Proses Termodinamika dan Termokimia

Reaksi berlangsung hingga mendekati
suatu keadaan kesetimbangan, dimana
produk dan reaktan yang terpakai
keduanya terdapat dalam jumlah yang
relatif tertentu banyaknya.
 Begitu kesetimbangan terjadi tak ada
lagi perubahan komposisi
 Kesetimbangan yang terjadi dapat
berupa kesetimbangan kimia dan
kesetimbangan termodinamika

Sebuah reaksi dipengaruhi oleh adanya
energi (kalor), baik itu kalor mempercepat
atau memperlambat reaksi
 Eksoterm atau endoterm
 Termodinamika merupakan konsep yang
paling meyakinkan dalam memahami
berbagai hukum-hukum fisika
 Ilmu berdasarkan pada sifat-sifat
makroskopik (fisik) materi yang dapat diukur

Sistem adalah bagian nyata atau khayal
dari alam semesta yang dikurung oleh
batas-batas atau batasan matematis,
memiliki parameter-parameter yang
dikontrol
 Sistem tertutup adalah sistem yang
batas-batasnya tidak dapat dimasuki
oleh aliran materi

Sistem terbuka adalah sistem yang
batas-batasnya memungkinkan aliran
materi ke luar atau ke dalamnya.
 Lingkungan adalah sisa dari semesta
yang dapat bertukar energi dengan
sistem selama proses yang diamati
berlangsung
 Semesta termodinamika adalah sistem
dan lingkungan sekitarnya untuk suatu
proses

Sifat/parameter ekstensif merupakan
sifat yang dapat ditulis dari hasil
penjumlahan subsistem
 Sifat intensif merupakan sifat yang sama
dengan masing-masing subsistem
 Keadaan termodinamika kondisi suatu
sistem makroskopik yang tak
terpengaruh waktu pada
kesetimbangan termal dan mekanis
yang dicirikan oleh suhu dan tekanan
yang terdefinisikan dengan baik

Proses termodinamika adalah
perubahan keadaan termodinamika
 Proses reversibel proses yang
berlangsung melalui sederet keadaan
kesetimbangan dan dapat dibalik
dengan perubahan tak berhingga oleh
gaya eksternal

Proses tak reversibel adalah proses yang
tidak berlangsung melalui sederetan
keadaan kesetimbangan, dan tidak
dapat dibalik dengan perubahan tak
hingga di bawah gaya eksternal
 Fungsi atau keadaan adalah sifat yang
secara unik ditetapkan oleh keadaan
yang ada dan bukan karena sejarahnya


Keadaan standar adalah bentuk stabil
suatu unsur atau senyawa pada
tekanan 1 atm dan suhu tertentu
(umumnya 25oC)
BERIKAN CONTOH?








SISTEM
SISTEM TERBUKA
SISTEM TERTUTUP
LINGKUNAGN
SIFAT EKSTENSIF
SIFAT INTENSIF
KEADAAN TERMODINAMIKA
PROSES TERMODINAMIKA
Perubahan energi (∆E)dalam suatu
sistem sama dengan KERJA (w) yang
dikenakan padanya plus KALOR (q)
yang diberikan kepadanya
∆E = w + q
Kerja merupakan hasil kali antara gaya
(F) luar pada suatu benda dengan jarak
(r)dimana gaya tersebut bekerja
W = F (rf – ri)
 Salah satu kerja mekanik yang penting
dalam kimia adalah kerja tekanan
volume yang dihasilkan bila suatu gas
ditekan atau diekspansi di bawah
pengaruh tekanan luar

Bila gas dengan tekanan Pi dikurung
dalam silinder dengan piston licin yang
mempunyai luas potongan melintang A
dan massa yang diabaikan. Gaya yang
dilakukan gas Fi=Pi A. Tekanan gas luar
Peks = Pi maka Fi = 0. ketika gas
berekspansi, akan mengangkat piston
dari hi ke hf
 Kerja yang dilakukan
w = ─ Feks (hf – hi)

