi
DH0rxn = S nDH0f (products) - S mDHf0 (reactants)
n dan m menyatakan koefisien stoikiometri (dalam mol untuk reaktan dan produk)
Hukum Hess:bila reaktan diubah menjadi produk,
perubahan entalpinya adalah sama, terlepas apakah reaksi
berlangsung dalam satu tahap atau dalam beberapa tahap
(Entalpi adalah fungsi keadaan. Tidak peduli bagaimana
caranya, yg dilakukan adalah memulai dan mengakhirinya
Hitung entalpi pembentukan standar dari CS2 (l) dimana:
C(graphite) + O2 (g)
CO2 (g)
DH0rxn = -393.5 kJ
S(rhombic) + O2 (g)
SO2 (g)
DH0rxn = -296.1 kJ
CS2(l) + 3O2 (g)
CO2 (g) + 2SO2 (g)
DH0rxn = -1072 kJ
1. Tuliskan entalpi pembentukan standar untuk CS2
C(graphite) + 2S(rhombic)
CS2 (l)
2. Tambahkan reaksi yg diberikan shg hasilnya merupakan
reaksi yg
diharapkan
C(graphite) + O2 (g)
CO2 (g) DH0rxn = -393.5 kJ
2S(rhombic) + 2O2 (g)
2SO2 (g) DH0rxn = -296.1x2 kJ
+ CO2(g) + 2SO2 (g)
CS2 (l) + 3O2 (g)
DH0rxn = +1072 kJ
C(graphite) + 2S(rhombic)
CS2 (l)
DH0rxn= -393.5 + (2x-296.1) + 1072 = 86.3 kJ
Benzana (C6H6) terbakar diudara dan menghasilkan karbon
dioksida dan air cair. Berapakah panas yang dilepaskan per mol
oleh pembakaran benzana? Entalpi pembentukan standar
benzana adalah 49,04 kJ/mol.
2C6H6 (l) + 15O2 (g)
12CO2 (g) + 6H2O (l)
DH0rxn = S nDH0f (products) - S mDHf0 (reactants)
DH0rxn = [ 12DH0f (CO2) + 6DH0f (H2O)] - [ 2DH0f (C6H6) ]
DH0rxn = [ 12x–393.5 + 6x–285,8] – [ 2x49.04 ] = -6534,88kJ
-6534,88 kJ
= - 3267,44 kJ/mol C6H6
2 mol