Termokimia [PDF]

Citation preview

TERMOKIMIA Disusun untuk memenuhi salah satu mata kuliah Prktikum Laboratorium Kimia Fisika



MUHAMMAD RIZAL SUJJADA 10070112031



UNIVERSITAS ISLAM BANDUNG 1434 H/2013 M



KATA PENGANTAR



Bismillahirrahmannirrahim Assalamualiakum Wr, Wb. Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat, Inayah, Taufik dan Hidayah-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan penyusunan laporan akhir ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana. Semoga laporan akhir ini dapat dipergunakan sebagai salah satu acuan, petunjuk maupun pedoman bagi pembaca dalam bidang pengetahuan tentang mineral pembentuk batuan. Harapan saya semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, sehingga saya dapat memperbaiki bentuk maupun isi laporan akhir ini sehingga kedepannya dapat lebih baik. Makalah ini saya akui masih banyak kekurangan karena pengalaman yang saya miliki sangat kurang. Oleh kerena itu saya harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan laporan akhir ini. Wassalamualaikum Wr, Wb.



Bandung, Oktober 2013



Muhammad Rizal Sujjada NPM. 10070112031



BAB I PENDAHULUAN



1.1



Latar Belakang Dalam kehidupan sehari-hari kita sering berhadapan atau berjumpa



dengan hal-hal yang panas. Misalnya ketika kita memasak air, proses pemanasan air dari dingin hingga mendidih memerlukan kalor sebagai energi untuk meningkatkan suhu air. Dalam kimia, proses ini merupakan contoh kecil dari salah satu bidang kimia yaitu termokimia. Termokimia merupakan cabang kimia yang berhubungan dengan hubungan timbal balik panas dengan reaksi kimia atau dengan perubahan keadaan fisika. Secara umum, termokimia ialah penerapan



termodinamika



termodinamika kimia.



untuk



kimia.



Termodinamika



Termokimia



(bahasa



ialah



sinonim



Yunani: thermos =



dari



'panas'



and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal. Selain sebagai syarat kelulusan dalam mata kuliah Kimia Dasar, melihat banyaknya hal-hal atau kegiatan dan peristiwa dalam kehidupan kita sehari-hari yang berhubungan dengan termokimia maka makalah ini disusun sebagai sumber referensi baru bagi pembaca.



BAB II PEMBAHASAN



2.1



Pengertian Termokimia Termokimia adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari tentang kalor



reaksi, yaitu pengukuran kalor yang menyertai reaksi kimia. Karena dalam sebagian besar reaksi kimia selalu disertai dengan perubahan energi yang berwujud perubahan kalor, baik kalor yang di lepaskan maupun di serap. Kalor merupakan salah satu bentuk energi. James Prescott Joule (1818-1889) merupakan asaz kekekalan energi. “Energi tidak dapat di ciptakan maupun di musnahkan, tetapi dapat di ubah dari bentuk energi yang satu menjadi bentuk yang lain. Jadi, energi yang menyertai suatu reaksi kimia, ataupun proses fisika hanya merupakan perpindahan atau perubahan bentuk energi. Untuk mempelajari perubahan kalor dari suatu proses perlu dikaji beberapa hal yang berhubungan dengan: a.



Energi yang di miliki oleh suatu zat.



b.



Energi tersebut berubah



c.



Mengukur perubahan energi tersebut.



d.



Bagaimana hubungan energi dengan struktur zat



e.



Karena entalpi reaksi juga bergantung pada wujud zat harus dinyatakan, yaitu dengan membubuhkan indeks s untuk zat padat.



2.2



Persamaan Termokimia Persamaan reaksi yang mengikutsertakan perubahan entalpinya disebut



persamaan termokimia. Nilai ΔH yang dituliskan pada persamaan termokimia disesuaikan dengan stokiometri reaksi. Artinya jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi sama dengan koefisien reaksinya.Oleh karena entalpi reaksi juga bergantung pada wujud zat harus dinyatakan, yaitu dengan membubuhkan indeks s untuk zat padat.



2.3



Entalpi dan Perubahan Entalpi



2.3.1



Sistem dan Lingkungan Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian yang kita



pelajari perubahan energinya. Sedangkan Lingkungan adalah segala sesuatu yang berada di luar sistem. Contoh: Reaksi antara logam seng dengan larutan asam klorida (HCL) dalam suatu tabung reaksi disertai dengan munculnya gelembung-gelembung gas. Pada contoh di atas yang menjadi pusat perhatian adalah logam seng dengan larutan HCL. Jadi, logam seng dan larutan HCL adalah sistem. Sedangkan tabung reaksi, suhu udara dan tekanan udara adalah lingkungan. Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan, sistem di bedakan menjadi tiga macam sebagai berikut: a. Sistem terbuka, suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan zat (materi) antara lingkungan dengan sistem. b. Sistem tertutup, suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor antara sistem dan lingkungannya, tetapi tidak terjadi pertukaran materi. c. Sistem terisolasi (tersekat), suatu sistem tidak yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara lingkungan dengan sistem. 2.3.2



Perubahan Entalpi Entalpi (H) suatu zat ditentukan oleh jumlah energi dan semua bentuk



energi yang dimiliki zat yang jumlahnya tidak dapat diukur. Perubahan kalor atau entalpi yang terjadi selama proses penerimaan atau pelepasan kalor dinyatakan dengan ” perubahan entalpi (ΔH) ” . Misalnya pada perubahan es menjadi air, maka dapat ditulis sebagai berikut: Δ H = H H20 (l) -H H20 (s) (7) Kita amati reaksi pembakaran bensin di dalam mesin motor. Sebagian energi kimia yang dikandung bensin, ketika bensin terbakar, diubah menjadi energi panas dan energi mekanik untuk menggerakkan motor. Demikian juga pada mekanisme kerja sel aki. Pada saat sel aki bekerja, energi kimia diubah menjadi energi listrik, energi panas yang dipakai untuk membakar bensin dan reaksi pembakaran bensin menghasilkan gas, menggerakkan piston sehingga menggerakkan roda motor.



Harga entalpi zat sebenarnya tidak dapat ditentukan atau diukur. Tetapi ΔH dapat ditentukan dengan cara mengukur jumlah kalor yang diserap sistem. Misalnya pada perubahan es menjadi air, yaitu 89 kalori/gram. Pada perubahan es menjadi air, ΔH adalah positif, karena entalpi hasil perubahan, entalpi air lebih besar dari pada entalpi es. Kita ketahui bahwa termokimia merupakan bagian dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi. Pada perubahan kimia selalu terjadi perubahan entalpi. Besarnya perubahan entalpi adalah sama besar dengan selisih antara entalpi hasil reaksi dam jumlah entalpi pereaksi. 2.3.3



Reaksi Eksoterm dan Endoterm



a. Reaksi Eksoterm Pada reaksi eksoterm terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan atau pada reaksi tersebut dikeluarkan panas. Pada reaksi eksoterm harga ΔH = negatif ( – ). Contoh : C(s) + O2(g) → CO2(g) + 393.5 kJ ; ΔH = -393.5 k b. Reaksi Endoterm Pada reaksi terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem atau pada reaksi tersebut dibutuhkan panas. Pada reaksi endoterm harga ΔH = positif ( + ). Contoh : CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)- 178.5 kJ ; ΔH = +178.5 kJ



2.3.4



Perubahan Entalpi Berdasarkan Energi Ikatan Energi ikatan didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk



memutuskan 1 mol ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas. Energi ikatan dinyatakan dalam kilojoule per mol (kJ mol -1 ) 2.3.5



Entalpi Pembentukan, Penguraian dan Pembakaran Harga perubahan entalpi reaksi dapat dipengaruhi oleh kondisi yakni



suhu dan tekanan saat pengukuran. Oleh karena itu, perlu kondisi suhu dan tekanan perlu dicantumkan untuk setiap data termokimia.Data termokimia pada umumnya ditetapkan pada suhu 250C dan tekanan 1 atm yang selanjutnya disebut kondisi standar.



Perubahan entalpi pada pembentukan 1 mol zat langsung dari unsurunsurnya disebut entalpi molar pembentukan atau entalpi pembentukan. Jika pengukuran dilakukan pada keadaan standar (298 k, 1 atm) dan semua unsurunsurnya dalam bentuk standar, maka perubahan entalpinya disebut entalpi pembentukan standar (ΔHf 0). 2.3.6



Azas Kekekalan Energi Telah disebutkan bahwa jumlah energi yang dimiliki sistem dinyatakan



sebagai energi dalam (U). Hukum I termodinamika menyatakan hubungan antara energi sistem dengan lingkungannya jika terjadi peristiwa. Energi dalam sistem akan berubah jika sistem menyerap atau membebaskan kalor. Jika sistem menyerap energi kalor, berarti lingkungan kehilangan kalor, energi dalamnya bertambah.



