Thermodinamika Kimia

Thermodinamika Kimia
Kimia Dasar
Oleh :
Dr. Aminudin Sulaema
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
Mengapa perubahan Terjadi ?
Proses spontan
Berlangsung dengan sendirinya “secara alami”
tanpa memerlukan pemicu
Proses tidak spontan
Diperlukan sesuatu untuk bisa berlangsung
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
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
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
Energi Potensial VS energi Kinetik
Perubahan dari energi potensial menjadi
energi kinetik
Energi Kinetik VS Energi Potensial
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
Eksoterm
Karena energi maka dilepaskan
Hasil lebih stabil
Endoterm
Diperlukan tambahan energi karena
produk reaksi kurang stabil
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
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
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
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
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
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)
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.
Kapasitas Panas Spesifik (Cv) pada
25oC, 1 atm
Bahan
Cv
Bahan
Cv = kapasitas panas , J g-1 oC-1
Cv
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 +
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.
Contoh Kalorimetri
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
Contoh Kalorimetri
Pertama, tentukan jumlah energi yang diberikan
Kemudian, tentukan jumlah mol HCl dan NaOH
yang bereaksi - keduanya sama
Contoh Kalorimetri
Kalor reaksi penetralan :
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
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.
Stoikhiometri
Penentuan kalor yang dilepaskan jika 50,0 g
methana dibakar dengan oksigen berlebih
Pertama, tentukan jumlah mol methana (MM=
16,043 g)
Stoikhiometri
Sekarang lihat reaksi setara thermokimianya
Kalor yang dilepaskan
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
Hukum Hess
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:
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
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.
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 unsurunsurnya
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
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
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:
Perubahan Fasa
Ini bukan DHovav karena nilainya pada suhu 25 oC
DHovav adalah kalor yang diperlukan pada titik didih
metanol
Kimia thermodinamika lanjutan
Hukum thermodinamika
Entropi
Energi bebas
Perhitungan Energi bebas
Energi Bebas dan Tetapan Kesetimbangan
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
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
Entropi
Pada temperatur yang meningkat, molekul-molekul
akan mulai bergerak dan memerlukan Volume
yang lebih besar
Entropi dan Temperatur
Entropi dari gas ideal pada tekanan tetap
meningkat dengan meningkatnya temperatur
Hal ini karena volumenya bertambah
Entropi dan Temperatur
Ada beberapa alasan untuk entropi yang
meningkat dengan kenaikan temperatur
Meningkatnya temperatur akan menghasilkan
suatu kecepatan distribusi molekul yang lebih
besar.
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
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.
Entropi suatu Sistem
Contoh
Suatu peningkatan entropi dihasilakan karena
ada peamhan jumlah mol gas
Reaksi ini juga menghasilkan peningkatan
entropi walaupun lebih kecil
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
Entropi stndar pada 25oC
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
Perhitungan perubahan Entropi Standar
Contoh : Hitung DSorxn pada 25oC untuk reaksi
berikut ini
Perhitungan perubahan Entropi Standar
Perhitungan Perubahan Entropi Standar
Reaksi yang menghasilkan penurunan entropi
walaupun berlangsung spontan
Hal ini menunjukkan bahwa entropi belum
memberikan gambaran umum
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
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
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
+
+
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
Perhitungan DGo
Menghitung DGo
Reaksi ini akan berlangsung spontan
dibawah kondisi standar pada 25oC
Catatan : biasanya disertai perubahan dari
J/K menjadi kJ/K
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
Energi Bebas Pembentukan Standar
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
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.
Efek temperatur terhadap DG
Temperatur mampu menjalankan atau
membalikkan kesepontanan reaksi menjadi :
Energi bebas dan Kesetimbangan
Untuk gas, tetapan kesetimbangan untuk suatu
reaksi dapat dihubungkan dengan DGo dengan:
Nilai K untuk berbagai nilai DG
pada 25oC