Thermochemistry

BAHAN PRESENTASI UNTUK MATA KULIAH KIMIA 2020

OLEH 

M. Tegar

2010952035

DOSEN PENGAMPU

Dr. Darwinson, MT

REFERENSI :

Chang, R. and Goldsby, K.A.(2016), Chemistry, Twelfth edition, Mc.Graw-Hill education, Florida State University.

Cara Menentukan dan Menghitung Perubahan Entalpi ∆H, Rumus, Energi Reaksi, Contoh Soal, Pembahasan, Praktikum Kimia. (n.d.). Retrieved September 11, 2020, from https://www.nafiun.com/2013/06/cara-menentukan-dan-menghitung-perubahan-entalpi.html

Jenis Perubahan Entalpi (Entalpi Reaksi) - Kelas Pintar. (n.d.). Retrieved September 11, 2020, from https://www.kelaspintar.id/blog/tips-pintar/jenis-perubahan-entalpi-entalpi-reaksi-5866/

Asi, Nopriawan Berkat (2019, 21 Januari). Kalor Larutan Dan Pengenceran. Dikutip 13 September 2020 dari Chem: https://www.chem.co.id/2019/01/67-kalor-pelarutan-dan-kalor-pengenceran.html.

 

SUB BAB 6.5

KALORIMETER

1. PENGERTIAN    

Kalorimeteradalah.suatu alat yang digunakan sebagai pengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia. Adapun kaloradalahenergi yang berpindah akibatperbedaan suhu.

Pada kalorimeter terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi kalor sesuai dengan hukum..kekekalan energi yang menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan energi tidak dapat dimusnahkan.

2. CARA KERJA

          cara kerja dari kalorimeter adalah dengan mengalirkan arus listrik yang ada pada kumparan kawat penghantar  yang dimasukan ke dalam air suling.  Pada waktu bergerak dalam kawat penghantar,.pembawa muatan beradu dengan atom logam dan kehilangan energi. yang mengakibatkan pembawa muatan beradu dengan kecepatan konstan yang sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan akan menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memdapatkan energi yaitu energi kalor / panas.

Diketahui bahwa semakin besar nilai tegangan listrik dan arus listrik pada suatu banda maka panas listrik yang dimiliki oleh bahan itu semakin kecil. Kita dapat melihat seolah  pengukuran dengan menggunakan arus kecil menghasilkan nilai yang kecil. Hal ini adalah suatu anggapan yang salah karena dalam pengukuran pertama perubahan suhu yang digunakan sangatlah kecil berbeda dengan data yang menggunakan arus besar. Tapi jika perubahan suhu itu sama besarnya maka yang berarus kecil  yang mempunyai tara panas listrik yang besar.

3. JENIS – JENIS KALORIMETER

KALORIMETER BOM

KALORIMETER SEDERHANA

4. KALORIMETER BOM

Kalorimeter bom adalah kalorimeter yang digunakan untuk mendapatkan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran.Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bom atau tempat berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat dari bahan stainless steel dan diisi dengan gas oksigen pada tekanan tinggi.sejumlah air yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas.Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom, akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air dan bom.Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka :

qreaksi = – (qair+ qbom )

 

5. KALORIMETER SEDERHANA

Pengukuran kalor reaksi selain kalor reaksi pembakaran dapat dilakukan dengan menggunakan kalorimeter pada tekanan tetap yaitu dengan kalorimeter sederhana yang dibuat dari gelas stirofoam.Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor reaksi yang reaksinya berlangsung dalam fase larutan ( misalnya reaksi netralisasi asam – basa / netralisasi, pelarutan dan pengendapan ).Pada kalorimeter ini, kalor reaksi = jumlah kalor yang diserap / dilepaskan larutan sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan diabaikan.

