BAB I
PENDAHULUAN
Semua benda di bumi ini terdiri dari banyak partikel. Bahkan debu-pun terdiri dari partikel-partikel. Semua yang ada di bumi ini dapat ditinjau dengan mekanika newton. Hukum dasar mekanika terbukti mampu menjelaskan berbagai fenomena yang berhubungan dengan sistem diskrit (partikel). Hukum dasar ini tercakup dalam formulasi Hukum Newton tentang gerak. Pada bagian ini akan dibahas formulasi hukum mekanika pada sistem partikel dan benda benda yang terdiri dari partikel yang kontinyu (benda tegar).
Perbedaan mendasar antara partikel dan benda tegar adalah bahwa suatu partikel hanya dapat mengalami gerak translasi (gerak lurus) saja, karena secara logika, jika suatu partikel bergerak rotasi maka partikel itu tidak akan terlihat bergerak rotasi melainkan akan tetap terlihat bergerak lurus saja. Hal ini dikarenakan partikel tersebut sangat kecil. Sedangkan benda tegar selain dapat mengalami gerak translasi juga dapat bergerak rotasi yaitu gerak mengelilingi suatu poros ataupun mengalami gerak keduanya secara serempak yaitu translasi-rotasi.
BAB II
PEMBAHASAN ‘SISTEM PARTIKEL’
Sistem Partikel adalah sistem ataupun benda yang terdiri dari banyak partikel (titik partikel) maupun benda yang terdiri dari partikel-partikel yang dianggap tersebar secara kontinyu pada benda.
Pusat Massa
Pusat massa adalah lokasi rerata dari semua massa yang ada di dalam suatu sistem. Istilah pusat massa sering dipersamakan dengan istilah pusat gravitasi, namun demikian mereka secara fisika merupakan konsep yang berbeda. Letak keduanya memang bertepatan dalam kasus medan gravitasi yang sama, akan tetapi ketika gravitasinya tidak sama maka pusat gravitasi merujuk pada lokasi rerata dari gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda. Hal ini menghasilkan suatu torsi gravitasi, yang kecil tetapi dapat terukur dan harus diperhitungkan dalam pengoperasian satelit-satelit buatan.
Posisi pusat massa sebuah sistem banyak partikel didefinisikan sebagai berikut
r ⃗_pm=(m_1 r_1+m_2 r_(2+⋯+) m_n r_n)/(m_1+m_2+⋯+m_n )=∑▒i (m_i r_i)/M.........(1)
Dengan (r_i ) ⃗ adalah posisi partikel ke-i di dalam sistem, dan. M=∑_i▒m_i ......... (2)
r ⃗_pm=∑▒i (m_i (□(r ⃗_pm+ r ⃗_i )))/M=r ⃗_pm+(∑▒i m_i r ⃗_i)/M........(4)
sehingga dapat disimpulkan bahwa
∑_i▒〖m_i r ⃗_i=0〗 .......(5)
Bila bendanya bersifat kontinyu, maka menjadi fungsi pusat massa akan menjadi integral :
Jika diuraikan pada komponene x,y,z maka;
x_pm=(∑_(i=1)^n▒〖m_1 x_1 〗)/M,y_pm=(∑_(i=1)^n▒〖m_1 y_1 〗)/M,z_pm=(∑_(i=1)^n▒〖m_1 z_1 〗)/M.........(7)
Kecepatan masing-masing partikel penyusunnya;
v_pm=(∑_i^n▒〖m_i v_i 〗)/M........(8)
Gerak Pusat Massa
Gerak pusat massa dapat diperoleh melalui definisi pusat massa. Kecepatan pusat massa diperoleh dari derivatif persamaan pusat massa;
v ⃗_pm=(∑▒i m_i r ⃗_i)/M.......(9)
Dari persamaan ini, setelah dikalikan dengan M, diperoleh
〖Mv
BAB I
PENDAHULUAN
Semua benda di bumi ini terdiri dari banyak partikel. Bahkan debu-pun terdiri dari partikel-partikel. Semua yang ada di bumi ini dapat ditinjau dengan mekanika newton. Hukum dasar mekanika terbukti mampu menjelaskan berbagai fenomena yang berhubungan dengan sistem diskrit (partikel). Hukum dasar ini tercakup dalam formulasi Hukum Newton tentang gerak. Pada bagian ini akan dibahas formulasi hukum mekanika pada sistem partikel dan benda benda yang terdiri dari partikel yang kontinyu (benda tegar).