Tanda negatif karena gas berada diluar
untuk melawan ekspansi gas yang
berada dalam silinder
 Persamaanya dapat ditulis dengan
w = ─PeksA ∆h
 Perkalian A∆h adalah perubahan
volume, jadi kerja adalah
w = ─Peks ∆V

Karena merupakan hasil kali P (pascal)
dan V (m3) adalah Joule (SI)
 Terkadang satuan yang digunakan
untuk tekanan adalah atm. Satuannya
menjadi L atm
 1 L atm = 101,325 J

Kalor (q) adalah cara pengalihan energi
dari benda panas ke benda yang lebih
dingin bila keduanya ditempatkan dan
secara termal disentuhkan satu sama lain
 Kalor termasuk energi internal yaitu jumlah
energi total dari sistem yang disebabkan
oleh energi potensial antar molekulmolekul, energi kinetik akibat gerakangerakan molekul dan energi kimia yang
disimpan dalam bentuk ikatan kimia

Kenaikan suhu akan meningkatkan
gerakan molekul sesuai dengan
besarnya kenaikan suhu
 Proses perpindahan panas kadang
digambarkan aliran kalor dari benda
yang lebih panas ke benda yang lebih
dingin sehingga kedua benda nantinya
memiliki suhu yang sama

Satu kalori didefinisikan sebagai jumlah
kalor yang diperlukan untuk menaikkan
suhu satu gram air dari 14,5oC menjadi
15,5oC (atau dengan kata lain, kapasitas
kalor spesifik air, cs pada 15oC didefinisikan
sebagai 1,00 kal/Kelvin gram)
 q = M cs ∆T, q adalah kalor yang
dipindahkan ke benda dengan massa M
dengan kapasitas kalor spesifik cs untuk
menyebabkan perubahan suhu sebesar ∆T


Panas dan kerja, keduanya adalah bentuk
perpindahan energi ke dalam atau ke luar
sistem; mereka dapat dibayangkan
sebagai energi dalam keadaan singgah.
Jika perubahan energi disebabkan oleh
kontak kalor (menyebabkan persamaan
suhu), maka kalor dipindahkan. Dalam
banyak proses, kalor dan kerja keduanya
menembus batas sistem, dan perubahan
energi dalam sistem adalah jumlah dari
kedua konstribusi itu






∆E = w + q
∆E = w , jika q = 0
∆E = q , jika w = 0
qsis = - qling
wsis = - wling
∆Esis = - ∆Eling
∆Esemesta = ∆Esis + ∆Eling = 0, energi total dari
termodinamika semesta tidak berubah,
energi selalu kekal
Kapasitas kalor spesifik (cs)adalah
banyaknya kalor yang diperlukan untuk
meningkatkan suhu satu gram zat
sebesar satu K pada tekanan tetap
 Kapasitas kalor (C) adalah banyaknya
kalor yang diperlukan untuk menaikkan
suhu benda sebesar 1 K, baik pada
tekanan tetap (Cp) atau pada volume
tetap (Cv)

q
= C ∆T
 Kapasitas kalor molar cv dan cp
adalah kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu 1 mol senyawa
sebesar 1 kelvin pada volume (cv)
atau tekanan tetap(cp)
 qv = ncv (T2-T1) = ncv ∆T
 qp = ncp ∆T
 Perpindahan
kalor pada volume
tetap, tak ada kerja tekanan volume
yang dilakukan, sehingga perubahan
energi internal sama dengan
besarnya kalor yang diserap oleh
reaksi kimia pada volume tetap, w = 0
∆E = qv
 Percobaan jarang dilakukan
∆E = qp + w = qp - Pekst ∆V
∆E = qp - P∆V, Pekst = P
qp = ∆E + P∆V
qp = ∆(E + PV), P∆V = PV
H = E + PV
qp = ∆(E + PV) = ∆H
∆H = ∆E + P∆V, pada tekanan tetap
∆H = ∆E + ∆(PV), pada tekanan berubah

H = entalpi,
Sumber perubahan energi dalam reaksi
kimia berasal dari kalor yang berasal
atau diambil dari lintasannya suatu
reaksi kimia.
 Bila CO dibakar dalam oksigen menjadi
CO2
CO (g) + ½ O2 (g)→ CO2 (g)
panas dipindahkan dari sistem(bejana)
ke lingkungan (kalorimeter). Kalor
mempunyai tanda negatif.




