TERMOKIMIA

(1)

Ind_chem’08 14

Standar Kompetensi Memahami perubahan energi dalam kimia, cara pengukuran dan sifat

ketidakteraturan dalam alam semesta.

Kompetensi Dasar

 Menjelaskan pengertian tentang entalpi suatu zat dan perubahannya.

 Menentukan ∆H reaksi berdasarkan eksperimen, menggunakan Hukum Hess, data perubahan entalpi pembentukkan standar dan data energi ikatan.

Entalpi (H) dan Perubahan entalpi (∆H)

Entalpi (H) adalah jumlah kalor yang terkandung dalam suatu materi.Entalpi suatu zat tidak dapat diukur, tetapi perubahan entalpinya (∆H) dapat diukur. Perubahan entalpi (∆H) merupakan penambahan atau pengurangan energi suatu zat dalam suatu proses perubahan energi yang berlangsung pada tekanan tetap.

H2O(s)  H2O(l)

Pada proses ini, tidak dapat diukur entalpi H2O(s) atau entalpi H2O(l), yang dapat ditentukan hanyalah

perubahan entalpi atau entalpi reaski (∆H).

∆H = H H2O(s) - H H2O(l) ∆H = Hhasil– Hmula-mula Untuk reaksi kimia,

∆H = Hhasil reaksi– Hpereaksi

Sistem dan Lingkungan

Sistem

 Sesuatu yang menjadi pusat perhatian.

 Zat atau proses yang sedang dipelajari perubahan energinya.

Lingkungan

 Daerah diluar sistem.

 Segala sesuatu di luar sistem, dengan apa sistem melakukan pertukaran energi.

A

B

Larutan HCl

(2)

Ind_chem’08 15

P R

P

R H

H

Reaksi Eksoterm dan Reaksi Endoterm

Reaksi Eksoterm

Reaksi eksoterm adalah reaksi kimia yang menghasilkan atau membebaskan kalor. Pada reaksi ini, terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan sehingga lingkungan menjadi lebih panas. Oleh karena itu, entalpi sistem akan berkurang (bertanda negatif).

Contoh

Reaksi pembakaran

CH4(g) + O2(g)  CO2(g) + H2O(g)

Diagram tingkat energi pada reaksi eksoterm.

Reaksi Endoterm

Reaksi endoterm adalah reaksi kimia yang menyerap atau menerima kalor. Pada reaksi ini, terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem sehingga suhu lingkungan turun dan menjadi lebih panas. Oleh karena itu, entalpi sistem akan bertambah (bertanda positif).

Contoh

Reaksi pembekuan air H2O(l)  H2O(s)

Diagram tingkat energi pada reaksi endoterm.

Persamaan Termokimia

Persamaan reaksi kimia yang mengikutsertakan nilai ∆H. Contoh

• C(s) + O2(g)  CO2(g) ∆H = -393,5 kJ

• 2 NH3(g)  N2(g) + 3 H2(g) ∆H = +92 kJ

B

CH4(g) + O2(g)

CO2(g) + H2O(g)

E dilepas oleh sistem ke lingkungan

∆H = (-) berkurang

H2O(s)

H2O(l)

E diserap oleh sistem dari lingkungan

∆H = (+) bertambah

(3)

Ind_chem’08 16

Latihan

Tulislah persamaan reaksi termokimia untuk masing-masing reaksi berikut :

a. Pembakaran 1 mol gas etana membentuk karbondioksida dan uap air menghasilkan energi sebesar 142 kJ. b. Reaksi antara 1 mol Fe2O3 dengan karbon membentuk besi dan karbon monoksida memerlukan energi

sebesar 621 kJ.

c. Untuk menguraikan 1 mol kalsium karbonat (CaCO3) menjadi kalsium oksida dan karbondioksida diperlukan energi sebesar 178,5 kJ.

d. Diketahui persamaan termokimia

2SO2(g) + O2(g)  2SO3(l) ∆H = -198 kJ

a. Berapakah perubahan entalpi jika SO2 yang bereaksi 1 mol?

b. Berapakah perubahan entalpi jika SO3 yang terbentuk 20 gram? (Ar S=32, O=16) e. Diketahui persamaan termokimia

2C2H6(g) + 7O2(g)  4CO2(g) + 6H2O(l) ∆H = -3120 kJ a. Berapakah perubahan entalpi pada pembakaran 1 mol C2H6?

b. Berapakah perubahan entalpi pada pembakaran 1 gram C2H6? (Ar C=12, H=1)

Jenis-Jenis Entalpi

1.