Perbedaan mendasar antara partikel dan benda tegar adalah bahwa suatu partikel hanya dapat mengalami gerak translasi (gerak lurus) saja, karena secara logika, jika suatu partikel bergerak rotasi maka partikel itu tidak akan terlihat bergerak rotasi melainkan akan tetap terlihat bergerak lurus saja. Hal ini dikarenakan partikel tersebut sangat kecil. Sedangkan benda tegar selain dapat mengalami gerak translasi juga dapat bergerak rotasi yaitu gerak mengelilingi suatu poros ataupun mengalami gerak keduanya secara serempak yaitu translasi-rotasi.
BAB II
PEMBAHASAN ‘SISTEM PARTIKEL’
Sistem Partikel adalah sistem ataupun benda yang terdiri dari banyak partikel (titik partikel) maupun benda yang terdiri dari partikel-partikel yang dianggap tersebar secara kontinyu pada benda.
Pusat Massa
Pusat massa adalah lokasi rerata dari semua massa yang ada di dalam suatu sistem. Istilah pusat massa sering dipersamakan dengan istilah pusat gravitasi, namun demikian mereka secara fisika merupakan konsep yang berbeda. Letak keduanya memang bertepatan dalam kasus medan gravitasi yang sama, akan tetapi ketika gravitasinya tidak sama maka pusat gravitasi merujuk pada lokasi rerata dari gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda. Hal ini menghasilkan suatu torsi gravitasi, yang kecil tetapi dapat terukur dan harus diperhitungkan dalam pengoperasian satelit-satelit buatan.
Posisi pusat massa sebuah sistem banyak partikel didefinisikan sebagai berikut
r ⃗_pm=(m_1 r_1+m_2 r_(2+⋯+) m_n r_n)/(m_1+m_2+⋯+m_n )=∑▒i (m_i r_i)/M.........(1)
Dengan (r_i ) ⃗ adalah posisi partikel ke-i di dalam sistem, dan. M=∑_i▒m_i ......... (2)
r ⃗_pm=∑▒i (m_i (□(r ⃗_pm+ r ⃗_i )))/M=r ⃗_pm+(∑▒i m_i r ⃗_i)/M........(4)
sehingga dapat disimpulkan bahwa
∑_i▒〖m_i r ⃗_i=0〗 .......(5)
Bila bendanya bersifat kontinyu, maka menjadi fungsi pusat massa akan menjadi integral :
Jika diuraikan pada komponene x,y,z maka;
x_pm=(∑_(i=1)^n▒〖m_1 x_1 〗)/M,y_pm=(∑_(i=1)^n▒〖m_1 y_1 〗)/M,z_pm=(∑_(i=1)^n▒〖m_1 z_1 〗)/M.........(7)
Kecepatan masing-masing partikel penyusunnya;
v_pm=(∑_i^n▒〖m_i v_i 〗)/M........(8)
Gerak Pusat Massa
Gerak pusat massa dapat diperoleh melalui definisi pusat massa. Kecepatan pusat massa diperoleh dari derivatif persamaan pusat massa;
v ⃗_pm=(∑▒i m_i r ⃗_i)/M.......(9)
Dari persamaan ini, setelah dikalikan dengan M, diperoleh
〖Mv
Setiap sistem atau zat mempunyai energi yang tersimpan didalamnya. Energi dibedakan menjadi 2 yaitu :
1. Energi kinetik adalah energi yang terdapat didalam materi yang bergerak.
2. Energi potensial adalah energi yang terdapat pada materi yang tidak bergerak.
2. Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan
faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif
berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan,
teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan
kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban
terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan
pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik
sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan
masalah .
