Enthalpi Enthalpi Enthalpi Pengukuran perubahan enthalpi

10/18/2012
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Enthalpi
Jurusan Kimia - FMIPA
Universitas Gadjah Mada (UGM)
Jika sebuah sistem bebas untuk mengubah volumenya
terhadap tekanan luar yang tetap, perubahan energi dalamnya
tidak lagi sama dengan energi yang diberikan sebagai kalor.
Energ yang diberikan sebagai kalor dibuah menjadi kerja
untuk memberikan tekanan balik terhadap lingkungannya,
sehingga dU < dq.
Pada tekanan tetap, kalor yang diberikan sama dengan
perubahan dalam sifat termodinamika yang dari sistem, yaitu
entalpi, H.
TERMODINAMIKA KIMIA (KIMIA FISIK 1 )
Enthalpi dan Hukum Termodinamika Pertama
Secara matematis :
H = U + pV
Drs. Iqmal Tahir, M.Si.
p : tekanan sistem
Laboratorium Kimia Fisika,, Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 55281
[email protected]
Enthalpi (H) -
Entalpi cukup berperan dalam bidang kimia karena pada banyak perubahan
energi yang terjadi pada reaksi kimia dilangsungkan menggunakan wadah
terbuka, sehingga tekanan bersifat konstan.
Tel : 087 838 565 047; Fax : 0274-545188
Email :
atau
[email protected]
Website :
http://iqmal.staff.ugm.ac.id
http://iqmaltahir.wordpress.com
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Enthalpi
Enthalpi
Perubahan Enthalpi (ΔH) sama dengan energi yang diberikan sebagai kalor pada
tekanan tetap kepada sistem yang tidak dapat melakukan kerja tambahan.
Untuk perubahan keadan umum sistem, U berubah sebesar dU, dan hasil kali pV
berubah sebesar d(pV) sehingga H berubah :
dH = dU + d(p.V) = dU + p.dV + V.dp
„
Jika : dU = dq + dwe – peks.dV
= kerja lain
dwe
-peks.dV = kerja pemuaian
-Maka :
dH = dq + dwe – peks.dV + p.dV + V.dp
Panas yang terkandung dalam suatu senyawa pada
tekanan konstan.
„
Perubahan Enthalpi (ΔH) adalah apa yang menjadi perhatian orang kimia dan
sesuatu yang biasa diukur di laboratorium.
Deskripsi : Panas yang dibutuhkan (+) atau dilepaskan (-) pada sistem tertutup
(tekanan konstan)
ΔΗ = Η(akhir) − Η(awal)
Suatu fungsi keadaan : hanya tergantung dari
keadaan sistem yang ada, tidak tergantung dari
bagaimana langkah asalnya.
„
Jika sistem dalam kesetimbangan mekanis dengan lingkungannya pada tekanan
p (sehingga peks = p), maka :
dH = dq + dwe +V.dp
Pada kondisi tidak adanya kerja tambahan (dwe =0) dan kondisi pemanasan pada
tekanan tetap (dp =0). Maka :
dH = dq pada tekanan tetap, tidak ada kerja tambahan.
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Pengukuran perubahan enthalpi
Cara lain dengan mengukur perubahan energi dalam dengan kalorimeter bom
dan kemudian mengubah nilai ΔU menjadi ΔH. Mengingat padatan dan cairan
mempunyai volume molar yang sangat kecil, maka pV menjadi sangat kecil.
Nilai ΔU dan ΔH hampir sama untuk reaksi yang tidak melibatkan gas.
Campsite B
(altitude = 4800 ft)
Campsite A
(altitude = 1200 ft)
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Perubahan Enthalpi (ΔH) dapat diukur dengan
kalorimeter adiabatik dan mengukur nilai ΔT pada saat
sejumlah sampel terbakar air dengan oksigen yang
diberikan. ΔH dapat ditentukan dengan menggunakan
nilai kapasitas kalor sebagai faktor konversi.
6_7
• Harga ΔH yang positif mengindikasikan bahwa energi ditransfer dari
lingkungan ke sistem . Hal ini disebut proses endothermis.
•
Air yang mendidih adalah contoh proses endothermic .
