DASAR DAN NERACA DAN ENERGI

DASAR NERACA ENERGI

DASAR NERACA ENERGI

2

- perubahan temperatur

- perubahan fasa

- perubahan ikatan kimia

- perubahan jumlah dan bentuk

Kandungan energi

suatu benda atau

sistem

keadaan

benda

atau

sistem yang bersangkutan

SISTEM & SIFAT-SIFAT DASAR

NERACA ENERGI

3

SISTEM

Satu bagian alam semesta yang mendapat _{perhatian dalam penyelesaian suatu masalah}

LINGKUNGAN

(

environment

atau

surrounding

)

Bagian lain dari alam semesta yang mungkin dapat berhubungan dengan sistem

SISTEM

TERBUKA

SISTEM & SIFAT-SIFAT DASAR

NERACA ENERGI

4

SISTEM

TERTUTUP

Jika sistem tersebut tidak mengalami pemasukan atau pengeluaran massa. Sebuah sistem tertutup mungkin mengalami pemasukan atau pengeluaran energi yang dapat berupa panas, kerja, listrik atau magnet.

SISTEM

TERISOLIR

Merupakan sistem tertutup, Jika sistem tersebut tidak mengalami pemasukan atau pengeluaran massa dan energi dalam bentuk apapun.

SISTEM

ADIABATIK

SISTEM & SIFAT-SIFAT DASAR

NERACA ENERGI

5

Energi dapat tersimpan dalam sebuah benda atau berpindah

dari satu benda ke benda lain.

Sifat intensif yang tergantung jumlah

massa benda. Misalnya temperatur,

tekanan, densitas, kapasitas panas.

Sifat milik benda

digolongkan

ENERGI TERSIMPAN DALAM BENDA

6

ENERGI

KINETIK (E

_k

)

Energi yang dimiliki benda (bagian sistem atau keseluruhan sistem) untuk berhubungan dengan gerak relatifnya terhadap benda atau bagian lain yang ikut menyusun sistem bersangkutan. Nilai energi kinetik persatuan massa.

EK = ½ .ν2

ENERGI TERSIMPAN DALAM BENDA

7

1. Energi potensial sehubungan dengan posisi benda di dalam medan grafitasi.

E_P = g . z

g = percepatan grafitasi, 9,8 m/s2

z = ketinggian benda terhadap permukaan bumi.

ENERGI TERSIMPAN DALAM BENDA

8

ENERGI

DALAM (U)

Energi yang dimiliki benda untuk mempertahankan struktur molekul-molekul penyusunnya, serta mempertahankan gerakan-gerakan translasi, vibrasi, dan rotasi molekul-molekul tersebut. U = f(T)

ENTALPI

Sebuah besaran yang diturunkan secara matematik, yaitu kemudahan untuk menuliskan (U + PV) yang sering muncul bersamaan.

Di dalam sistem tertutup,suku PV hanya berupa perkalian nilai tekanan dan volum yang memiliki satuan sama dengan energi.

ENERGI YANG BERPINDAH

9

Energi sistem dapat bertambah atau berkurang melalui cara

berikut:

1. Energi yang terbawa dalam materi yang masuk atau keluar sistem.

2. Panas (Q) yang masuk atau keluar sistem melalui dinding sistem akibat perbedaan temperatur sistem dengan lingkungan.

3. Kerja (W) yang berpindah melalui dinding sistem sebagai akibat:

- perbedaan tekanan sistem dan lingkungan, yang diwujudkan dengan perubahan volum sistem.

- perbedaan tekanan lingkungan dengan sistem di tempat masukan, dan perbedaan tekanan sistem dengan lingkungan di tempat keluaran.

TERMOFISIKA

10

Termofisika

berhubungan

dengan

perubahan

kandungan energi benda (sistem) berkaitan dengan

peristiwa

fisik,

yaitu:

perubahan

temperatur,

perubahan fasa atau pelarutan/pencampuran dua

senyawa atau lebih tanpa disertai reaksi.

