kimia dasar 09 energetika

(1)

Energetika dalam sistem kimia

Drs. Iqmal Tahir, M.Si.

iqmal@ugm.ac.id

Thermodinamika

Thermodinamika--kajian sainstifik tentang panas dan kerjakajian sainstifik tentang panas dan kerja..

A.

A.EnergiEnergi––Kapasitas untuk melakukan kerjaKapasitas untuk melakukan kerja

Ada dua klasifikasi energi: Ada dua klasifikasi energi: I.

I.Energi:Energi:prinsip dasarprinsip dasar

1.

1.Energi Energi KinetikKinetik--Energi yang terkait dengan gerakan.Energi yang terkait dengan gerakan.

2.

2.Energi Energi PotentialPotential --energi yang terkait dengan posisi suatu energi yang terkait dengan posisi suatu obyek.

obyek.

a.

a. Energi ThermalEnergi Thermal--energyenergyyang terkait dengan gerakan yang terkait dengan gerakan submikroskopik dari atom, molekul dan ion. submikroskopik dari atom, molekul dan ion. Semua materi memiliki energi thermal. Semua materi memiliki energi thermal. Bentuk energi kinetik

Bentuk energi kinetik

b.

b. Energi MekanikEnergi Mekanik-- energi yang terkait dengan gerakan obyek energi yang terkait dengan gerakan obyek pada skala makroskopik

pada skala makroskopik

c.

c. Energi listrikEnergi listrik-- energi yang terkait dengan gerakan elektron energi yang terkait dengan gerakan elektron melalui media konduktor.

melalui media konduktor.

d.

d. Energi suaraEnergi suara-- energi yang terkait dengan kompresi dan energi yang terkait dengan kompresi dan ekspansi ruang di antara molekul ekspansi ruang di antara molekul--molekul. molekul.

a.

a. Energi potensial kimiaEnergi potensial kimia-- energi yang dihasilkan dari tarikan energi yang dihasilkan dari tarikan elektron

elektron--elektron ke inti dalam suatu molekul. elektron ke inti dalam suatu molekul. Penyusunan elektron dan inti dalam molekul Penyusunan elektron dan inti dalam molekul ini menghasilkan energi potensial. ini menghasilkan energi potensial. Bentuk energi

Bentuk energipotensialpotensial

Bentuk energi

Bentuk energipotensialpotensial

b.

b. Energi gEnergi gravitasiravitasi-- energi yang terjadi dari suatu obyek energi yang terjadi dari suatu obyek yang berada pada ketinggian tertentu di yang berada pada ketinggian tertentu di atas permukaan bumi atau benda besar atas permukaan bumi atau benda besar lainnya.

lainnya.

Bentuk energi potensial

c.

c. Energi elektrostatikEnergi elektrostatik-- energi yang terjadi karena ionenergi yang terjadi karena ion--ion positif ion positif dan negatif berada dalam jarak yang dan negatif berada dalam jarak yang cukup dekat.

(2)

Gambaran Energi kinetik dan

energi potensial pada atom

B.

B. Hukum kekekalanHukum kekekalanEnergiEnergi

•

•Energi total di alam selalu dalam jumlah konstanEnergi total di alam selalu dalam jumlah konstan I.

I.Energi:Energi:Prinsip umumPrinsip umum

•

•Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dimusnahkanEnergi tidak dapat diciptakan dan tidak dimusnahkan..

•

•Energi hanya bisa dipindah Energi hanya bisa dipindah dari satu obyek ke obyek yang dari satu obyek ke obyek yang lain atau ditransformasi dari lain atau ditransformasi dari satu tipe energi ke bentuk satu tipe energi ke bentuk yang lain.

yang lain.

Transformasi

energi

C.

C. TemperaturTemperaturdan panasdan panas

panas

panas-- energi yang terkait dengan gerakan atom, molekul energi yang terkait dengan gerakan atom, molekul atau ion.

atau ion. I.

I.Energi: Prinsip umumEnergi: Prinsip umum

Temperatur

Temperatur-- Ukuran aliran panasUkuran aliran panas

C.

C. Temperatur dan panasTemperatur dan panas I.

•

•panas tidak sama dengan temperatur.panas tidak sama dengan temperatur.

•

•panas selalu mengalir dari obyek panas ke obyek yang lebih panas selalu mengalir dari obyek panas ke obyek yang lebih dingin

dingin. . •

•Semakin banyak energiSemakin banyak energithermal thermal yang dimiliki senyawa maka yang dimiliki senyawa maka gerakan atom dan molekul akan semakin cepat.

gerakan atom dan molekul akan semakin cepat.

•

•Total energi thermal pada suatu obyek merupakan jumlahan dari Total energi thermal pada suatu obyek merupakan jumlahan dari energi individual untuk seluruh atom, molekul atau ion di dalam energi individual untuk seluruh atom, molekul atau ion di dalam obyek tersebut.

obyek tersebut.