∆H Pembentukan Standar (∆H

fo

)

Jumlah kalor yang dibebaskan untuk proses pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya pada keadaan standar.

Contoh

½ H2(g) + ½ Cl2(g)  HCl(g) ∆H = - A kJ Unsur-unsur yang stabil pada keadaan standar :

Li, Na, K, Ca, P, C, S, Cu, Ag, Hg, Fe, Zn, F2, Cl2, Br2, I2, H2, O2, N2

2.

∆H Penguraian Standar (∆H

do

)

Jumlah kalor yang diterima untuk proses penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya pada keadaan standar.

Contoh

HCl(g)  ½ H2(g) + ½ Cl2(g) ∆H = + A kJ

3.

∆H Pembakaran Standar (∆H

co

)

Jumlah kalor yang dibebaskan untuk proses pembakaran 1 mol senyawa pada keadaan standar. Contoh

CH4(g) + 2 O2(g)  2 H2O(g) + CO2(g) ∆H = - A kJ

Latihan

Tulislah persamaan termokimia untuk berbagai zat berikut : a. ∆Hfo Na2CO3 = -1435 kJ/mol

b. ∆Hfo Li2O = -600,6 kJ/mol c. ∆Hdo AgBr = +99,96 kJ/mol d. ∆Hd

o

NH4I = +201,4 kJ/mol e. ∆Hco C2H2 = -1256 kJ/mol f. ∆Hco CH3OH = -638 kJ/mol

(4)

Ind_chem’08 17

Penentuan Nilai Perubahan Entalpi (∆H)

Kalorimeter Sederhana

Kalorimeter Bom

Q

reaksi

= Q

larutan

+ Q

kalorimeter

Q

_reaksi

=

m c ∆t

+

C ∆

t

Contoh

Sebanyak 7,5 gram kristal LiOH ditambahkan ke dalam kalorimeter yang berisi 120 gram air. Setelah kristal LiOH itu larut, ternyata suhu kalorimeter beserta isinya naik dari 23ºC menjadi 35ºC. Tentukanlah entalpi pelarutan LiOH dalam air!

(Diketahui kalor jenis larutan = 4,2 J g-1 ºC-1, kapasitas kalor kalorimeter = 12 J ºC-1, Mr LiOH = 24) Jawab

Qreaksi = m c ∆t+ C ∆t

E

Q

= m c ∆t

C

= Kapasitas Kalor (J ºC

-1

)

Perubahan suhu (ºC)

t

akhir reaksi

–

t

awal reaksi

Kalor reaksi (J)

Massa Zat (g)

Kalor Jenis (J g

-1

ºC

-1

)

Q = C

∆t

Qlarutan= m c ∆t

= (120 + 7,5)g x 4,2 J g-1 ºC-1 x (35 – 23)ºC = 127,5 g x 4,2 J g-1 ºC-1 x 12ºC

Qlarutan = 6426 J Qkalorimeter= C ∆t

= 12 J ºC-1 x (35 – 23)ºC = 12 J ºC-1 x 12ºC Qkalorimeter = 144 J

Qreaksi = Qlarutan + Qkalorimeter = 6426 J + 144 J Qreaksi = 6570 J

mol 0,3 g/mol 24

g 7,5 r

M massa

mol   21900J/mol

mol 0,3

J 6570

(5)

Ind_chem’08 18

Latihan

1. Pada pemanasan 400 g air bersuhu 25ºC diperlukan kalor 84 kJ. Jika diketahui kalor jenis air = 4,2 J g-1 ºC-1, tentukan suhu air setelah pemanasan!

2. Pencampuran 100 mL larutan HCl 2 M dan 100 mL larutan NaOH 1M menyebabkan kenaikan suhu larutan dari 25ºC menjadi 32ºC. Jika kalor jenis larutan dianggap sama dengan kalor jenis air = 4,2 J g-1 ºC-1,kapasitas kalorimeter=0, dan massa jenis air = 1 g cm-3, tentukan ∆H reaksi!

3. Pembakaran 32 g gas metana dalam kalorimeter menyebabkan suhu air kalorimeter naik dari 24,8ºC menjadi 88,5ºC. Jika kalorimeter berisi 6 L air dan diketahui kalor jenis air = 4,2 J g-1 ºC-1, serta kapasitas kalorimeter = 2740 J ºC-1, tentukan kalor pembakaran gas metana.

