Termokimia

BAB II

CHAPTER II

TERMOKIMIA

THERMOCHEMISTRY

I.       Materi

I.    Topic

Termokimia:  

Thermochemistry:

Cabang ilmu kimia yang mempelajari

aspek energi pada reaksi kimia.

Branch of chemistry about energy in

chemical reactions

Dasar Termokimia:  

Basic of Thermochemistry:

Hukum Termodinamika

Law of Thermichemistry

DE = Q + PDV,

Entalpi (H) adalah kalor reaksi pada sistem isobar (tekanan tetap), yang menyatakan banyaknya energi yang tersimpan dalam suatu zat atau sistem.

Enthalpy (H) is the heat of reaction at isobaric system (constant pressure), and states the amount of energy of a substance or system

A.    Reaksi termokimia

A.  Thermochemistry Reactions

1.      R. Eksoterm: reaksi yang mengeluarkan/ menghasilkan kalor; energi sistem berkurang, energi lingkungan bertambah.

1.   Exothermic rxn: reactions that

produces/ releases heat; energy of the system decreases, while one in the environment increases

Sehingga DH sistem berkurang

Thus, DH of the system decreases

(DH = -)

A + B à C,           DH = - x kJ

A + B à C            +  x kJ

Contoh:

Examples:

- masukkan batu kapur (CaO) dalam air,

   maka air akan menjadi panas

- when putting lime stone (CaO) into water,

  the water then turns warmer

- reaksi pembakaran

- combustion reaction

2.      R. Endoterm:  reaksi yang memerlukan/ membutuhkan kalor; energi sistem bertambah, energi lingkungan berkurang.

2.   Exothermic rxn: reaction that requires heat;

energy of the system increases, while one on the environment decreases

Sehingga DH sistem bertambah (DH = +)

Thus, DH of the system increases (DH = +)

A + B à C            DH = + x kJ

A + B à C            -  x kJ

Contoh:

Examples:

- pada saat alkohol 95% dioleskan ke  kulit,

   maka tangan akan terasa dingin

- When alcohol 95% is rubbed in the skin, it

   feels cold

- masukkan ke dalam tabung reaksi kristal

  NH₄Cl, maka dasar tabung akan   terasa

  dingin

- When NH₄Cl crystals is put into test tube, it

   feels cold as we touch the bottom of the tube

Tabel hubungan jenis reaksi,

perubahan entalphi dan kalor

Table of relation among type of reaction,

enthalpy change, and heat

Reaksi Reaction	Q (Kalor) (heat)	DH (perubahan entalphi) (enthalpy change)
Eksoterm Exothermic	+	-
Endoterm Endothermic	-	+

B.     Jenis-jenis perubahan entalphi

pembentukan standar

B.  Types of enthalpy change of

      standard  formation

1.      DH_f ^q (Perubahan entalphi

       pembentukan standar)

1.   DH_f ^q (standard enthalpy change of

      formation)

Energi yang terlibat untuk membentuk 1 mol suatu zat dari unsur-unsurnya dalam keadaan standar.

Energy involved in forming 1 mol of a substance from its elements at standard conditions.

Contoh:

Example:

DH_f ^qH₂O = - 47 kJ/mol

Perubahan entalphi pembentukan standar

air adalah – 47 kJ

The standard enthalpy change of water

formation is -47 kJ

Untuk membentuk 1 mol H₂O dari unsur-unsurnya dalam keadaan standar, yaitu gas H₂ dan gas oksigen dilepaskan kalor sebesar 47 kJ.

To form 1 mol of H₂O from its elements, they are H₂ and O₂ gas, at standard conditions, 47 kJ of heat is released

Persamaan reaksi:

Reaction equation:

      H₂ + O₂ à H₂O, DH = -47 kJ/mol

2.      DH_d^q (Perubahan entalphi

       penguraian standar)

2.   DH_d^q (Standard enthalpy change of

     decomposition)

Energi yang terlibat untuk menguraikan 1 mol suatu zat menjadi unsur-unsurnya dalam keadaan standart.

Energy involving in decomposing 1 mol of a

substance to be its elements at standard

condition

Contoh:

Example:

DH_d ^q H₂O = + 47 kJ/mol

Perubahan entalphi penguraian standar air

adalah +47 kJ

Standard enthalpy change for water

decomposition is +47 kJ

Untuk menguraikan 1 mol H₂O menjadi unsur-unsurnya dalam keadaan standart, yaitu gas H₂ dan gas oksigen dibutuhkan kalor sebesar 47 kJ.