                                               qreaksi = – (qlarutan+ qkalorimeter )

                                                 qkalorimeter = Ckalorimeter x ΔT

SUB BAB 6.6

ENTALPI PEMBENTUKAN DAN REAKSI STANDAR

1. Pengertian entalpi

Entalpi dipahami..sebagai jumlah energi suatu sistem pada kondisi tekanan tetap. Biasanya ini dilambangkan dengan menggunakan huruf capital H dan secara matematis dapat dituliskan sebagai penjumlahan dari kerja yang dilakukan oleh suatu sistem (W) dengan energi yang terkandung dalam sistem tersebut (E).

2. Apa itu entalpi pembentukan standar ?

Perubahan entalpi pembentukan (∆fH⊖) adalah perubahan entalpi ketika 1 mol suatu zat terbentuk dari unsur-unsurnya dalam bentuknya..yang paling stabil. Jika tidak diukur pada keadaan standar maka perubahan entalpi pembentukan dinotasikan ∆H⊖f.

3. Apa itu reaksi entalpi ?

Perubahan entalpi yang menyertai reaksi.

4. Perubahan Entalpi (∆H)

Entalpi merupakan sifat ekstensif zat yang dapat digunakan untuk menentukan perubahan kalor dalam reaksi..kimia. Nilai dari entalpi sendiri tidak dapat diukur, namun kita masih dapat mengukur perubahan kalor yang te,rjadi pada saat reaksi berlangsung. Perubahan kalor, yang terjadi dalam reaksi kimia disebut perubahan entalpi (∆H). Pada tekanan konstan, perubahan entalpi sama dengan jumlah kalor reaksi yang dilepaskan atau diserap oleh sistem.

∆H = QP

Entalpi tergolong dalam fungsi keadaan. Sehingga, perubahan entalpi hanya dapat ditentukan dari keadaan awal dan keadaan akhir sistem. Jadi suatu reaksi kimia dimana reaktan bereaksi dan menghasilkan, suatu produk. Besarnya perubahan entalpi, atau entalpi reaksi adalah selisih antara entalpi produk dan entalpi reaktan.

∆H = H(produk) – H(reaktan)

Hal penting yang dapat kita ketahui bahwa entalpi pembentukan standar dapat dengan mudah kita tentukan jika sudah mendapatkan nilainya kita dapat dengan mudah menghitung entalpi reaksi standar, ∆H, yang didefinisikan sebagai entalpi reaksi yang dilakukan pada 1 atm. Contoh hipotesisnya

aA  + bB  cC + Dd

dengan a, b, c, dan d adalah koefisien stoikiometri. Maka di dapat

5. Cara menentukan perubahan entalpi

            Ada 2 cara untuk menentukan perubahan entalpi yaitu

1.       -Secara langsung/berdasarkan ekperimen

alah satu cara yang digunakan untuk mengukur perubahan entalpi reaksi adalah dengan kalorimetri, yaitu proses pengukuran jumlah panas dari sistem reaksi menggunakan kalorimeter.

Prinsip kerja dari kalorimeter ini menggunaka..Azas Black, yaitu jumlah kalor yang dilepas suatu benda sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh benda lain, atau q dilepas = q diterima. Adapun besarnya transfer kalor tersebut tergantung pada faktor-faktor berikut.

a. jumlah zat..

b. kalor jenis zat..

c. perubahan suhu..

d. kapasitas kalor dari kalorimeter..

,Gambar 2. Kalorimeter es dapat digunakan untuk mengetahui kapasitas kalor spesifik dari air.

Rumus yang digunakan untuk menghitung jumlah kalor bila kalor dari kalorimeter diabaikan adalah sebagai berikut.

q = m x c x ΔT.

Namun, bila kalor dari kalorimeter diperhitungkan, rumusnya menjadi :

q = (m x c x ΔT) + (C x ΔT).

Keterangan :

q = kalor reaksi (J).

m = massa zat( g).

c = kalor jenis zat (J/g oC atau J/gK).

ΔT = perubahan suhu ( oC atau K).

C = kapasitas kalor zat (J/ oC atau J/K).

