Tugas KF2 Bab 4.doc

1

1 8

1 14

533 , 10 1

3 , 1053333 10

. 3

10 . 16 , 3 1



 



 

 

cm

m s

c v c v

s m

 



nm cm

952 10533

1 1



 

 

Penyelesaian Soal-soal KF 2 Bab 4

1. Suatu reaksi fotokimia tertentu membutuhkan energi pengaktifan sebesar 126 kJ mol-1 .

nilainya dalam satuan-satuan berikut ini : (a) kkal mol-1_{, (b) frekuensi cahaya, (c) bilangan}

gelombang, (d) panjang gelombang dalam nm, dan (e) elektron volt ? (BA)

Jawab:a.30,1 kkalmol-1_{; b.3,16 x 10}14 _Hz; c.10,533 cm-1_{; d.952 nm; e.1,31 eV} Solusi :

Dik : Energi pengaktifan = 126 kJ mol-1

Dit : a. E dalam kkal mol-1

b. ( 1)

 s v

c. 1 (_cm1)



d. (nm)

e. eV

Peny :

a). E = 1 _30,1 1

186 , 4

1

126  

 kkalmol kJ

kkal x

mol kJ

b). Efoton = J foton

mol foton

mol

J 19

23

1

10 . 09 , 2 /

10 . 02 , 6

126000





Hz x

js x

J x

h

E 14

34 19

10 16 , 3 10

626 , 6

10 09 , 2

 

 _

 

c).

d).

e). eV J eV

eV

J 1,31

10 . 6 , 1

10 . 09 , 2

19 19



 _



2. Suatu bejana 100 cm3 _{yang berisi Hydrogen dan Khlor diradiasi dengan sinar dari}

panjang gelombang 400 nm. Pengukuran dengan pemanjang termik menunjukan bahwa energi sinar sebesar 11 x 10-7 _{J diserap oleh khlor per detik. Selama penyinaran berlangsung}

1 menit, tekanan parsial khlor yang ditentukan dengan penyerapan sinar dan penggunaan Hukum Beer turun dari 27,3 menjadi 20,8 kPa (dikoreksi pada 0o_{C) berapa hasil kuantumnya}

? (BA)

menit

mol molekulmol

20

Jumlah foton terabsorbsi

PV = nRT  n = _RTPV

Jumlah molekul HCl

Einstein

 HCl/Einstein

3. (intensitas cahaya) Suatu larutan diradiasi dengan cahaya 400 nm untuk mendapatkan molekul pada keadaan triplet dalam konsentrasi yang mantap. Bila hasil keadaan triplet sama dengan 0,9 dan waktu hidup keadaan triplet adalah 20 x 10-6 _{detik, berapa interitas cahaya}

dinyatakan dalam watt, yang dibutuhkan untuk mempertahankan konsentrasi triplet yang mantap sebesar 5 x 10-6 _{mol L}-1 _{dalam satuan liter larutan, diandaikan bahwa semua cahaya}

terserap. (BA)

Jawab:80 kW

Solusi :

Dik :  = 400 nm

dt _detik

  _5.106 

foton J

foton energi

diserap yang

energi

20 19 3,83.10

10 . 84 , 7

300

 





j

E 300

2  



Dit : I = …………. Watt ? Peny :

0,9 I karena maksimum, maka

  _{0,9 0}

 

 Tr

dt Tr d

Efoton = 4,97.10-19 J/foton

= 4,97.10-19 _{J/foton x 6,02.10}23 _foton/mol

= 2,99.105 _J/mol

I (watt) = 2,99.105 J/mol x 0,27 mol/s

= 8.104 _{J/s = 80 kW}

4. Hasil kuantum dari fotolisis gas HI menjadi H2 + I2 oleh cahaya dengan panjang

gelombang 253,7 nm adalah 2. hitung jumlah mol HI yang akan terurai bila 300 J dari cahaya dengan panjang gelombang ini diserap. (BA)

Jawab: 1,27 x 10-3 _{mol HI} Solusi :