Panas Laten : perubahan harga entalpi yang cukup

besar diikuti perubahan fase, tanpa terjadi perubahan

suhu.

PANAS LATEN

11

Panas laten berkaitan dengan perubahan kandungan

energi benda yang mengakibatkan perubahan fasa,

seperti: penguapan, pengembunan, peleburan dan juga

bentuk kristal. Perubahan fasa di dalam pemrosesan gas

alam kebanyakan hanya melibatkan penguapan dan

pengembunan, sehingga materi yang akan disampaikan

dibatasi dengan masalah perubahan fasa cair-uap.

PANAS LATEN

12

Contoh temperatur, tekanan, dan panas laten

penguapan air sebagai berikut:

Data Penguapan Air

Temperatur, o_{C 30 100 120,2 151,8 179,9}

Tekanan, bar 0,0424 1,0131 2 5 10

PANAS SENSIBEL

13

Jika sebuah benda dipanasi atau didinginkan, maka kandungan energinya teramati sebagai perubahan temperatur. Hubungannya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

 Jika pemanasan dilakukan pada volum tetap (proses isometrik)

dU = Cv.dT

 Jika pemanasan dilakukan pada tekanan tetap (isobar)

dH = Cp.dT

PANAS SENSIBEL

14

Secara termodinamika kapasitas panas ini didefinisikan sebagai

berikut:



Cv = [dU/dT], banyaknya panas yang diperlukan untuk menaikkan

temperatur benda pada volum tetap.



Cp = [dH/dT], banyaknya panas yang diperlukan untuk menaikkan

temperatur benda pada tekanan tetap.

Khusus untuk senyawa yang memiliki sifat mendekati gas ideal berlaku:

Cp = Cv + R

Cp = 7/2 R untuk gas beratom dua, seperti N

₂

, O

₂

R = tetapan gas universal

TERMOKIMIA

15

Semua

reaksi

melibatkan

penyerapan

atau

pelepasan panas dengan nilai yang berbeda-beda



Reaksi eksotermik

→

reaksi yang melepaskan

panas.



Reaksi endotermik

→

reaksi yang menyerap panas



Reaksi atermik

→

reaksi yang melepaskan atau

TERMOKIMIA

16



Panas reaksi

panas yang terlibat dalam reaksi dan sering diberi

nama yang lebih spesifik, yaitu:



Panas pembentukan

→

reaksi pembentukan

suatu senyawa dari elemen (atom) penyusunnya.



Panas pembakaran

→

reaksi pembakaran, yaitu

reaksi suatu senyawa dengan molekul O

₂

. nilai

TERMOKIMIA

17



Panas reaksi standar

→

panas yang dilepaskan atau

diserap oleh suatu reaksi secara stokiometrik, jika

reaksi

yang

bersangkutan

dilaksanakan

pada

temperatur acuan (25

o

_{C atau 298K).}



Panas reaksi dihitung dari panas pembentukan atau

panas pembakaran senyawa-senyawa yang terlibat.



Perhitungan panas reaksi standar dari panas

pembentukan standar

TERMOKIMIA

18



Perhitungan panas reaksi standar dari panas pembakaran

standar

Δ

H

_R.298

= -[

Σ

(

Δ

H

_{c.298 reaktan}

) -

Σ

(

Δ

H

_{c.298 produk}

)]

Δ

H

_R.298

= -

Σ

(

σ

s

Δ

H

_c.298

s)

Dengan:

Δ

H

_R.298

= panas reaksi pada 298K

Δ

H

_f.298

= panas pembentukan pada 298K, data tersedia.

Δ

H

_c.298

= panas pambakaran pada 298K, data tersedia.