Perlu diketahui juga, yang dimaksud dengan kalor jenis (c) adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1 oC sedangkan kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1 oC atau 1 atm

2.     - Secara tidak langsung/hukum hess

Tidak semua reaksi kimia berlangsung dalam satu tahap, contohnya reaksi pembuatan belerang (baik melalui proses kontak maupun kamar timbal), dan reaksi pembuatan besi dari biji besi. Namun, menurut Hess (1840) berapa pun tahap. reaksinya, jika bahan awal dan hasil akhirnya sama, akan memberikan perubahan, entalpi yang sama. Perhatikan contoh berikut.

Contoh :

Reaksi langsung:

S(s) + 3/2 O2(g) → SO3(g)       ΔH = - 395,72 kJ.

Reaksi tak langsung, 2 tahap:

S(s) + O2(g) → SO2(g)             ΔH = -296,81 kJ.

SO2(g) + ½ O2(g) → SO3(g)    ΔH = - 98,96 kJ.

Bila dijumlahkan:

S(s) + 3/2 O2(g) → SO3(g)       ΔH = -395,72 kJ.

Persamaan reaksi tersebut dapat dinyatakan dalam diagram tingkat energi atau diagram siklus, seperti pada gambar :

 

 

Diagram di atas juga dapat digambarkan sebagai berikut :

Cara menghitung entalpi berdasarkan Hukum Hess dapat diperhatikan lagi dari contoh soal.

Contoh Soal.

Tentukan harga entalpi dari reaksi :

C(s) + 2H2(g) + ½ O2(g) → CH3OH(g) .

Bila diketahui :

I. CH3OH(g) + 2 O2(g) → CO3(g) + 2H2O(g)      ΔH = - 764 kJ.

II. C(s) + O2(g) → CO2(g)                                   ΔH = - 393,5 kJ.

III. H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g)                            ΔH = - 241,8 kJ.

Agar kalian dapat menjawab dengan mudah, cermati dan ikuti..langkah- langkah berikut.

Sesuaikan reaksi yang diketahui dengan reaksi yang ditanyakan, baik letak senyawa, jumlah mol, maupun besarnya entalpi.

Apakah letak senyawa atau unsur yang..ditanyakan berlawanan arah dengan reaksi yang ditanyakan? Jika iya, maka reaksi dibalik, termasuk harga entalpinya.

Apakah jumlah mol..belum sama? Jika belum sama, samakan dengan mengalikan atau membaginya dengan bilangan tertentu.

Bagaimana akhirnya? Reaksi dijumlahkan, tapi ingat, unsur yang sama di ruas yang sama dijumlahkan, tapi bila ruasnya berbeda dikurangkan. Anggap saja pereaksi sebagai harta benda kita, hasil reaksi sebagai utang kita.

Susun..seperti contoh, angka Romawi menunjukkan asal reaksi.

Selanjutnya cermati keterangan di belakang reaksi.

Pembahasan :

II. C(s) + O2(g) → CO2(g)                       ΔH = - 393,5 kJ.

III. 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)              ΔH = - 483,6 kJ.

I. CO2(g) + 2H2O(g) → CH3OH(g)         ΔH = + 764 kJ.

C(s) + 2 H2(g) + 2O2(g) → CH3OH(g)    ΔH = + 113,1 kJ.

Penjelasan: 

II. Reaksi tetap, karena letak atom C(s) yang diketahui (pereaksi) sama dengan letak atom C (s) reaksi yang..ditanyakan (sama-sama ruas kiri). 

III. Jumlah mol dan harga entalpi dikali dua karena H2 (g) yang diminta 2 mol, scdangkan yang diketahui..dalam soal 1 mol. Reaksi tidak dibalik karena letak H2 sama-sama di ruas kiri. 

I. Reaksi dibalik, sehingga AH juga harus dibalik, karena CH3OH(g) yang ditanyakan tcrletak di ruas kanan, sedangkan pada reaksi yang diketahui di ruas kiri. 

SUB BAB 6.7 Kalor Larutan Dan Pengenceran 

A. Pendahuluan

Kalor tidak hanya terlibat dalam pencairan dan pembekuan, melainkan juga terlibat dalam pelarutan suatu zat dan pengenceran suatu larutan.

B. Kalor Larutan

Ketika suatu zat terlarut dalam pelarut, maka akan menghasilkan perubahan kalor. Yang mana perubahan kalor itu sama dengan perubahan entalpi. Untuk entalpi larutan(ΔH_lar) sendiri ialah kalor yang berhasil dihasilkan ketika suatu zat mengalami pelarutan, dengan persamaan

ΔH_lar = H_lar - H_komp

_{Keterangan :}
                                ΔH_{lar    = Entalpi larutan}

H_{lar        -  = Entalpi akhir larutan}

H_{komp   = Entalpi awal zat terlarut dan pelarut sebelum dicampur}

Tetapi perlu diingat, hanya ΔH_lar yang dapat diukur dalam kalorimeter yang bertekanan tetap, sedangkan H_lar dan H_komp tidak bisa diukur. Dan juga jangan lupa jika prosesnya endotermis maka ΔH_lar akan bernilai positif, jika prosesnya eksotermis maka ΔH_lar akan bernilai negatif.

Kita ambil contoh NaCl dan Air, yang mana NaCl adalah zat terlarut dalam bentuk senyawa ionik dan Air sebagai pelarut. NaCl dalam bentuk padat diikat oleh gaya elektrostatik. Sedangkan ketika dilarutkan, NaCl akan terurain menjadi ion Na⁺ dan ion Cl^- yang mana akan distabilkan dengan molekul air dan dengan molekul air itu pula gaya elektrostatik dikurangi secara efisien. Dan ion tersebut disebut sebagai ion terhidrasi. Kalor larutan dari contoh tersebut dapat didefinisikan dengan proses berikut :

NaCl_(s) + H₂o_(l) → Na⁺_(aq) + Cl^-_(aq)  ΔH_lar = ?

 

Untuk tujuan analisis, proses pelarutan NaCl ke dalam larutan air bisa kita bayangkan melalui dua langkah terpisah(lihat gambar).

Sumber: Chemistry 12^th edition

 

 

1. Padatan NaCl diubah menjadi gas dan ionnya dipisahkan satu sama lain menjadi ion Na⁺ dan Cl^- . Dan energi kisi yang dibutuhkan adalah sekitar 788kJ/mol.

 

Energi + NaCl_(s)  → Na⁺_(g) + Cl^-_(g)

 

2. Selanjutnya ion Na⁺_(g) dan ion Cl^-_(g) dicampurkan dengan air, kemudian terjadi hidrasi dengan proses berikut :

Na+_(g)  + Cl^-_(g) + H₂O_(l) → Na⁺_(aq) + Cl^-_(aq) + Energi

 

Perubahan Entalpi hidrasi (ΔH_hidr) selalu bernilai negatif baik itu kation maupun anionnya. Dan disini kita bisa menggunakan hukum Hess, dengan persamaan :

ΔH_lar = U + ΔH_hidr

Sehingga,

 

NaCl_(s) → Na⁺_(g) + Cl^-_(g)                                           U = 788kJ/mol

Na⁺_(g) + Cl^-_(g) + H₂O_(l) → Na⁺_(aq) + Cl^-_(aq)                                      ΔH_hidr =-784kJ/mol

_______________________________________________

NaCl_(s)  + H₂O_(l) → Na⁺_(aq) + cl^-_(aq)                  ΔH_lar = 4kJ/mol

            Jadi jika kita melarutkan NaCl ke dalam air, maka 4 kJ dari sistem akan diserap oleh sistem dan ini menandakan bahwa prosesnya adalah endotermis.

 

 

C. Kalor Pengenceran

 

Dalam proses pengenceran sebuah larutan juga terjadi perubahan kalor yang disebut dengan kalor pengenceran. Sama halnya dengan yang lainnya, kalor pengenceran bisa bisa berupa endotermis maupun eksotermis. Salah satu contoh pengeceran eksotermis ialah pengenceran asam sulfat (H₂SO₄).