Dik : 2HI hv H2 + I2

  253,7 nm

Dit : mol HI = ………? Peny :

Efoton = s J foton

m

m x Js c

h 19

9 8 34

10 . 84 , 7 10

. 7 , 253

10 . 3 10

. 626 ,

6 

 

 



Jumlah foton terabsorbsi

 

s mol

Ls mol

L mol

L x

ik t

Tr

27 , 0

1 27

, 0

det 10 . 20

10 . 5 9

, 0

0 9

, 0

6 6

 

 

 

 



HI mol

mol molekul

HI molekul

3 23 20

10 . 27 , 1

10 . 02 , 6

10 . 66 , 7



 

s J diserap

E W

nm

50 50

313 21 , 0

 

 

 

 

i terabsorbs foton

J

HI molekul J

. .





2 molekul HI/foton = ₃J_,83molekul_.1020 _fotonHI

.

J. molekul HI = 7,66.1020 _{molekul HI}

mol HI

5. Suatu larutan menyerap radiasi 300 nm dengan laju 1 W. Berapa besar nilai ini dinyatakan dalam Einstein per detik ? (BA)

Jawab: 2,51 x 10-4 _{einstein s}-1 Solusi :

Dik :  = 300 nm I = 1 W = 1 J/s

Dit : I = dalam Einstein s-1 _(mol/s)

Peny :

Efoton

I _39,89.104 2,51.10 4 1

1  



 Einstein s

mol J s J

Einstein = mol/foton

6. Efisiensi kuantum pembentukan etana dari di-n-propil keton (heptana-4-on) dengan sinar dengan panjang gelombang 313 nm adalah 0,21. berapa molekul perdetik, mol perdetik terbentuk apabila sampel diradiasi dengan sinar tersebut yang dioperasikan pada 50 W, dengan menganggap bahwa seluruh sinar terserap. (BA)

Jawab:2,75 x 10-5_{mol s}-1 Solusi :

Dik :

Dit : molekul/detik hasil dan mol/s hasil mol

J

mol foton foton

J

s m

x m x Js c

h

4

23 19

9 8 34

10 . 89 , 39

10 . 02 , 6 10

. 626 , 6

10 . 300

10 . 3 10

. 626 , 6

 

 



 

foton J

s m

m x Js c

h

19

9

8 34

10 . 35 , 6

10 . 313

10 . 3 10

. 626 , 6



 

  



s foton foton

J s J

foton Energi

diserap yang

Energi

20 19 7,87.10

10 . 35 , 6

50

 





Peny :

Efoton

J. foton terabsorbsi

s mol

mol molekul

s molekul

s molekul

zat mol J

zat molekul J

zat molekul J

i terabsorbs foton

J

zat molekul J

5 23 19

19 20

10 . 75 , 2

10 . 02 , 6

10 . 65 , 1 .

10 . 65 , 1 .

10 . 87 , 7 . 21 , 0

. .



 

 





CH3-CH2-CH2-COCH2-CH2-CH3  hv CH3-CH3

7. Diketahui bahwa radiasi matahari pada pukul 12.00 untuk tempat tertentu dipermukaan bumi adalah 4,2 J cm-2 _menit-1_{. Berapa daya maksimum yang dihasilkan, dinyatakan dalam}

Wm-2 _{? (BA)}

Jawab: 700 Wm-2

Solusi :

Dik : Intensitas sinar = 4,2 J cm-2 _menit-1

Dit : Daya maksimum = ………….. Wm-2 _?

Peny :

Daya maksimum

Konduktor terlalu dekat jaraknya sehingga overleap. Semikonduktor memiliki tahanan (permitivitas). Material organik yang ada konjugasinya, bisa mengalami resonansi.