σ

s

= koefisien persamaan reaksi untuk setiap

Soal-1

19



Hitung panas pembakaran standar CH

₄

dari data

panas pembentukan standar. Reaksi pembakaran

metana adalah sebagai berikut:

CH

₄

+ 2O

₂

→

CO

₂

+ 2H

₂

O

diketahui:

Δ

H

_f.298

CO

₂

= -94,05 kcal/mol

Δ

H

_f.298

H

₂

O(l) = -68,32 kcal/mol

Δ

H

_f.298

CH

₄

= -17,89 kcal/mol

Penyelesaian Soal-1

20



Δ

H

_c.298

= [

Δ

H

_f.298

CO

₂

+ 2x

Δ

H

_f.298

H

₂

O]

–

[

Δ

H

_f.298

CH

₄

+2x

Δ

H

_f.298

O

₂

]

= [-94,05 + 2x -68,32]

–

[-17,89 + 2x0]

Soal-2

21

Hitung panas pembentukan standar

propan (C

₃

H

₈

) dari data

pembakaran standar berikut:

Reaksi 1 : 3C + 4H

₂

→

C

₃

H

₈

Δ

H

_f.298

C

₃

H

₈

= ?

Reaksi 2 : C

₃

H

₈

+ 5O

₂

→

3CO

₂

+ 4H

₂

O

Δ

H

_c.298

C

₃

H

₈

= -530,61 kcal/mol

Reaksi 3 : C + O

₂

→

CO

₂

Δ

H

_c.298

C = -94,05 kcal/mol

Reaksi 4 : H

₂

+ ½O

₂

→

H

₂

O

Penyelesaian Soal-2

22



Persamaan reaksi 1 dapat disusun dari penjumlahan

persamaan 2, 3, dan 4 berikut:

3CO

₂

+ 4H

₂

O

→

C

₃

H

₈

+ 5O

₂

-1 x (reaksi 2)

3C + 3O

₂

→

3CO

₂

3 x (reaksi 3)

4H

₂

+ 2O

₂

→

4H

₂

O

4 x (reaksi 4)

3C + 4H

₂

→

C

₃

H

₈

Reaksi 1



Reaksi Pembentukkan

Sehingga:

Δ

H

_f.298

C

₃

H

₈

= [(-1)x

Δ

H

_c.298

C

₃

H

₈

]

–

[(3x

Δ

H

_c.298

C) +

(4x

Δ

H

_c.298

H

₂

)]

= [(-1)x(- 530,61)]

–

[(3x(-94,05)) + (4x(-68,32))]

= [530,61]

–

[-555,43]

PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP

PANAS REAKSI

23

Kandungan energi benda sangat tergantung pada temperatur. Dengan demikian panas yang timbul atau diserap oleh suatu reaksi juga tergantung pada temperatur reaksi, atau temperatur reaktan dan produk reaksi.

Persamaan perhitungan panas reaksi di luar temperatur acuan dapat ditulis dalam dua bentuk, yaitu:

 Penggunaan panas reaksi standar

ΔH_R.T = ΔH_R.298+Σ (ΔH_s,T.produk) - Σ(ΔH_s,T.reaktan) dengan:

ΔH_R.T = panas reaksi pada temperatur T

ΔH_R.298 = panas reaksi standar (pada temperatur 298K)

Σ (ΔH_s,T.produk) = entalpi sensibel senyawa produk reaksi

Σ(ΔH_s,T.reaktan) = entalpi sensibel senyawa reaktan

 Penggunaan panas pembentukan standar (atau panas pembakaran standar)

Soal Quis

24

Hitung panas reaksi standar

etanol (C

₂

H

₅

OH) dari data pembakaran

standar berikut:

Reaksi 1 : 2C + 3H

₂

+ ½ O

₂

→

C

₂

H

₅

OH

Δ

H

_f.298

C

₂

H

₅

OH = ?

Reaksi 2 : C + O

₂

→

CO

₂

Δ

H

_c.298

C = -393,5 kJ/mol

Reaksi 3 : H

₂

+ ½O

₂

→

H

₂

O

Δ

H

_c.298

H

₂

= -286 kJ/mol

Reaksi 4 : C

₂

H

₅

OH + 3O

₂

→

2CO

₂

+

3H

₂

O