Proses Termodinamika dan Termokimia

1. ProsesTermodinamikadanTermokimia Referensi : “Prinsip-prinsip Kimia Modern” Penulis : Oxtoby, Gillis, Nachtrieb

2. Sejauhapareaksikimia? • Reaksiberlangsunghinggamendekatisuatukeadaankesetimbangan, dimanaprodukdanreaktan yang terpakaikeduanyaterdapatdalamjumlah yang relatiftertentubanyaknya. • Begitukesetimbanganterjaditakadalagiperubahankomposisi • Kesetimbangan yang terjadidapatberupakesetimbangankimiadankesetimbangantermodinamika

3. PentingnyaTermodinamika • Sebuahreaksidipengaruhiolehadanyaenergi (kalor), baikitukalormempercepatataumemperlambatreaksi • Eksotermatauendoterm • Termodinamikamerupakankonsep yang paling meyakinkandalammemahamiberbagaihukum-hukumfisika • Ilmuberdasarkanpadasifat-sifatmakroskopik (fisik) materi yang dapatdiukur

4. 1. Sistem, keadaandanproses

5. Definisipenting • Sistemadalahbagiannyataataukhayaldarialamsemesta yang dikurungolehbatas-batasataubatasanmatematis, memiliki parameter-parameter yang dikontrol • Sistemtertutupadalahsistem yang batas-batasnyatidakdapatdimasukiolehaliranmateri

6. Definisipenting • Sistemterbukaadalahsistem yang batas-batasnyamemungkinkanaliranmaterikeluarataukedalamnya. • Lingkunganadalahsisadarisemesta yang dapatbertukarenergidengansistemselamaproses yang diamatiberlangsung • Semestatermodinamikaadalahsistemdanlingkungansekitarnyauntuksuatuproses

7. Definisipenting • Sifat/parameter ekstensifmerupakansifat yang dapatditulisdarihasilpenjumlahansubsistem • Sifatintensifmerupakansifat yang samadenganmasing-masingsubsistem • Keadaantermodinamikakondisisuatusistemmakroskopik yang takterpengaruhwaktupadakesetimbangantermaldanmekanis yang dicirikanolehsuhudantekanan yang terdefinisikandenganbaik

8. Definisipenting • Prosestermodinamikaadalahperubahankeadaantermodinamika • Prosesreversibelproses yang berlangsungmelaluisederetkeadaankesetimbangandandapatdibalikdenganperubahantakberhinggaolehgayaeksternal

9. Definisipenting • Prosestakreversibeladalahproses yang tidakberlangsungmelaluisederetankeadaankesetimbangan, dantidakdapatdibalikdenganperubahantakhinggadibawahgayaeksternal • Fungsiataukeadaanadalahsifat yang secaraunikditetapkanolehkeadaan yang adadanbukankarenasejarahnya

10. Definisipenting • Keadaanstandaradalahbentukstabilsuatuunsuratausenyawapadatekanan 1 atmdansuhutertentu (umumnya 25oC)

11. BERIKAN CONTOH? • SISTEM • SISTEM TERBUKA • SISTEM TERTUTUP • LINGKUNAGN • SIFAT EKSTENSIF • SIFAT INTENSIF • KEADAAN TERMODINAMIKA • PROSES TERMODINAMIKA

12. 2. Hukumpertama TERMODINAMIKA

13. Hukumpertamatermodinamika Perubahanenergi (∆E)dalamsuatusistemsamadenganKERJA (w) yang dikenakanpadanya plus KALOR (q) yang diberikankepadanya ∆E = w + q

14. Kerja • Kerjamerupakanhasil kali antaragaya (F) luarpadasuatubendadenganjarak (r)dimanagayatersebutbekerja W = F (rf – ri) • Salahsatukerjamekanik yang pentingdalamkimiaadalahkerjatekanan volume yang dihasilkanbilasuatu gas ditekanataudiekspansidibawahpengaruhtekananluar

15. Kerjatekanan volume • Bila gas dengantekanan Pidikurungdalamsilinderdengan piston licin yang mempunyailuaspotonganmelintang A danmassa yang diabaikan. Gaya yang dilakukan gas Fi=Pi A. Tekanan gas luarPeks = PimakaFi = 0. ketika gas berekspansi, akanmengangkat piston darihikehf • Kerja yang dilakukan w = ─ Feks (hf – hi)