H2O(l) Æ H2O(g)
H2O(l) + 44.0 kJ Æ H2O(g)
ΔHvap = + 44.0 kJ/mol
• Harga ΔH yang negatif mengindikasikan bahwa energi ditransfer dari
sistem ke lingkungan. Hal ini disebut proses eksothermis.
•
Air yang mengembun adalah contoh proses exothermic .
H2O(g) Æ H2O(l)
ΔHcond = - 44.0 kJ/mol
H2O(g) Æ H2O(l) + 44.0 kJ
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
1
10/18/2012
Hubungan ΔH dan ΔU
Hubungan ΔH dan ΔU
Perubahan energi dalam pada konversi 1,0 mol gas CaCO3 bentuk kalsit
menjadi bentuk aragonit adalah + 0,21 kJ. Hitunglah perubahan entalpi jika
tekanannya 1,0 bar. Rapatan padatan kalsit dan aragonit adalah 2,71 g.cm-1
dan 2,93 g.cm-1.
Jawab :
Perubahan entalpi pada transformasi :
Jika reaksi menghasilkan gas, maka kerja yang lain diabaikan dan dengan
menganggap setiap gas bersifat gas sempurna, maka :
H = U + pV = U + n.R.T
Perubahan entalpi reaksi menjadi :
ΔH = ΔU + Δng.R.T
Dengan Δng adalah perubahan jumlah molekul fase gas dalam reaksi.
Untuk reaksi :
2 H2(g) + 02(g) Æ 2 H20(l)
Setiap 3 mol molekul gas akan menjadi 2 mol ciaran sehingga Δng = - 3 mol
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Hubungan ΔH dan ΔU
Perubahan entalpi yang menyertai pembentukan 1,00 mol NH3 (g) dari unsurunsurnya pada suhu 298 K adalah -46,1 kJ. Perkirakan besar perubahan
energi dalamnya !
Jawab :
Persamaan kimia : 3/2 H2 (g) + ½ N2 (g) Æ NH3 (g)
Perubahan jumlah molekul fase gas :
Δng = (1,00 – 1,50 – 0,50) mol = -1,00 mol
Karena RT = 2,48 kJ.mol-1 pada suhu 298 K, maka :
ΔU = ΔH - Δng.R.T
= -46,1 kJ –( (-1,00 mol ).2,48 kJ.mol-1)= -43,6 kJ.
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Enthalpi perubahan fisik
Enthalpi standar
Perubahan entalpi standar yaitu perubahan entalpi untuk proses yang zat
awal dan zat akhirnya berada dalam keadaan standar.
Keadaan standar - Bentuk paling stabil dari suatu senyawa yang berada
pada kondisi tekanan 1 bar.
ΔH°
Keadaan Standar (1 bar)
Contoh :
1. Keadaan standar cairan etanol p
pada temperatur
p
25 °C adalah cairan
etanol murni pada temperatur 25 °C dan tekanan 1 bar.
2. Keadaan standar gas hidrogen pada temperatur 500 K adalah gas
hidrogen murni pada temperatur 500 K dan tekanan 1 bar.
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Enthalpi perubahan fisik
Perubahan enthalpi standar yang menyertai perubahan keadaan fisik
disebut sebagai enthalpi transisi standar (ΔHtrso)
Contoh :
- Enthalpi standar penguapan :
Perubahan enthalpi ketiga 1 mol cairan pada 1 bar berubah menjadi
fase gasnya pada kondisi 1 bar.
-Enthalpi standar peleburan
-Enthalpi standar sublimasi
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
2
10/18/2012
Enthalpi perubahan fisik
Enthalpi perubahan
Perubahan enthalpi tidak tergantung pada jalan antara dua keadaan.
Oleh karena itu nilai ΔHo yang sama akan diperoleh bagaimanapun
perubahan yang dihasilkan (selama keadaan awal dan akhirnya
sama).
Contoh :
Nilai perubahan 1 sama dengan perubahan 2,
Yaitu :
1.
2.
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Enthalpi perubahan
Enthalpi standar pembentukan
Mengingat entapi adalah fungsi keadaan, maka nilai entalpi standar
proses maju nilainya sama, tetapi berkebalikan tanda dengan entalpi
standar proses sebaliknya.
Entalpi pembentukan standard molar (ΔH°f) - ΔH untuk
pembentukan 1 mol senyawa dalam keadaan standar dari
unsur-unsurnya.
½ O2(g) Æ H2O(l)
Na(s) +
½ Cl2(g) Æ NaCl(s) ΔH°f = -411.12 kJ/mol
C(s) +
2 H2(g) + ½ O2(g) Æ CH3OH(l)
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Enthalpi standar pembentukan
ΔH°f = -285.8 kJ/mol
H2(g) +
ΔH°f = -238.4 kJ/mol
Enthalpi standar pembentukan
T6_2b
Formula
ΔΗ¼f (kJ/mol)
Formula
ΔΗ¼f (kJ/mol)
Oxygen
O(g)
O 2(g)
O 3(g)
OH Š(aq)
H20(g)
H20(l)
249.2
0
143
Š 229.9
Š 241.8
Š 285.8
Sulfur
Nit
Nitrogen
N(g)
N2(g)
NH 3(g)
NH 4+(aq)
NO( g)
NO 2(g)
HNO 3(aq)
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
473
0
Š 45.9
Š 132.8
90.3
33.2
Š 206.6
S(g)
S2(g)
S8 rhombic
279
129
3
10/18/2012
Enthalpi standar pembentukan
•
Enthalpi standar untuk unsur dalam keadaan standar adalah nol.
•
Harga entalpi standar pembentukan dari senyawa dalam bentuk
larutan merujuk pada larutan dengan konsentrasi 1 M dari unsurunsurnya menjadi senyawa dan ditambah entalpi pelarutan dalam air.
•
Harga ΔH°f dari kebanyakan senyawa
adalah negatif yang mengindikasikan
pembentukan senyawa
p
y
dari unsurunsurnya adalah eksotermis.
•
Perubahan enthalpi dari reaksi kimia
•
•
Perubahan enthalpi merujuk pada seluruh reaksi kimia.
Dekomposisi uap air menjadi unsur-unsurnya adalah proses
endothermic.
ΔH = + 241.8 kJ
H2O(g) Æ H2(g) + ½ O2(g)
•
Pembentukan uap air dari unsur-unsurnya adalah proses exothermic.
H2(g) + ½ O2(g) Æ H2O(g)
ΔH = - 241.8 kJ
Harga ΔH°f digunakan untuk
membandingkan kestabilan relatif dari
beberapa senyawa.
•
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
[email protected]
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Perubahan enthalpi dari reaksi kimia
• Kuantitas panas yang ditransfer selama reaksi kimia
tergantung dari jumlah reaktan yang digunakan atau
produk yang terbentuk.
Contoh 1:
Berapa kuantitas panas yang dibutuhkan untuk
pembentukan 1 mol uap air dari unsur-unsurnya?
2 H2(g) + O2(g) Æ 2 H2O(g)
ΔH = 2(- 241.8 kJ) = -483.6 kJ
Contoh 2:
Contoh 3:
2 C2H6(g) +
Harga ΔH secara numerik
adalah sama, tetapi
berlawanan tanda, untuk
reaksi kimia yang berlawanan.
Berapa kuantitas panas yang dibutuhkan untuk
dekomposisi 28.3 g uap air menjadi unsur-unsurnya?
Pembakaran etana, C2H6, memiliki perubahan enthalpi
sebesar -2857.3 kJ untuk reaksi di bawah ini. Hitung ΔH
dari 15.0 g C2H6 yang dibakar.
7 O2(g) Æ 4 CO2(g) + 6 H2O(g)
ΔH = -2857.3 kJ
Hukum Hess
• Jika suatu reaksi merupakan jumlah dari dua atau lebih
reaksi, ΔH untuk reaksi keseluruhan adalah jumlah ΔH dari
masing-masing reaksi
Berapa harga ΔH untuk reaksi berikut?