8. Hitung panjang gelombang cahaya yang terpancar secara teori dapat menguraikan air pada suhu 25C dengan proses elektrokimia satu foton untuk menghasilkan H2(g) dan ½ O2 (g)

pada keadaan standarnya. Diketahui G0 = 237,2 kJ mol1 untuk

) ( 2 2 1 2 )

(

2Ol H O g

H  

(BA)

Jawab: 504 nm

Solusi :

2 2 1

2

700 700

10 1 2

, 4

  

 

  

Wm m s J

cm x Menit-_{lebih kecil O2 membuat arisasi)}

sarleap. semikonduktor 1

) ( 2 2 1 2 )

(

2Ol H O g

H  

Dik : t = 250_C

G0 = 237,2 kJ mol-1 Dit :  = ……….. nm?

Peny :

nm m

mol x

mmol

x Js G

c h

c h hv E G

mol J

s m

504 10 . 04 , 5

10 . 02 , 6 10

. 38 , 8

237200 10 . 3 10

. 62 , 6

7

1 23 31

8 34

0 0

  

  

   



 

 



Wadah/polimer mengalami penguraian.

9. Bila diketahui bahwa intensitas radiasi matahari adalah 4,2 Jcm-2 _menit-1_{, berapa banyak}

karbon yang harus dibakar untuk memperoleh kalor dalam jumlah yang dengan kalor dari radiasi matahari pada 1 m2 _{selama satu hari (8 jam) ? (BA)}

Jawab: 617 gram

Solusi :

Dik : Ematahari = 4,2 J cm-2 menit-1

E. CO2 = 393,15 kJ/mol

Luas = 1 m2 _{= 1 x 10}4 _cm2

Waktu = 8 jam = 480 menit Dit : gram C = ……?

Peny :

Ematahari = 4,2 J cm-2 menit-1 x 1.104 cm2 x 490 menit

= 2,016.104 _kJ

Rx : 1

2

2  393,15 

O CO E kJmol

C

2

1 4 2

278 , 51

15 , 393

10 . 016 , 2

2

CO mol

mol kJ

kJ E

E CO mol

CO matahari





 _

mol CO2  1mol C

gram x C mol C

gram

C mol C

mol

mol g

617

12 278

, 51

278 , 51

 



10. Persen transmitans larutan dinatrium fumarat dalam air pada 250 nm dan 250_{C adalah}

19,2% untuk larutan 5 x 10-4 _{mol/L dalam sel 1 cm. Hitunglah : (AD)}

cm

b. persen transmitans jika konsentrasi larutan 1,75 x 10-5 _{mol/L dalam sel 10 cm.}

Jawab : (a) A = 0,717 ;  = 1,43.103 L/mol cm, (b) %T = 56,1 %

Solusi :

a.

b. =A = abc

Io I

a = absorptivitas l

b = Panjang sel c = konsentrasi

11. Oksidasi fotokimia dari fosgen yang dipekatkan dengan khlor, telah dipelajari oleh G.K. Rollefson dan C.W. Montgomery [J. Am.Chem.Soc., 55,142,4025 (1932)]. Reaksi secara keseluruhan adalah

2 COCl2 + O2  2CO2 + 2Cl2

Dari ungkapan laju yang menggambarkan pengaruh dari beberapa parameter adalah

Dengan I0 sebagai intensitas cahaya. Hasil kuantum kurang lebih dua molekul per kuantum.

Tuliskan serangkaian persamaan kimia yang melibatkan radikal bebas ClO dari COCl, yang dapat menggambarkan mekanisme yang sesuai dengan ungkapan laju di atas. (AD).





12. Nitrogen dioksida terurai secara fitokimia oleh cahaya 366 nm dengan hasil kuantum 2,0 molekul per foton, menurut reaksi

2 NO2  hv 2 NO + O2

Reaksi termal berjalan pada arah yang sebaliknya. Bila suatu contoh nitrogen dioksida yang tertutup disinari selama kurun waktu yang panjang, hasil kuantum menurun dan mendekati nol. Sarankan mekanisme yang dapat menerangkan kenyataan ini dan tuliskan persamaan reaksi kimianya. (AD).