To decompose 1 mol of H₂O to be its elements: hydrogen and oxygen gas, at standard condition, 47 kJ of heat is required

Persamaan reaksi:

Reaction equation

      H₂O à  H₂ + O₂,  DH = + 47 kJ/mol

3.      DH_c^q (Perubahan entalphi pembakaran

standar)

3.   DH_c^q (standard enthalpy change for

     combustion)

Energi yang terlibat untuk membakar (mereaksikan dengan gas O₂) 1 mol suatu zat menjadi hasil reaksinya

Energy involving in combusting (as reacting with O₂ gas) 1 mol of a substance to produce the products of combustion

Contoh:

Example:

DH_c ^qCH₄ = -  105 kJ/mol

Perubahan entalphi pembakaran standar

metana adalah – 105 kJ

Standard enthalpy change for combustion of

methane is -105 kJ

Untuk membakar 1 mol CH₄ menjadi hasil-hasil reaksinya pada keadaan standar, dilepaskan kalor sebesar 105 kJ/mol

To combust 1 mol of CH4 to be its products at standard condition, 105 kJ/ mol of heat is released.

Persamaan reaksi:

Reaction equation:

      CH₄ + O₂ à CO₂ + H₂O, DH = 105 kJ/mol

Contoh

Example

1.      Pada pembakaran 24 gram senyawa CH₄ (Mr=16) menjadi CO₂ dan H₂O dibebaskan kalor sebanyak 1335 kJ pada suhu 25⁰C tekanan 1 atm. Tentukan ΔH pembakaran standar CH₄ dan persamaan termokimianya.

1.   Combustion of 24 grams of CH₄ (Mr =

16) to produce CO₂ and H₂O releases 1335 kJ of heat at 25⁰C and 1 atm. Determine the value for  standard ΔH of CH₄ combustion, and as well  with its thermochemistry equation.

Jawab:

Solution:

Mol CH₄ = massa/ massa molar

Mol of CH₄ = mass/ molar mass

                = 24/ 16 = 1,5 mol (1.5 mol)

DH pembakaran 1,5 mol CH₄ = - 1335 kJ

DH combustion of 1.5 mol of CH₄

 = - 1335 kJ

 DH pembakaran 1 mol CH₄

= - 1335 kJ/ 1,5 mol = - 890kJ

DH combustion of 1 mol of CH₄

= - 1335 kJ/ 1.5 mol = - 890kJ

Jadi, DH pembakaran standar CH₄

= - 890 kJ

dan dapat ditulis persamaan termokimianya:

So, standard DH combustion fo CH₄

 = - 890 kJ

and the thermochemistry equation is:

CH_4(g)  + 2 O_2(g) à CO_2(g)  + 2 H₂O_(g)

                                        DH=-890 kJ

2.  Tuliskan persamaan termokimianya jika

     diketahui data berikut:

2.  Write the thermochemistry-equation for the

following condition:

a.   Pembentukan 13 gram gas C₂H₂

      memerlukan kalor sebanyak 113 kJ

a.   Formation of 13 grams of C₂H₂ gas

requires 113 kJ of heat

1. Penguraian 11,2 L gas HCl (pada STP)

memerlukan kalor sebanyak 18,2 kJ

       b.  Decomposition of 11.2 L of HCl gas (at

STP) requires 18.2 kJ of heat

Jawab:

Solution:

a. Jumlah mol C₂H₂ = g/ Mr = 13/ 26 = 0,5 mol

a. Number of C₂H₂ mol = mass/ molar mass

= 13/ 26 = 0.5 mol

DH pembentukan 0,5 mol C₂H₂ = + 113 kJ

DH for formation of 0.5 mol of C₂H₂ = + 113 kJ

DH C₂H₂ = +113 kJ/ 0.5 mol = 226 kJ mol^-1

b. Jumlah mol HCl =

volume HCl/ volume molar STP

= 11,2 mL/ 22,4 mL mol^-1= 0,5 mol

b. Mol number of HCl =

 volume of HCl/ molar volume at STP

= 11.2 mL/ 22.4 mL mol^-1= 0.5 mol

DH penguraian 0,5 mol HCl (g) = 18,2 kJ

DH decomposition of 0.5 mol HCl (g) = 18.2 kJ

DH_d HCl_(g)  = 18,2 kJ/ 0,5 mol = 36,4 kJ mol^-1

DH_d HCl_(g)  = 18.2 kJ/ 0.5 mol = 36.4 kJ mol^-1

Jadi, persamaan termokimianya:

Thermochemistry equation is:

HCl _(g) à ½ H_2(g)  + ½ Cl_2(g), DH = 36,4 kJ

HCl _(g) à ½ H_2(g)  + ½ Cl_2(g), DH = 36.4 kJ

C.  Penentuan Perubahan Enthalphi

C.  Determining Enthalpy Change

I.       Perhitungan

I.   Calculation

1.      Data Perubahan enthalphi pembentukan standar (DH_f^q )

1.   Data of standard enthalpy change of

      formation

Persamaan yang digunakan :

DH_reaksi  = å DH_{f hasil reaksi}  - å DH_{f pereaksi}

DH_reactioni  = å DH_{f products}  - å DH_{f ractants}

DH_reaksi  = å DH_{f kanan} - å DH_{f kiri}

DH_reaction  = å DH_{f right} - å DH_{f left}

2.      Data Energi Ikatan (EI)

2.   Data of Bond-Energy (BE)

Persamaan yang digunakan:

Equation to use:

DH_reaksi  = å EI_pemutusan  - å EI_pembentukan

DH_reaction  = å BE_breaking  - å BE_formed

DH_reaksi  = å EI_kiri - å EI_kanan

DH_reaction  = å BE_left - å EI_right

Trik pengerjaan soal:

Tricks in solving problems:

1. Buat struktur batang agar kelihatan jumlah

     ikatan.