4. Pemanasan 600 g air yang bersuhu awal 27ºC memerlukan kalor jenis air = 4,2 J g-1 ºC-1, tantukan suhu air setelah pemanasan.

5. Diketahui campuran 250 cm3 larutan HCl 0,8 M dan 250 cm3 larutan KOH 1,2 M yang masing-masing bersuhu 25,4ºC. Setelah direaksikan, suhu larutan menjadi 32,6ºC. Jika kalor jenis dan massa jenis larutan dianggap sama dengan air dan diketahui kalor jenis air = 4,2 J g-1 ºC-1 serta massa jenis air = 1 g mL-1,

tentukan ∆H reaksi.

Penentuan ∆H Reaksi dengan Menggunakan Hukum Hess

Hukum Hess menyatakan bahwa kalor reaksi tidak bergantung pada jalannya reaksi, tetapi ditentukan oleh keadaan awal dan keadaan akhir.

Hukum Hess disebut juga hukum penjumlahan kalor. Artinya, jika suatu reaksi berlangsung menurut dua tahap atau lebih, maka kalor reaksi totalnya sama dengan jumlah kalor tahap-tahap reaksinya. Hukum Hess dapat dinyatakan dalam bentuk diagram siklus atau diagram tingkat energi.

Contoh

2C(s) + O2(g)  2CO(g) ∆H = -222 kJ 2CO(g) + O2(g)  2CO2(g) ∆H = -566 kJ 2C(s) + 2O2(g)  2CO2(g) ∆H = -788 kJ Diagram siklus

Diagram tingkat energi

+

F

∆H3 = -566 kJ

∆H2 = -222 kJ

Keadaan akhir Keadaan awal

Lintasan 2

∆H1 = -788 kJ Lintasan 1

2C(s) + 2O2(g) 2CO2(g)

2CO(g) + O2(g)

H 0

-222

-788

∆H2 = -222 kJ

∆H3 = -566 kJ

∆H1 = -788 kJ 2C(s) + 2O2(g)

2CO2(g)

2CO(g) + O2(g)

Keadaan awal

(6)

Ind_chem’08 19

produk pereaksi

Latihan

1. Diketahui :

N2(g) + 2O2(g)  2NO2(g) ∆H = + 67,68 kJ N2(g) + 2O2(g)  N2O4(g) ∆H = + 9,66 kJ

Tentukan ∆H reaksi 2NO2(g)  N2O4(g)! 2. Diketahui :

Zn(s) + S(s)  ZnS(s) ∆H = -206 kJ ZnS(s) + 2O2(g)  ZnSO4(s) ∆H = -777 kJ Tentukanlah entalpi pembentukan ZnSO4(s)! 3. Diketahui :

C2H2(g) + 5₂O2(g)  2CO2(g) + H2O(l) ∆H = -1305 kJ C2H2(g) + H2(g)  C2H4(g) ∆H = -174 kJ 2H2(g) + O2(g)  2H2O(l) ∆H = -572 kJ

Tentukan ∆H pembakaran C2H4(g)! 4. Diketahui :

2H2(g) + O2(g)  2H2O(l) ∆H = -571,7 kJ C3H4(g) + 4O2(g)  3CO2(g) + 2H2O(l) ∆H = -1941 kJ C3H8(g) + 5O2(g)  3CO2(g) + 4H2O(l) ∆H = -2220 kJ Tentukanlah C3H4(g) + 2H2(g)  C3H8(g) ∆H = ?

5. Diketahui entalpi pembakaran untuk grafit (C) dan intan (C) berturut-turut -394 kJ mol-1 dan -396 kJ mol-1. Tentukan ∆H untuk reaksi perubahan grafit menjadi intan.

C(grafit,s)  C(intan,s)

Penentuan ∆H Reaksi Berdasarkan Entalpi Pembentukan Standar (∆H

f0

)

pA + qB  rC + sD ∆H = ?

∆Hr

=



∆Hf

o(produk)

-



∆Hf

o(pereaksi)

∆Hr

=



∆Hf

o(kanan)

-



∆Hf

o(kiri)

Contoh

Diketahui entalpi pembentukan metanol, CH4O(l) = -238 kJ mol-1, CO2(g) = -393,5 kJ mol-1 dan H2O(l) = -286 kJ mol-1. Tentukanlah :

a. Entalpi pembakaran metanol.

b. Jumlah kalor yang dibebaskan pada pembakaran 8 gram metanol. (H=1, C=12, O=16)

Jawab

Reaksi pembakan metanol :