Solusi :

NO2 + hv NO2* 2ih kecil O2 membuat arisasi)

sarleap. semikonduktor lebih kecil O2 membuat arisasi)

sarleap. semikonduktor

k

COCl

Penurunan konsentrasi NO2 setelah penyinaran yang lama menyebabkan tumbukan yang

terjadi makin sedikit juga reaksi kebalikan menjadi sangat penting sebagai pertambahan konsentrasi produk.

13. Hitung frekwensi dan panjang gelombang (tentukan pula warnanya) yang dapat memutuskan ikatan tersebut :

a. F – F (155kJ/mol) b. O = O (497 kJ/mol) c. C = O (1079 kJ/mol)

1079 18

1

C=O lebih polar (ada polarisasi)

14. Jika 1 mol electron (pada atom H) mengalami eksitasi dari n = 1 dan n = 4 dan emisi dari n =

15. Jelaskan dengan contoh yang dimaksud dengan keadaan singkat atau tripel suatu keadaan elektronik ?

Jawab

Keadaan singkat adalah suatu keadaan elektronik dengan semua elektron berpasangan total, total spin = 0

Keadaan tripel adalah suatu keadaan elektronik dimana ada dua elektron tak berpasangan ( total spin = 1 ) contoh : keadaan dasar O2

16. Jelaskan dengan reaksi, mekanisme penipisan lapisan ozon dengan adanya gas buangan CO, NO, dan CFC dilapisan stratosfer.

Jawab.

a. NO adalah oksida nitrogen bertindak sebagai katalis yang mengubah ozon dari atom oksigen menjadi molekul oksigen dengan reaksi sebagai berikut.

NO + O3 NO2 + O2

NO2 + O2 NO + O2

Secara keseluruhan, reaksi tersebut efeknya membentuk jaringan :

O3 + O O2 + O2

Karena NO diperoleh kembali pada silus ini ia akan mencari-cari molekul ozon sebelum akhirnya berubah menjadi NO2 lalu menjadi asam nitrat apabila bereaksi dengan air. Hasil

keseluruhan dari reaksi tersebut dari reaksi lain adalah bahwa ozon tereduksi dan terusak secara tetap distrotosfer didalam kesetimbangan yang dinamis.

b. CFC : salah satu penyebab berkurangnya lapisan ozon distrotosfer adalah atom-atom klorin. Sumber utama dari klorin ini adalah dari senyawa-senyawa yang dikenal sebagai Klorofluorokarbon atau CFC5. Jenis CFC5 ini beberapa tahun kemudian akan berada pada

lapisan strotosfer dan akan mengalami dekomposisi fotokimia oleh UV-C dari sinar matahari yang melepaskan asam klorin :CF2Cl2 + UV-C CF2Cl* + Cl*

CF2Cl* akan bereaksi kembali dengan sinar UV-C sehingga akan dilepaskan kembali

atom klorin. Reaksi ntersebut akan membebaskan atom-atom klorin sehingga berbeda dengan keadaan distrotosfer. Sebagian besar klorin dirubah dari HCl menjadi Cl2/ClO.

Apabila ada sinar matahari maka klorin dalam bentuk tersebut difotolisis dan membebaskan atom klorin yang berperan dalam sejumlah reaksi yang menghancurkan ozon. Reaksi-reaksi tersebut adalah :

ClO + H2O HOCl + O2

ClO + ClO ( ClO )2

( ClO )2 ClOD + Cl

Reaksi pertama akan terjadi walaupun tanpa sinar matahari, ClO dan HOCl terbentuk pada musim hujan, perusakan dimulai dengan tibanya radiasi UV pada musim semi. Yang membebaskan Cl untuk kemudian mencari-cari molekul ozon, efeknya adalah

2O3 3O2

Dan masing-masing atom klorin bisa mengelilingi siklus sampai beratus-ratus siklus, tentang ini pada siklus sama dapat menerangkan proses rusaknya ozon.