2.4



Sistem Termodinamika Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan.



Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan. Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan: 2.4.1



Sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.



2.4.2



Sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:



2.4.3







pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.







pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.



Sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran



benda disebut permeabel.Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka. Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem. Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan. Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut. Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.



2.5



Hukum-hukum Dasar Termodinamika Terdapat



empat



Hukum



Dasar



yang



berlaku



di



dalam



sistem



termodinamika, yaitu: 2.5.1 Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya. 2.5.2



Hukum Pertama Termodinamika Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan



perubahan energi dalamdari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. 2.5.3



Hukum kedua Termodinamika Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini



menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi



cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya. 2.5.4



Hukum ketiga Termodinamika Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut.



Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakanbahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol. Ikatan entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar. Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan benda B bersesuaian dengan temperatur T2". Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1): S = k log w Dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati. Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers. (2): W1 = c V



dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul berada di dalam volume V adalah, pers.(3): w = w1N = (cV)N. Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar. Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi kesetimbangan. Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan. Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin.



2.6



Pembakaran Sempurna dan Tidak Sempurna Pembakaran bahan bakar dalam mesin kendaraan atau dalam industri



tidak terbakar sempurna. Pembakaran sempurna senyawa hidrokarbon (bahan bakar fosil) membentuk karbon dioksida dan uap air. Sedangkan pembakaran tak sempurna membentuk karbon monoksida dan uap air. 2.6.1



Kalor Pembakaran Reaksi kimia yang umum digunakan untuk menghasilkan energi adalah



pembakaran, yaitu suatu reaksi cepat antara bahan bakar denga oksigen yang



disertai terjadinya api. Bahan bakar utama dewasa ini adalah bahan bakar fosil, yaitu gas alam, minyak bumi, dan batu bara. Bahan bakar fosil itu berasal dari pelapukan sisa organisme. 2.6.2



Entalpi Pembakaran Reaksi suatu zat dengan oksigen disebut reaksi pembakaran. Zat yang



mudah terbakar adalah unsur karbon, hidrogen, belerang, dan berbagai senyawa dari unsur tersebut. Pembakaran dikatakan sempurna apabila karbon (C) terbakar menjadi CO2, hidrogen (H) terbakar menjadi H2O, belerang (S) terbakar menjadi SO2.



BAB III PENUTUP



3.1



Pengertian Termokimia 



Termokimia adalah cabang kimia yang berhubungan dengan hubungan timbal balik panas dengan reaksi kimia atau dengan perubahan keadaan fisika.







Intisari dari termokimia adalah hukum-hukum termodinamika yaitu:







Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika Hukum ini



menyatakan



bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.







Hukum Pertama Termodinamika Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini



menyatakan



perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerjayang dilakukan terhadap sistem.







Hukum kedua Termodinamika Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi.



Hukum ini



menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya. 



Hukum ketiga Termodinamika Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.



DAFTAR PUSTAKA



Anwar, Hening, 2010, “Termokimia”. http://nhingz-anwar.blogspot.com/2012/05/ termokimia.html. Diakses tanggal 6 Oktober 2013 (online) Wahyu, Jang, 2008, “Penentuan Entalpi Rekasi”. http://gaulwahyu.wordpress .com/2008/10/16/penentuan-entalpi-reaksi/. Diakses tanggal 6 Oktober 2013 (online) Gumilar, Indra, 2011, “Azas Kekekalan Energi”. http://www.scribd.com/doc/ 64779966/Azas-kekekalan-energi. Diakses tanggal 6 Oktober 2013 (pdf) Winniarti, Winni, 2009, “Hukum-Hukum Dasar Termokimia”. http://cwienn. wordpress.com/2009/06/01/hukum-hukum-dasar-termokimia/



Diakses



tanggal 6 Oktober 2013 (online) Ady, 2010, “Sistem Termodinamika”. http://adykimfis.blogspot.com/2010/ 11/sistem-termodinamika.html. Diakses tanggal 6 Oktober 2013 (online)