3. 1. Membedakan reaksi eksoterm dan reaksi endoterm
berdasarkan hasil percobaan dan diagram tingkat energi
2. Menetukan ΔH reaksi berdasarkan hukum Hess, delta
perubahan entalpi pembentukan standar, dan data
energi ikatan
4.
5. Bagian dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan
kalor atau panas suatu zat yang menyertai suatu reaksi
atau proses kimia dan fisika disebut termokimia.
Energi yang menyertai reaksi kimia dinyatakan dalam
bentuk entalpi dengan simbol H.
Selisih antara entalpi reaktan dan entalpi hasil pada
suatu reaksi disebut perubahan entalpi reaksi.
Perubahan entalpi reaksi diberi simbol ΔH.
Termokimia merupakan penerapan hukum pertama
termodinamika terhadap peristiwa kimia yang
membahas tentang kalor yang menyertai reaksi kimia.
6. Termodinamika kimia dapat didefenisikan sebagai cabang
kimia yang menangani hubungan kalor, kerja dan bentuk
lain energi, dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia
dan dalam perubahan keadaan.
Penerapan hukum termodinamika pertama dalam bidang
kimia merupakan bahan kajian dari termokimia.
“Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi
dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, atau
energi alam semesta adalah konstan.”
13. Setiap materi mengandung energi yang disebut energi
internal (U).
Besarnya energi ini tidak dapat diukur, yang dapat
diukur hanyalah perubahannya.
Perubahan energi internal ditentukan oleh keadaan
akhir dan keadaan awal ( ΔU = Uakhir – Uawal).
Perubahan energi internal dalam bentuk panas
dinamakan kalor.
Kalor adalah energi panas yang ditransfer (mengalir)
dari satu materi ke materi lain.
14. Jika perubahan energi terjadi pada tekanan tetap,
misalnya dalam wadah terbuka (tekanan atmosfer)
maka kalor yang terbentuk dinamakan perubahan
entalpi (ΔH).
Entalpi dilambangkan dengan H (berasal dari kata
‘Heat of Content’).
Dengan demikian, perubahan entalpi adalah kalor
yang terjadi pada tekanan tetap, atau Δ H = QP (Qp
menyatakan kalor yang diukur pada tekanan tetap).
15.
16. dimana,
Qkalorimeter = kalor yang diserap
atau dilepaskan oleh
kalorimeter (J)
Ck = kapasitas kalor
kalorimeter (J/0C)
ΔT = perubahan suhu
(0C)
Qkalorimeter = Ck. ΔT
17.
18. Dalam reaksi eksoterm, kalor yang dilepaskan oleh sistem reaksi
akan diserap oleh lingkungan (kalorimeter dan media reaksi).
Jumlah kalor yang diserap oleh lingkungan dapat dihitung
berdasarkan hukum kekekalan energi. Secara matematik
dirumuskan sebagai berikut:
Qreaksi+ Qlarutan + Qkalorimeter = 0
19. Contoh Soal
Penentuan Kapasitas Kalor Kalorimeter :
Ke dalam kalorimeter dituangkan 50 g air dingin (25°C), kemudian
ditambahkan 75 g air panas (60°C) sehingga suhu campuran menjadi
35°C. Jika suhu kalorimeter naik sebesar 7°, tentukan kapasitas kalor
kalorimeter? Diketahui kalor jenis air = 4,18 J/g0C .
Jawab :
Kalor yang dilepaskan air panas sama dengan kalor yang diserap air
dingin dan kalorimeter.