17. Medan kuantum keseluruhan untuk pembentukan etena dari 4-heptanon dengan sinar 313 nm, adalah 0,21. Berapa banyak molekul keton per detik dan berapa kuantitas per detik, yang dimusnahkan, jika sampel disinari dengan sumber 50 W, 313 nm pada kondisi absorpsi total ? (A)

Jawab :2,8.10-5 _mol/s

Solusi:

E = x J

m x

s m x

x js x

c

h 19

9

8 34

10 35 , 6 10

313

/ 10 3 10

626 ,

6 

 

 



Jadi, sumber 50 W menghasilkan foton dengan laju 19 1

19 1

10 9 , 7 10

35 , 6

50 

 



 x s

J x

Js

Oleh karena itu, jumlah molekul 4-heptanon yang dimusnahkan per detik adalah

0,21 x 7,9.1019 _s-1 _{= 1,7.10}19 _{molekul s}-1 _{x mol s}

mol molekul

x10 / 2,8.10 / 02

, 6

1 5

23





CH3CH2CH2COCH2CH2CH3 : 4-heptanon / di n-propil keton

18. Fotosintisasi merupakan reaksi molekul yang tidak mengabsorpsi secara langsung, dapat distimulasikan jika terdapat molekul pengabsorpsi lainnya, karena molekul pengabsorpsi ini mungkin dapat mentransfer energi selama tumbukan. Contoh fotosintisasi ini adalah reaksi yang sering digunakan untuk menghasilkan hidrogen atom, yaitu penyinaran gas hidrogen yang mengandung sedikit raksa, dengan sinar 254 nm dari lampu awamuatan raksa. Terangkanlah peristiwa ini ! (A)

Solusi:

Atom Hg dieksitasikan oleh absorpsi sinar yang beresonansi, dan kemudian bertumbukan dengan molekul H2. Kemudian terjadi dua reaksi:

Hg* _{+ H}

2 Hg + 2H

Hg* _{+ H}

2 HgH + H

Reaksi terakhir ini, dimonitor dengan mendeteksi HgH secara spektrofotomeri.

19. Hasil kuantum gas HI yang terurai menjadi H2 + I2 adalah 2 yang difotolisis oleh sinar

dengan  = 253,7 nm. Hitung jumlah mol dari HI yang akan terurai jika 300 J dari sinar tersebut diabsorpsi.

Solusi:

Dik :  = 2

= 253,7 nm = 253,7 x 10-9 I = 300 J

Dit : n = ...?

Penyelesaian :

E = x J

m x

s m x

x js x

c

h 19

9 8 34

10 835 , 7 10

7 , 253

/ 10 3 10

626 ,

6 

 

 



Jumlah Einstein yang diserap = _EI = 3,829

10 835 , 7

300

19 

 _J x

J

x 1020

=

diserap yang

kuantum Jumlah

penyerapan mengalami

yang molekul Jumlah

Jumlah molekul yang mengalami penyerapan =  . Jml einstein yang diserap

= 2 x 3,829 x 1020

= 7,658 x 1020

Mol molekul HI = 1,27x10 molHI

mol 10 x 02 , 6

10 x 658 ,

7 ₃

1 23

20

  

20. Sebuah wadah 100 cm3 _{mengandung H}

2 dan Cl2 yang diradiasi oleh sinar 400 nm

pengukuran dengan pemancang tehnik menunjukan bahwa energi sinar terbesar 11x10-7 _J

diserap oleh klor per detik. Selama penyinaran berlangsung 1 menit tekanan parsial klor yang ditentukan dengan penyerapan sinar dan penggunaan hukum Beer turun dari 27,3 menjadi 20,8 kPa (dikoreksi pada O0 _{C). Berapa hasil kuantumnya.}

Jawab:2,59x106

Solusi:

Dik : V = 100 cm3 _{= 100x10}-3 _dm3 _{= 0,1x10}-3 _m3

Dit :  = ...?

H2 + Cl2 2HCl

 = 400 nm

E diserap = 11x10-9 _Js-1 _{oleh klor/s}

t penyinaran = 1 menit = 60 sekon p = (27,3 – 20,8) x103 Pa

= 6,5x103 _Pa