CH4O(l) + ₂3O2(g)  CO2(g) + 2H2O(l) ∆H = ? (a) _∆H

r = [∆Hf0 CO2(g) + 2 x ∆Hf0 H2O(l)] –[∆Hf0 CH4O(l) + ₂3 x ∆Hf0 O2(g)] = [-393,5 + 2 x (-286)] – [-286 + ₂3 x 0]

= -726,9

Jadi entalpi pembakaran metanol, CH4O(l) = -726,9 kJ mol-1 (b)

n CH4O =

32 8

mol = 0,25 mol

Jumlah kalor yang dibebaskan pada pembakaran 8 gram CH4O = 0,25 mol x 726,9 kJ mol-1 = 181,725 kJ

(7)

Ind_chem’08 20

Latihan

1. Diketahui entalpi pembentukan etanol [C2H5OH(l)], CO2(g), dan H2O(l) berturut-turut adalah -278 kJ mol-1, -394 kJ mol-1, dan -286 kJ mol-1. Tentukanlah perubahan entalpi pada pembakaran etanol dan kalor yang dibebaskan pada pembakaran 1 gram etanol. (H=1, C=12, O=16)

2. Diketahui kalor pembentukan C2H4(g), CO2(g) dan H2O(l) masing - masing +52 kJ mol -1

, -394 kJ mol-1, dan -286 kJ mol-1.

a. Tentukan ∆H reaksi pembakaran C2H4(g).

b. Jika diketahui Ar C=12, H=1, tentukan kalor yang dibebaskan pada pembakaran 56 g C2H4.

3. Diketahui entalpi pembentukan CO2(g) = -394 kJ mol-1, H2O(l) = -286 kJ mol-1, dan entalpi pembakaran CH4(g) = -890 kJ mol-1. Tentukanlah entalpi pembentukan dari CH4(g).

Penentuan ∆H Reaksi Berdasarkan Energi Ikatan

Energi ikatan adalah energi yang diperlukan

untuk memutuskan 1 mol ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas.

CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(g) ∆H = ? H



H  C  H + 2 O=O  O=C=O + 2 H  O  H 

H

∆Hr

=



E

i(pemutusan)

-



E

i(pembentukan)

∆Hr

=



E

i(kiri)

-



E

i(kanan)

H

Energi Ikatan Berbagai Jenis Ikatan

(kJ/mol)

Ikatan Tunggal

C



H

413

N



H

391

O



H

463

F



F

155

C



C

348

N



N

163

O



O

146

C



N

293

N



O

201

O



F

190

Cl



F

253

C



O

358

N



F

272

O



Cl

203

Cl



Cl 242

C



F

485

N



Cl

200

O



I

234

C



Cl

328

N



Br

243

Br



F

237

C



Br

276

S



H

339

Br



Cl 218

C



I

240

H



H

436

S



F

327

Br



Br 193

C



S

259

H



F

567

S



Cl

253

H



Cl

431

S



Br

218

I



Cl

208

Si



H

323

H



Br

366

S



S

266

I



Br

175

Si



Si

226

H



I

299

I



I

151

Si



C

301

Si



O

368

Ikatan Rangkap Dua

Ikatan Rangkap Tiga

C = C

614

C



C

839

C = N

615

C



N

891

C = O

799

C



O

1072

N = N

418

N



N

941

(8)

Ind_chem’08 21

∆Hr = (4 x Ei CH + 2 x Ei O=O) – (2 x Ei C=O + 4 x Ei HO) = (4 x 413 + 2 x 495) - (2 x 799 + 4 x 463)

= (1652 + 990) – (1598 + 1852) = -808

Jadi ∆Hr CH4(g) = -808 kJ mol-1

Latihan

1. Berdasarkan tabel energi ikatan, tentukanlah ∆H reaksi, C4H8 + HBr  C4H9Br

2. Berdasarkan tabel energi ikatan, tentukan perubahan entalpi reaksi berikut : a. CH4(g) + Cl2(g)  CH3Cl(g) + HCl(g)

b. O

CH3CH + H2  CH3CH2OH c. O

CH3OH + O2  HCOH + H2O 3. Diketahui reaksi,

C2H4(g) + X2(g)  C2H4X2 ; ∆H= -178 kJ Jika energi ikatan ( kJ mol-1)

C=C =164 CC =348 CH = 413 XX = 186 Tentukan energi ikatan CX?

4. Tentukan kalor yang dibebaskan pada pembakaran 15 gram CH3CH2CH2OH jika diketahui Ar C=12, H=1, O=16, dan energi ikatan ( kJ mol-1 ) :