16. Kerjatekanan volume • Tandanegatifkarena gas beradadiluaruntukmelawanekspansi gas yang beradadalamsilinder • Persamaanyadapatditulisdengan w = ─PeksA ∆h • PerkalianA∆hadalahperubahan volume, jadikerjaadalah w = ─Peks ∆V

17. SatuanTekanan volume • Karenamerupakanhasil kali P (pascal) dan V (m3) adalahJoule (SI) • Terkadangsatuan yang digunakanuntuktekananadalah atm. SatuannyamenjadiL atm • 1 L atm = 101,325 J

18. Kalor • Kalor (q) adalahcarapengalihanenergidaribendapanaskebenda yang lebihdinginbilakeduanyaditempatkandansecaratermaldisentuhkansatusama lain • Kalortermasukenergi internal yaitujumlahenergi total darisistem yang disebabkanolehenergipotensialantarmolekul-molekul, energikinetikakibatgerakan-gerakanmolekuldanenergikimia yang disimpandalambentukikatankimia

19. Kalor • Kenaikansuhuakanmeningkatkangerakanmolekulsesuaidenganbesarnyakenaikansuhu • Prosesperpindahanpanaskadangdigambarkanalirankalordaribenda yang lebihpanaskebenda yang lebihdinginsehinggakeduabendanantinyamemilikisuhu yang sama

20. Kalori • Satukalorididefinisikansebagaijumlahkalor yang diperlukanuntukmenaikkansuhusatu gram air dari 14,5oC menjadi 15,5oC (ataudengankata lain, kapasitaskalorspesifik air, cspada 15oC didefinisikansebagai 1,00 kal/Kelvin gram) • q = M cs ∆T, q adalahkalor yang dipindahkankebendadenganmassa M dengankapasitaskalorspesifikcsuntukmenyebabkanperubahansuhusebesar ∆T

21. Hukumpertamatermodinamika • Panasdankerja, keduanyaadalahbentukperpindahanenergikedalamataukeluarsistem; merekadapatdibayangkansebagaienergidalamkeadaansinggah. Jikaperubahanenergidisebabkanolehkontakkalor (menyebabkanpersamaansuhu), makakalordipindahkan. Dalambanyakproses, kalordankerjakeduanyamenembusbatassistem, danperubahanenergidalamsistemadalahjumlahdarikeduakonstribusiitu

22. Hukumpertamatermodinamika ∆E = w + q • ∆E = w , jika q = 0 • ∆E = q , jika w = 0 • qsis = - qling • wsis = - wling • ∆Esis = - ∆Eling • ∆Esemesta = ∆Esis + ∆Eling = 0, energi total daritermodinamikasemestatidakberubah, energiselalukekal

23. 3. Kapasitaskalor, entalpidankalorimetri

24. Kapasitaskalorspesifik • Kapasitaskalorspesifik (cs)adalahbanyaknyakalor yang diperlukanuntukmeningkatkansuhusatu gram zatsebesarsatu K padatekanantetap • Kapasitaskalor (C) adalahbanyaknyakalor yang diperlukanuntukmenaikkansuhubendasebesar 1 K, baikpadatekanantetap (Cp) ataupada volume tetap (Cv)

25. Kapasitaskalor • q = C ∆T • Kapasitaskalor molar cvdan cpadalahkalor yang diperlukanuntukmenaikkansuhu 1 mol senyawasebesar 1 kelvinpada volume (cv) atautekanantetap(cp) • qv = ncv (T2-T1) = ncv ∆T • qp = ncp ∆T

26. Perpindahankalorpada volume tetap: kalorimeterbom • Perpindahankalorpada volume tetap, takadakerjatekanan volume yang dilakukan, sehinggaperubahanenergi internal samadenganbesarnyakalor yang diserapolehreaksikimiapada volume tetap, w = 0 ∆E = qv • Percobaanjarangdilakukan

27. Perpindahankalorpadatekanantetap: entalpi ∆E = qp + w = qp - Pekst ∆V ∆E = qp - P∆V, Pekst = P qp = ∆E + P∆V qp = ∆(E + PV), P∆V = PV H = E + PV qp = ∆(E + PV) = ∆H ∆H = ∆E + P∆V, padatekanantetap ∆H = ∆E + ∆(PV), padatekananberubah • H = entalpi,

28. 4. Termokimia

29. Entalpireaksi • Sumberperubahanenergidalamreaksikimiaberasaldarikalor yang berasalataudiambildarilintasannyasuatureaksikimia. • Bila CO dibakardalamoksigenmenjadi CO2 CO (g) + ½ O2(g)→ CO2(g) panasdipindahkandarisistem(bejana) kelingkungan (kalorimeter). Kalormempunyaitandanegatif.