•

•Energi thermal total yang terjadi pada suatu senyawa tergantung Energi thermal total yang terjadi pada suatu senyawa tergantung dari temperatur senyawa, jumlah senyawa dan jenis senyawa dari temperatur senyawa, jumlah senyawa dan jenis senyawa tersebut.

(3)

D.

D. Sistem dan lingkunganSistem dan lingkungan I.

Sistem

Sistem-- Obyek atau kumpulan Obyek atau kumpulan obyek yang dikaji. obyek yang dikaji.

Lingkungan

Lingkungan-- Semua yang berada Semua yang berada di sekeliling sistem di sekeliling sistem yang dapat

D. Bentuk sistem Bentuk sistem I.

Sistem

Sistemterbukaterbuka-- Sistem dimana memungkinkan terjadi aliran Sistem dimana memungkinkan terjadi aliran energi atau materi ke lingkungan atau sebaliknya. energi atau materi ke lingkungan atau sebaliknya.

Sistem

Sistemtertutuptertutup-- Sistem dimana memungkinkan terjadi aliran Sistem dimana memungkinkan terjadi aliran energi ke lingkungan atau sebaliknya, tetapi tidak untuk energi ke lingkungan atau sebaliknya, tetapi tidak untuk materi.

materi.

Sistem

Sistemterisolasiterisolasi-- Sistem dimana tidak memungkinkan terjadi Sistem dimana tidak memungkinkan terjadi aliran energi atau materi ke lingkungan atau sebaliknya. aliran energi atau materi ke lingkungan atau sebaliknya.

Contoh sistem

terbuka

E.E. Tranfer panas menuju ke keseimbangan thermalTranfer panas menuju ke keseimbangan thermal I.

Keseimbangan thermal

Keseimbangan thermal -- Kondisi dimana sistem dan Kondisi dimana sistem dan lingkungan memiliki temperatur yang lingkungan memiliki temperatur yang sama dan aliran panas berhenti. sama dan aliran panas berhenti.

E.

E. Tranfer panas menuju ke keseimbangan thermalTranfer panas menuju ke keseimbangan thermal I.

•

•Aliran panas terjadi dari obyek yang lebih panas ke obyek yang Aliran panas terjadi dari obyek yang lebih panas ke obyek yang lebih dingin.

lebih dingin.

•

•Aliran panas berhenti sampai kedua obyek memiliki temperatur Aliran panas berhenti sampai kedua obyek memiliki temperatur yang sama.

yang sama.

•

•kuantitas panas yang hilang dari obyek yang lebih pas setara kuantitas panas yang hilang dari obyek yang lebih pas setara dengan kuantitas yang diterima obyek yang lebih dingin. dengan kuantitas yang diterima obyek yang lebih dingin.

Keseimbangan thermal

Keseimbangan thermal -- Kondisi dimana sistem dan Kondisi dimana sistem dan lingkungan memiliki temperatur yang lingkungan memiliki temperatur yang sama dan aliran panas berhenti. sama dan aliran panas berhenti.

F.

F. Satuan Satuan EnergiEnergi I.

I.Energi:Energi:Prinsip umumPrinsip umum

Kalori

Kalori(kal(kal))--Panas yang dibutuhkan untuk menaikan Panas yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur

temperatur 1.0 g 1.0 g air sebesarair sebesar1 1 °°C.C.

•

• merupakan ukuran energi yang kecil, yang sering merupakan ukuran energi yang kecil, yang sering digunakan

digunakan kilocalories (1 kilocalories (1 kkalkkal= 1000 = 1000 kalkal).).

•

• kalori dietkalori diet((CC) ) digunakan untuk menyatakan kandungan digunakan untuk menyatakan kandungan energi dalam makanan yang setara 1

energi dalam makanan yang setara 1kkalkkal..

Joule (J)

(4)

Skala kuantitas

energi di alam

•

• Kuantitas dari panas yang ditransfer dari atau ke suatu obyek jiKuantitas dari panas yang ditransfer dari atau ke suatu obyek jika ka terjadi perubahan temperatur akan tergantung dari tiga hal terjadi perubahan temperatur akan tergantung dari tiga hal :: II.

II. Kapasitas panas spesifik dan transfer panasKapasitas panas spesifik dan transfer panas

1)

1)kuantitaskuantitasmaterial.material.

Kapasitas panas spesifik

Kapasitas panas spesifik-- Kuantitas panas yang dibutuhkan Kuantitas panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 untuk menaikkan temperatur 1gram gram senyawa sebesar 1 K

senyawa sebesar 1 K[J/([J/(gg••KK)].)].

A.

A. Kapasitas panas spesifikKapasitas panas spesifik

2)

2)Tingkat perubahan temperatur.Tingkat perubahan temperatur.

3)

3)jenisjenismaterialmaterial

II.

q =

q = Panas yang ditransferPanas yang ditransfer(J)(J) A.