1. Create the sketch of energy so the number

    of bonds can be seen.

2. Jika terdapat ikatan yang sama antara

     pereaksi dan hasil reaksi, langsung

     dihilangkan terlebih dahulu.

2. If there are same bonds among reactants

    and products, they can be cancelled.

3. Hitung EI pemutusan, hitung EI

    pembentukan.

3. Calculate BE of breaking as well as

    forming

4. Kurangkan EI pereaksi dengan EI

    hasil reaksi.

4. Deduct the reactants BE from BE of

    products

Contoh:

Example:

Dari diagram energi berikut:

From the following energy-diagram:

X

DH1

       

                       

DH3

                           

Y

DH2

        

`

                        

Maka: harga DH₃ = x + y

Then, the value of DH₃ = x + y

Contoh soal:

Example:

1.      Diketahui kalor pembentukan C₂H_6(g), CO_2(g), H₂O_(g) berturut-turut:

1.   It is known that the heat of formation for

C₂H_6(g), CO_2(g), H₂O_(g) is:

 -85 kJmol^-1, -394 kJmol^-1,  -286 kJ mol^-1

a.      tentukan DH⁰_C C₂H_6(g)

a.   determine the value of DH⁰_C C₂H_6(g)

b.      Tentukan jumlah kalor yang

dibebaskan pada pembakaran 180 gram C₂H_6(g)

3. Determine number of heat released in the combustion of 180 grams of C₂H_6(g)

      (Ar. C=12; Ar. H= 1)  

Jawab:

Solution:

a.      Reaksi pembakaran:

a.   Combustion reaction:

       C₂H_6(g)+ 7/2O_2(g)à2CO_2(g)+3H₂O_(g) DH = ?

DH_r = DH⁰_f hasil reaksi - DH⁰_f pereaksi

DH_rxn = DH⁰_f products - DH⁰_f reactants

= (2DH^o_fCO_2(g) + 3DH^o_f H₂O)-(DH⁰_f C₂H₆)

= (-788 kJ mol^-1)-858 kJ mol^-1 + 85 kJmol^-1

= - 1.561 kJ mol^-1

DH⁰_C  C₂H_6(g) = -1.561 kJ mol^-1

b.      Mr C₂H_6(g)  = (2 x 12) + (6 x 1) = 30

Jumlah mol C₂H_6(g)

Number of mol for C₂H_6(g)

= g/ Mr = 180/ 30 = 6 mol

DH pembakaran 6 mol C₂H₆

DH combustion of 6 mol C₂H₆

= 6 mol x ( -1561 kJ mol^-1) = -9366 kJ

Jadi, pada pembakaran 180 gram C₂H₆ dibebaskan kalor sebanyak 9.366 kJ (tanpa tanda negatif karena sudah menyebutkan data dibebaskan)

So, when 180 grams of C₂H₆ is heated, 9,336 kJ of heat is released (sign (-) is removed since the word “released” is used.

3.      Hukum Hess

3.   Hess Law

Energi yang terlibat dalam suatu reaksi tidak tergantung pada jalannya reaksi tetapi hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir dari perubahan tersebut.

Energy in a reaction does not depend on the mechanism of reactions, but on the initial and final conditions

DH2

DH1

Grafik (graphic)

C

B

A

           

Dari gambar tersebut dapat dibuat

persamaan matematis:

From the diagram, the following equation is

obtained:

DH₁ + DH₂ + DH₄ = DH₃ + DH₅

Trik pengerjaan soal:

Methods to solve problems:

1. Tentukan persamaan reaksi yang

     akan diketahui harga DH-nya

1.  Determine the reaction equation.

2. Bandingkan data persamaan reaksi

dengan persamaan reaksi yang akan diketahui DH-nya dengan catatan:

2. Compare the data of reaction equation with

    known one by paying attention to the

    following things:

- Jika posisinya tidak sama, harga DH-nya

  dibalik: jika positif menjadi negatif dan

  sebaliknya.

- If the position is not the same, then the value of

  enthalpy is to be inversed: if positive make it

  negative and vice versa

 - Jika koefisien tidak sama maka:

- If the coefficient is not the same, then:

    Data > soal à harga DH dibagi dengan

                              koefisien

    data > question à  value of DH is devided by

        coefficient

    Data < soal à dikali DH dibagi dengan

                            koefisien

    Data < question à multiply with DH then

                                   divide it by coefficient

4.      Diagram Energi

4.    Diagram of Energy

Catatan untuk membaca diagram energi:

To read the energy-diagram: