Energetika termokimia

BAB II
ENERGETIKA
By LB & DW_Kimia ITB

I. Beberapa Pengertian
Dasar dan Konsep
 Sistem : Bagian dari alam semesta yang
menjadi pusat perhatian kita dengan batas-batas
yang jelas
 Lingkungan : Bagian di luar sistem
 Antara sistem dan lingkungan dapat terjadi
pertukaran energi atau materi

 Berdasarkan pertukaran ini, dapat dibedakan
3 macam sistem :
 Sistem tersekat : yang dengan lingkungannya
tidak dapat tukar-menukar energi atau materi
 Sistem tertutup : yang dengan lingkungannya
dapat tukar-menukar energi saja, materi tidak
 Sistem terbuka : yang dengan lingkungannya
dapat tukar-menukar energi atau materi

II. Keadaan Sistem
 Ditentukan oleh sejumlah parameter atau variabel
 Sifat variabel :
 Intensif : tidak bergantung pada ukuran sistem
 Ekstensif : bergantung pada ukuran sistem
Intensif T P F g
Ekstensif S V l A
Energi Energi Energi Energi

III. Fungsi Keadaan dan
Fungsi Proses
 Fungsi keadaan : variabel yang hanya
bergantung pada keadaan sistem dan tidak
bergantung pada bagaimana keadaan itu
dicapai

 Sifat fungsi keadaan :
1 òdx = x - x = Dx
2 Ñò dx = 0
3
dx Mdy Ndz
æ ¶ ö æ = ¶ N
ö è ç ¶ ¸ ø ç è ¶ y
¸ ø
2
2 1
1
= +
M dan N fungsi y dan z
M
z y z
Contoh:
Energi potensial, Energi dalam, tekanan, suhu, volume, entalpi,
entropi, energi bebas

 Fungsi proses : bergantung pada lintasan
yang ditempuh
 Sifat :
1
2 0
 Contoh : Kerja, kalor
2
1
dx =
x
dx
¹
ò
òÑ

 Proses reversibel
 Contoh : proses pengubahan fasa pada titik
transisi
2 (l,100 C,1atm) 2 (g,100 C,1atm) H O H O ° ° ®
 Proses tak reversibel
l C atm g C atm H O H O ° ° ®
2 ( ,25 ,1 ) 2 ( ,100 ,1 )
Proses/reaksi kimia: pembakaran arang, ledakan,
reaksi penguraian

Proses pada gas ideal
 Isoterm (n,T tetap) (Hk.
Boyle)
 Isokhor (n,V tetap) (Hk.
Gay-Lussac)
 Isobar (n,P tetap) (Hk.
Charles)
 Adiabatis (tidak ada
perubahan kalor)
® P1V1 = P2V2
P P
T T
® =
1 2
1 2
V V
T T
® =
1 2
1 2
g g
pV p V
® =
1 1 2 2
g - g -
1 1
1 1 2 2
dan
TV =
T V

IV. Kalor dan Kerja
 Kalor (q) : energi yang
dipindahkan melalui
batas-batas sistem,
akibat perbedaan suhu
sistem dan lingkungan
 Kerja (w) : setiap bentuk
energi yang bukan kalor
yang dipertukarkan
antara sistem dan
lingkungan
 Contoh : kerja ekspansi,
kerja mekanis, kerja listrik
ò q = q
ò w = w
d
2
1
d
2
1

Perjanjian
w}negatif
q S L
w} positif
q
kerja .
F dx
PAdx
Pdv
=
=
=
ur uur

 Agar perjajian ini benar, maka rumusan kerja
l P
d w = -PldV =
tekanan luar  Bagi proses yang reversibel, Pl harus diganti
dengan PS (tekanan sistem)
 Maka,
æ - = ekspansi
ö
l S kompresi P P dp
= m
ç è + = ¸ ø
d S w = -P dV ± dpdV suku kedua diabaikan karena terlalu kecil
daripada suku pertama

Perhitungan Kerja
 Ekspansi isobarik reversibel
 Ekspansi isoterm reversibel
 Isokhorik
 Ekspansi adiabatik
®w = -PS (V2 -V1)
w nRT ln V
2
1
V
® = -
®w = 0
®w ¹ 0 (Mengapa ???)

V. Hukum I Termodinamika
 Energi alam semesta kekal, tidak dapat
diciptakan atau dimusnahkan
 Rumusan :
dU = d q + d w
DU = q + w

Perhitungan DU
w = 0®DU = qV
 Isokhorik
 Isobar reversibel
 Isoterm reversibel
 Adiabat reversibel
( ) S 2 1 DU = q - P V -V
DU = 0 (Mengapa ???)
DU = w

VI. Fungsi Entalpi ( DH )
 Kebanyakan reaksi kimia dikerjakan pada
tekanan tetap. Dalam hal ini :
( )
( )
D U = q - P V -
V
2 1
U - U = q - P V -
V
2 1 2 1
1 2 karena maka :
U PV U PV q
H H q
+ - + =
- = DH = qP
P
P
P = P =
P
( ) ( ) 2 2 2 1 1 1
2 1
P
P

Perhitungan DH
 Isokhorik reversibel
 Isobar reversibel
 Isoterm gas ideal
 Adiabat reversibel
DH = DU +V òdP
P DH = q
(Mengapa ???)
DH = 0
DH = òVdP
Buktikan !!!
Buktikan !!!

VII. Kapasitas Kalor
 Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu
benda sebanyak satu derajat
C = d q
dT
 Dalam kimia, hanya ada 2 macam kapasitas
kalor

Rumusan DU berlaku umum untuk semua proses asal gas bersifat ideal
Rumusan DH berlaku umum untuk semua proses asal gas bersifat ideal
C = d V
1) V
V
q U
dT T
= æ ¶ ö çè ¶ ø¸
V DU = òC dT Ingat, ( ) V V C = C T
C = d P
2) P
P
q H
dT T
= æ ¶ ö çè ¶ ø¸
P DH = òC dT Ingat, ( ) P P C = C T
C - C =
nR
c - c =
R
Hubungan dan untuk gas ideal : P V C C P V
P V
R = tetapan gas

VIII. TERMOKIMIA
 Aplikasi HPT pada sistem kimia adalah pada
Termokimia
 Termokimia : Studi tentang efek panas yang
terjadi baik pada proses fisis maupun dalam
reaksi kimia
 Efek panas ini yang biasanya disebut
kalor reaksi (q)
( eksoterm
)
( endoterm
)
q
q
= -
= +

 Kalor reaksi bergantung pada kondisi reaksi
 Volume tetap :
 Tekanan tetap :
qV = DU
P q = DH

Hubungan DU dan DH pada
reaksi kimia
DH = DU + DngRT Buktikan!!
selisih mol gas hasil reaksi
dan mol gas pereaksi
Catatan: Hubungan DU dan DH tidak berlaku untuk proses fisis tanpa diikuti dengan
perubahan fasa. Contoh: gas diekspansi – kompresi.
C O CO H
S g g
n
( ) 2( ) 2( ) 298
g Dn =
( )
Contoh :
393,5 kJ/mol
0 Mengapa ??
g
+ ® D = -
D =
DU = DH = -393.5 kJ/mol

Perhitungan Entalpi Reaksi,
DH
1) Menggunakan Hukum Hess
(s) 2(g ) C +O 2( g ) CO
1 DH
1
g 2 g CO + O
( ) 2( )
2 DH
DH
1 2 DH = DH + DH

2) Menggunakan data entalpi
pembentukan standar (DHf
0 : Perubahan entalpi yang menyertai
pembentukan 1 mol senyawa tersebut dari
unsur-unsurnya dengan semua zat berada
pada keadaan standar (tekanan 1 atm)
0)
DHf
 Perjanjian entalpi pembentukan standar
bagi unsur adalah nol

Contoh :
CH +O ®CO + 2H O 4( g ) 2( g ) 2( g ) 2 ( l
)
0 0
( ) ( ) 2( ) 2 ( ) 4( )
H H produk H pereaksi
H H H H
D = D - D
f f
D = D + D - D
0 2 0 0
f , CO g f , H O l f , CH
g

3) Menggunakan data energi ikatan
 Ada dua macam energi ikatan
 Energi disosiasi ikatan, D : energi yang diperlukan
untuk memutuskan 1 mol ikatan dari molekul diatom
dalam fasa gas menjadi atom-atomnya dalam fasa gas.
Contoh: H2(g) ® 2H(g)
DH-H = 436 kJ/mol
 Energi ikatan rata-rata,e : energi rata-rata yang
diperlukan untuk memutuskan ikatan tertentu dalam
molekul poliatomik dalam fasa gas menjadi atom-atomnya
dalam fasa gas.
CH CH OH dsb
Contoh : Dalam senyawa ; ,
4 3
CH g C g H g
® +
=
= =
e
e e
C H
C H C H
x x
4
( ) ( ) 4 ( )
414,2 kJ/mol
-
4 4 4 414, 2 kJ/mol
- -

DH =å( energi ikatan pereaksi) -å( energi ikatan produk)
2 2( ) 2( ) 3 3( )
Jadi,
DH = 1 C=C + 4(C - H) +1 H - H - 1 C -C + 6 C - H
Contoh :
= g g g H C CH + H ®H C -CH
( ) ( ) ( H -
H
)
( ) ( C - C ) ( C -
H
)
Putus : perlu energi : 1 C=C ; 1
terbentuk : melepaskan energi :1 ; 2
{ ( ) ( )} { ( ) ( )}

Kebergantungan entalpi reaksi
pada suhu
awal akhir
2(g ) CO ( ) 2( )
C +
O
1 , ( ) 75 P C s DH = C x 2 ,O2(g) 75 P DH = C x
C +
O
( ) 2( )
H H C x
D = D + D
C C produk C Pereaksi
D = -
s g
s g
0
r,25 DH
( ) 3 , 2( ) 75 P CO g DH = C x -
2( g ) CO
T = 25°C
0
r,100 DH T =100°C
0 0
r,25 1 2 r,100 3 DH = DH + DH + DH + DH
0 0
,100 ,25 atau 75 r r P
P P P

 Ramalan fisis : 0 0
r,100 r,25 DH > DH
( ( ) )
( )
0
,100 , , ( )
H C C C x
H x
H
D = - + - +
D = - +
D =
g g r P CO P C s PO
2 ( ) 2 ( )
0
,100
0
,100
393, 51 75
393, 51 Cari Sendiri dari Handbook datanya!!) 75
kJ/mol
r
r

IX. Hukum Kedua
Termodinamika
 Terlahir dari :
 Kalor tidak dapat diubah seluruhnya menjadi kerja
 Semua proses spontan mempunyai arah tertentu
 Yang dirumuskan melalui suatu fungsi yang
disebut Entropi

Fungsi Entropi dan Perubahan
=
=
Secara matematik didefinisikan sbg :
D = = rev q
Entropi
( )
( )
S S V ,
T
S S P ,
T
rev atau S q dS d
T
T

Perhitungan Perubahan
P P
Entropi
A. Proses fisis tanpa disertai perubahan fasa
secara reversibel
2 ( l,25 C,1atm) 2 ( l ,75 C,1atm) H O H O ° ° ®
Ramalan fisis : DS > 0 (Mengapa??)
dS = d rev q d
T
=
, 2 ( )
ln 348 0
298
P H O l
q dH C dT
T T T
S C
= =
D = >

B. Proses perubahan fisis disertai
perubahan fasa secara reversibel
2 ( l,100 C,1atm) 2 ( g,100 C,1atm) H O H O ° ° ®
Ramalan fisis : DS > 0 (Mengapa??)
rev p transisi vap 0 q q H H S
D D D = = = = >
T T T T

C. Proses fisis disertai perubahan fasa tidak
H O H O
2 ,25 ,1 2 ,100 ,1
l C atm g C atm
vap H H S
D D D = =
reversibel
( ) ( )
( )
2 ,100 ,1
l C atm
H O
° °
°
tak rev DS
1 P,H2O(l)
ln 373
298
DS = C
transisi
2 T
373
rev
rev

( ) tak rev Ramalan fisis : DS > 0 Mengapa?
S S S
S
D = D + D
tak rev 1 2
D = > + >
( ) ( )
tak rev 0 0
tak rev DS > 0

D. Perubahan entropi pada reaksi kimia
Contoh : C(s) + 2H2( g ) ®CH4( g )
S S S
S S S S
D = -
produk pereaksi
D = - ( +
2 ) CH 4 ( g ) C ( s ) H 2
( g
) Ramalan fisis : DS < 0 (Mengapa?)
186,16 ( 5,74 2 130,57)
80,72 J/K mol 0
S x
S
D = - +
D = - <

Kebergantungan entropi
pada suhu
awal akhir 0
r,25 DS
C +
O CO
s g g
( ) 2( ) 2( )
C +
O CO
s g g
( ) 2( ) 2( )
1 P,C(s)
ln 373
298
DS = C
2 P,O2 (g)
ln 373
298
DS = C
3 P,CO2 (g)
ln 298
373
DS = C
0
r,100 DS

0 0
,25 1 2 ,100 3
S S S S S
D = D + D + D + D
r r
S S C
D S 0
= + é ë C - C + C
ù r ,100 P , CO 2( g ) PC ( s ) P ,
O 2( g
)
û
D = +
D =
atau
0 0
,100 ,25
ln 373
298
D = D + D
r r P
0 0
,100 ,25 Ramalan fisis : r r DS > DS
( )
( )
0
,100
0
,100
213,64 ln 373
298
213,64 Cari sendiri dari Handbook datanya! ln 373
298
J/K mol
r
r
S
S

X. Fungsi energi bebas
 Contoh : A® B
H H H
S S S
D = -
D = - Menurut Hk II Termodinamika
B A
B A
æ> ö
S L a s artinya reversibel S S S
D + D = D ³ .
ç è= ¸ ø
( )
( ) ( )
artinya spontan
0
0
0
S S H
- + -D ³
-
- + ³
B A
B A
B A
T
H H
S S
T

- + - ³
0
- - - £
TS TS H H
H TS H TS
( ) ( )
0
B A A B
B B A A
Definisi : G = H -TS dg G : Energi bebas
Jadi, 0 B A G -G £
Catatan: DG< 0 akan terpenuhi jika tekanan, suhu tetap dan prosesnya spontan,
sedangkan DG= 0 akan terpenuhi jika tekanan, suhu tetap dan prosesnya
reversibel.

Perhitungan perubahan energi
bebas (DG)
1. Perhitungan dari data DH dan DS
G H TS
G H TS
= -
D = D - D
Pada suhu tetap :
DG = DH -TDS
( )
Apakah pada suhu tetap dan proses reversibel DG = 0?

 Contoh : 2 (l.100 C,1atm) 2 ( g.100 C,1atm) H O H O ° ° ®
Ramalan fisis : DG = 0 ( P,T tetap)
Perhitungan :
, 2 40,77 kJ/mol vap H O DH =
0
vap
vap
H
S
T
G H T S
H
G H T
T
D
D =
D = D - D
D
D = D - =

2. Perhitungan menggunakan data energi
bebas pembentukan standar DGf
DG 0 = éëDG 0 + 2 DG 0 - G 0
r f , CO ( g ) f , H O ( l ) ùû éëDf , CH ( g ) ùû
G x
G
D = éë- + - ùû - -
D = - <
Perjanjian 0 unsur dalam keadaan standar bernilai f DG NOL
0
Contoh :
( ) 4( ) 2 2( ) 2 ( ) 2 CH g + O ®CO g + 2H O l P,T tetap
Ramalan fisis : DG < 0 (Mengapa?)
2 2 4
0 ( ) [ ]
0
394,36 2 237,18 50,75
817,97 kJ 0
r
r

Energetika termokimia

More Related Content

What's hot

Similar to Energetika termokimia

Recently uploaded

Energetika termokimia