C

m = Massa senyawaMassa senyawa(g)(g)

Δ

ΔTT= = PerubahanPerubahantemperaturtemperatur(K) [(K) [ΔΔT = T = TTfinalfinal––TTinitialinitial]]

•

• Kuantitas panas yang berpindah dari atau menuju suatu obyek Kuantitas panas yang berpindah dari atau menuju suatu obyek dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut

dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut::

II.

A.

Contoh

Contoh1:1: Pada suatu eksperimen ditentukan bahwa panas sebesar Pada suatu eksperimen ditentukan bahwa panas sebesar 59,8

59,8J J dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari 25.0 g

25.0 g ethilenethilenglikolglikolsebesar sebesar 1.00 K. 1.00 K. Hitunglah Hitunglah kapasitas panas dari ethilen glikol dengan data tersebut kapasitas panas dari ethilen glikol dengan data tersebut !

!

Contoh

Contoh2:2: Berapa kuantitas panas yang dibutuhkan untuk Berapa kuantitas panas yang dibutuhkan untuk menaikan

menaikan temperatur daritemperatur dari500.00 mL 500.00 mL air dariair dari25.52 25.52 menjadi

menjadi28.75 28.75 °°C? C? Kerapatan air pada temperatur Kerapatan air pada temperatur tersebut adalah 0.997

tersebut adalah 0.997g/mL g/mL dan kapasitas panasi dan kapasitas panasi spesifik H

spesifik H₂₂O(O(ll) ) adalahadalah4.184 J/(4.184 J/(gg••KK). ).

II.

B.

B. Aspek kuantitatif dari transfer panasAspek kuantitatif dari transfer panas

•

•logam akan kehilangan panaslogam akan kehilangan panas((--qq) ) dan air akan menyerap panasdan air akan menyerap panas((+q+q))

•

•Kuantitas panas yang ditransfer dari logam secara numerik sama Kuantitas panas yang ditransfer dari logam secara numerik sama tetapi berlawanan tanda dengan kuantitas panas yang diabsorpsi tetapi berlawanan tanda dengan kuantitas panas yang diabsorpsi air.

air.

q

qair_air= = --qqlogamlogam atauatau qqairair + + qqlogamlogam = 0= 0

Jumlah perubahan energi termal dalam sistem adalah nol.

II.

B.

B. Aspek kuantitatif dari transfer panasAspek kuantitatif dari transfer panas

•

•Transfer panas mematuhi hukum kekekalan energi :Transfer panas mematuhi hukum kekekalan energi :

0 q

q

1

+

2

+

3

...

=

Contoh:

Contoh: Logam khromiumLogam khromium15.5 g,15.5 g,dipanaskan sampai dipanaskan sampai 100.0 100.0 °°C, C, dan kemudian dimasukkan ke dalam

dan kemudian dimasukkan ke dalam55.5 g 55.5 g air dengan air dengan tgemperatur

tgemperatur16.5 16.5 °°C. C. TemperatureTemperatureakhir logam dan air akhir logam dan air adlaah

adlaah18.9 18.9 °°C. C. Berapa kapasitas panas spesifik dari Berapa kapasitas panas spesifik dari khromium ?

(5)

III.

III.Energi dan perubahan fasaEnergi dan perubahan fasa

•

• Panas diabsorspi saat perubahan keadaan untuk senyawa tetapi Panas diabsorspi saat perubahan keadaan untuk senyawa tetapi temperatur terjaga konstan.

temperatur terjaga konstan.

Panas pelelehan

Panas pelelehan-- Panas yang dibutuhkan untuk mengkonversi Panas yang dibutuhkan untuk mengkonversi senyawa dari bentuk padat ke cair.

senyawa dari bentuk padat ke cair. Panas pelelehan air

Panas pelelehan air= 333 J/g= 333 J/g Panas penguapan

Panas penguapan-- panas yang dibutuhkan untuk panas yang dibutuhkan untuk

mengkonversi senyawa dari cairan ke bentuk gas. mengkonversi senyawa dari cairan ke bentuk gas. Panas penguapan ar

Panas penguapan ar= 2256 J/g= 2256 J/g

III.

III. Energi dan perubahan fasaEnergi dan perubahan fasa

•

• Panas yang diadsorbsi saat tidak ada perubahan fasa akan Panas yang diadsorbsi saat tidak ada perubahan fasa akan mengakibatkan perubahan temperatur dari senyawa. mengakibatkan perubahan temperatur dari senyawa.

Kapasitas panas spesifik Kapasitas panas spesifik

(H (H22O)O)

Ice

Ice 2.1 J/(2.1 J/(gg••KK))

Water

Water 4.2 4.2 J(gJ(g••KK))

Steam

Steam 2.0 J/(2.0 J/(gg••KK))

Contoh:

Contoh: Hitung panas total yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 Hitung panas total yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 mol air dari