Pengukuran kalor menunjukkan bahwa 1,000
mol CO yang direaksikan sampai habis
dengan 0,5 mol O2 pada 25oC dan tekanan
tetap 1 atm, menghasilkan perubahan entalpi
∆H = qp = -2,830 x 105 J = -2,830 kJ
Bila kalor dilepaskan oleh reaksi (∆H negatif)
dikatakan reaksi eksotermik
Bila kalor diambil (∆H positif) disebut
endotermik
CO2 (g) → CO (g) + ½ O2 (g) ∆H = + 283,0 kJ
Dalam persamaan kimia yang balans, jumlah mol
reaktan dan produk diberikan oleh koefisien
persamaan
2 CO2 (g) → 2 CO (g) + O2 (g)
∆H = + 566,0 kJ
 Jika dua atau lebih persamaan kimia ditambahkan
untuk menghasilkan persamaan kimia lainnya,
masing-masing entalpi reaksinya harus
ditambahkan
C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ∆H1 = -393,5 kJ
CO2 (g) → CO (g) + ½ O2 (g) ∆H2 = +283,0 kJ
C (s) + ½ O2 (g) → CO (g) ∆H3 = ∆H1+∆H2 = -110,5 kJ

 Perhitungan
energi ∆E
∆E = ∆H - ∆(PV)
∆E = ∆H - ∆(ngRT) = ∆H - RT∆ng
Keadaan standar untuk zat kimia
 Untuk zat cair dan padat, keadaan standar
adalah keadaan stabil secara
termodinamika pada tekanan 1 atm dan
suhu tertentu
 Untuk gas, keadaan standar adalah fasa
gas pada tekanan 1 atm, pada suhu
tertentu dan menunjukkan sifat gas ideal
 Untuk spesies yang terlarut, keadaan
standar adalah 1 M larutan pada tekanan
1atm, pada suhu tertentu dan
menunjukkan sifat larutan ideal
Unsur kimia dalam standar pada 298,15
Kelvin mempunyai entalpi nol
 Penetapan entalpi standar dalam
bentuk paling stabil dilakukan pada
tekanan 1 atm dan suhu 298,15 kelvin



Keadaan standar adalah bentuk stabil
suatu unsur atau senyawa pada
tekanan 1 atm dan suhu tertentu
Entalpi reaksi standar (∆Ho) adalah
perubahan entalpi untuk reaksi yang
menghasilkan produk dalam
keadaan standar, dari reaktan yang
juga berada dalam keadaan standar
 Entalpi
pembentuk standar (∆Hof)
adalah perubahan entalpi untuk
reaksi yang menghasilkan satu mol
senyawa (pada keadaan standar)
dari unsur-unsurnya, juga pada
keadaan standar mereka
 Lihat contoh 7.7

Reaksi kimia antara molekul-molekul
memerlukan pemecahan ikatan yang
ada dan pembentukan ikatan baru
dengan atom-atom yang tersusun
secara berbeda. Para kimiawan telah
mengembangkan metode untuk
mempelajari spesies antara yang sangat
reaktif yaitu spesies yang ikatannya telah
pecah dan belum tersusun kembali
Entalpi ikatan merupakan perubahan
entalpi ketika suatu ikatan pecah dalam
fasa gas.
 Entalpi ini selalu positif sebab kalor harus
diberikan ke dalam kumpulan molekulmolekul yang stabil untuk memecahkan
ikatannya
 Entalpi ikatan relatif konstan walau
berasal dari reaksi kimia yang berbeda
(lihat halaman 211dan contoh 7.8)

Keberhasilan diraih
dengan banyak
pengorbanan bukan
dengan berlehaleha
LATIHAN KUMULATIF
METANOL SEBAGAI
PENGGANTI BAHAN BAKAR
SOAL-SOAL NOMOR
3,5,11,12,23,24,25