30. Entalpireaksi • Pengukurankalormenunjukkanbahwa 1,000 mol CO yang direaksikansampaihabisdengan 0,5 mol O2pada 25oC dantekanantetap 1 atm, menghasilkanperubahanentalpi ∆H = qp = -2,830 x 105 J = -2,830 kJ • Bilakalordilepaskanolehreaksi (∆H negatif) dikatakanreaksieksotermik • Bilakalordiambil (∆H positif) disebutendotermik CO2(g) → CO (g) + ½ O2(g) ∆H = + 283,0 kJ

31. Entalpireaksi • Dalampersamaankimia yang balans, jumlah mol reaktandanprodukdiberikanolehkoefisienpersamaan 2 CO2 (g) → 2 CO (g) + O2 (g) ∆H = + 566,0 kJ • Jikaduaataulebihpersamaankimiaditambahkanuntukmenghasilkanpersamaankimialainnya, masing-masingentalpireaksinyaharusditambahkan C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ∆H1 = -393,5 kJ CO2 (g) → CO (g) + ½ O2 (g) ∆H2 = +283,0 kJ C (s) + ½ O2 (g) → CO (g) ∆H3 = ∆H1+∆H2 = -110,5 kJ

32. Entalpireaksi • Perhitunganenergi∆E ∆E = ∆H - ∆(PV) ∆E = ∆H - ∆(ngRT) = ∆H - RT∆ng

33. Entalpidalamkeadaanstandar Keadaanstandaruntukzatkimia • Untukzatcairdanpadat, keadaanstandaradalahkeadaanstabilsecaratermodinamikapadatekanan 1 atmdansuhutertentu • Untuk gas, keadaanstandaradalahfasa gas padatekanan 1 atm, padasuhutertentudanmenunjukkansifat gas ideal • Untukspesies yang terlarut, keadaanstandaradalah 1 M larutanpadatekanan 1atm, padasuhutertentudanmenunjukkansifatlarutan ideal

34. Entalpidalamkeadaanstandar (∆Ho) • Unsurkimiadalamstandarpada 298,15 Kelvin mempunyaientalpinol • Penetapanentalpistandardalambentuk paling stabildilakukanpadatekanan 1 atmdansuhu 298,15 kelvin

35. Definisi • Keadaanstandaradalahbentukstabilsuatuunsuratausenyawapadatekanan 1 atmdansuhutertentu • Entalpireaksistandar (∆Ho) adalahperubahanentalpiuntukreaksi yang menghasilkanprodukdalamkeadaanstandar, darireaktan yang jugaberadadalamkeadaanstandar

36. Definisi • Entalpipembentukstandar (∆Hof) adalahperubahanentalpiuntukreaksi yang menghasilkansatu mol senyawa (padakeadaanstandar) dariunsur-unsurnya, jugapadakeadaanstandarmereka • Lihatcontoh 7.7

37. Entalpiikatan • Reaksikimiaantaramolekul-molekulmemerlukanpemecahanikatan yang adadanpembentukanikatanbarudengan atom-atom yang tersusunsecaraberbeda. Para kimiawantelahmengembangkanmetodeuntukmempelajarispesiesantara yang sangatreaktifyaituspesies yang ikatannyatelahpecahdanbelumtersusunkembali

38. Entalpiikatan • Entalpiikatanmerupakanperubahanentalpiketikasuatuikatanpecahdalamfasa gas. • Entalpiiniselalupositifsebabkalorharusdiberikankedalamkumpulanmolekul-molekul yang stabiluntukmemecahkanikatannya • Entalpiikatanrelatifkonstanwalauberasaldarireaksikimia yang berbeda (lihathalaman 211dan contoh 7.8)

39. Wassalam Keberhasilandiraihdenganbanyakpengorbananbukandenganberleha-leha

40. TUGAS LATIHAN KUMULATIF METANOL SEBAGAI PENGGANTI BAHAN BAKAR SOAL-SOAL NOMOR 3,5,11,12,23,24,25