2 H2O(l) Æ 2 H2(g) + O2(g)
2 H2O(l) Æ 2 H2O(g)
2 H2O(g) Æ 2 H2(g) +
2 H2O(l) Æ 2 H2(g) +
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
ΔH = 2(44.0 kJ)
O2(g) ΔH = 2(241.8 kJ)
O2(g) ΔH = +571.6 kJ
Hukum Hess
Perubahan enthalpi pada reaksi
• Jika suatu reaksi merupakan jumlah dari dua atau lebih
reaksi, ΔH untuk reaksi keseluruhan adalah jumlah ΔH dari
masing-masing reaksi
• Perubahan enthalpi pada suatu reaksi pada kondisi
standar dapat dihitung dari enthalpi molar standar untuk
masing-masing reaktan dan produk :
Fungsi keadaan - Perubahan
energi untuk suatu perubahan
kimia atau perubahan fisika adalah
tidak tergantung dari laju yang
diikuti, hanya tergantung dari
keadaan awal dan akhir saja.
0
ΔH rxn
= ∑ [ΔH of (products)] −∑ [ΔH of (reactants)]
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
4
10/18/2012
Perubahan enthalpi pada reaksi
0
ΔH rxn
= ∑ [ΔH of (products)] −∑ [ΔH of (reactants)]
Perubahan enthalpi pada reaksi
Reaksi eksotermis
Reaksi endotermis
Contoh 1:
Hitung entalpi standar reaksi pembakaran benzena, C6H6.
C6H6(l) + 7½ O2(g) Æ 6 CO2(g) + 3 H2O(l)
ΔH°f[C6H6(l)] = +48.95 kJ/mol
Contoh 2:
Perubahan enthalpi untuk reaksi oksidasi naphthalene,
C10H8, dapat diukur secara kalorimetri.
C10H8(s) + 12 O2(g) Æ 10 CO2(g) + 4 H2O(l)
ΔH°rxn = -5165.1 kJ
Hitung enthalpi standar pembentukan untuk naphthalene,
C10H8.
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
[email protected]
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Perhitungan ΔHo Reaksi
„
„
„
„
Contoh 1:
ΔHorxn = Σ nΔHfo(prod) - Σ mΔHfo(react)
Ingat untuk mengubahan tanda ΔHfo jika
reaksi dibalik.
Jika reaksi pembentukan harus dikalikan
dengan suatu bilangan maka ΔHfo juga sama
Unsur dalam keadaan standar tidak
memberikan kontribusi ΔHo.
Methanol sering digunakan sebagai bahan bakar alternatif sebagai pengganti
bensin pada mobil balap. Tentukan enthalpi pembakaran methanol per gram
dengan menggunakan data enthalpi pembentukan berikut :
ΔHfo CH3OH (l) = -239 kJ/mole
ΔHfo C8H18 (l) = -269 kJ/mole
ΔHfo CO2 (g) = -394 kJ/mole
ΔHfo H2O (l) = -286 kJ/mole
Jawab :
2CH3OH (l) + 3O2 (g) Æ 2CO2 (g) + 4H2O (l)
ΔHoreaction = Σ nΔHfo(prod) - Σ mΔHfo(react)
= 2 x ΔHfo (CO2) + 4 x ΔHfo (H2O) - 2 x ΔHfo (CH3OH) - 3 x ΔHfo (H2O)
= 2 x (-394 kJ) + 4 x (-286 kJ) - 2 x (-239 kJ)
= -1454 kJ/ 2 moles CH3OH
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Contoh 2:
Gas hidrogen sulfida gas adalah gas yang beracun dan berbau telur busuk.
Gas ini di udara terbakar dengan oksigen mengikuti reaksi :
2H2S(g) + 3O2(g)
2H2O(l) + 2SO2(g)
Hitung perubahan enthalpi standar untuk reaksi tersebut !
Jawab :
2H2S(g) + 3O2(g)
2(-20)
ΔHo
3(0)
ΔHo
2H2O(l) + 2SO2(g)
2(-285.8)
2(-296.8)
(kJ)
ΔHo
= Σn
(produk) - Σm
(reaktan)
= [2(-285.8) + 2(-296.8)]-[2(-20) + 3(0)] kJ
=-1125.2 = -1125 kJ
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
5