Tahap 1 : Menghitung kalor yang dilepas oleh air panas
QAir panas = QAir dingin + QKalorimeter
QAir panas = mair panas x cair x ΔT
QAir panas = 75 g × 4,18 J/g0C × (35 – 60)°C
QAir panas = – 7.837,5 J
20. 1. Menggunakan persamaan :
dimana ,
Q = kalor reaksi (Joule)
m = massa zat (gram)
c = kalor jenis zat, yaitu jumlah kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu satu gram zat sebesar 1°C (g/0C)
ΔT = perubahan suhu (0C)
Q = m x c x ΔT
21. Contoh Soal :
Berapa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 50 g air dari 25°C
menjadi 60°C? Diketahui kalor jenis air, c = 4,18 J/g0C
Jawab:
Q = m x c x ΔT
Q = 50 g × 4,18 J/g0C × 35°C
Q = 7315 J
Q = 7,315 kJ
Jadi, kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 50 g air dari 25°C
menjadi 60°C adalah 7,315 kJ
22. 2. Azas Black
Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi semesta tetap. Artinya,
kalor yang dilepaskan oleh zat X sama dengan kalor yang diterima oleh zat Y.
Jadi, pertukaran kalor di antara zat-zat yang berantaraksi, energi totalnya sama
dengan nol.
Qserap = Qlepas
Qserap + Qlepas = 0
23. Contoh Soal
Sebanyak 75 mL air dipanaskan dengan gas LPG. Jika tidak
ada kalor yang terbuang, berapa kalor yang dilepaskan oleh
gas LPG jika suhu air naik dari 25°C menjadi 90°C? Jika
diketahui kalor jenis air, c = 4,18 J/g0C , massa jenis air 1 g/mL
Jawab:
Tahap 1 : Mengubah satuan volume air (mL) ke dalam berat
(g) menggunakan massa jenis air.
ρair = 1g /mL atau mair = ρair× volume air
mair = 1 g/mL× 75 mL= 75 g
24. Tahap 2 : Menghitung kalor yang diserap oleh air.
Qair = mair x cair x ΔT
Qair = 75 g × 4,18 J/g0C × (90–25)°C
Qair = 20377 J
Qair = 20,377 kJ
Tahap 3 : Menghitung kalor yang dilepaskan dari hasil pembakaran
gas LPG.
Qserap = Qlepas
Qair = QLPG = 20,377 kJ
Jadi, kalor yang dilepaskan oleh hasil pembakaran gas LPG sebesar
20,377 kJ.
26. Prosedur Percobaan :
Tujuan :
Menentukan kalor reaksi penetralan HCl dan NaOH.
Alat :
1. Wadah styrofoam
2. Pengaduk
3. Termometer
Bahan :
1. Larutan HCl 10%
2. Larutan NaOH 10%
27. Langkah Kerja
1. Ukur kapasitas kalor kalorimeter dengan cara mencampurkan air
panas dan air dingin,atau asumsikan bahwa kalorimeter tidak
menyerap kalor hasil reaksi (Ck = 0).
2. Masukkan 50 mL HCl 10% ke dalam gelas kimia dan 50 mL NaOH
5% ke dalam gelas kimia yang lain. Samakan suhu awal pereaksi
dan ukur (T1).
3. Campurkan kedua pereaksi itu dalam kalorimeter, kemudian aduk.
4. Catat suhu campuran setiap 30 detik sampai dengan suhu reaksi
turun kembali.
5. Buat grafik suhu terhadap waktu (grafik berbentuk parabola),
kemudian diinterpolasi mulai dari waktu akhir (ta) sampai waktu 0
detik (t0). Suhu akhir reaksi (T2) adalah suhu pada waktu
mendekati 0 detik (hasil interpolasi).
28. Gambar 1.3
Pada percobaan
menggunakan
kalorimeter suhu akhir
reaksi
diperoleh dari hasil
interpolasi
grafik (garis lurus). Pada
grafik
tersebut suhu akhir reaksi
T2 = 77°C.
Grafik Perubahan Suhu Terhadap Waktu pada Penentuan Kalor Reaksi
Menggunakan Kalorimeter Sederhana
29. Reaksi yang berlangsung dengan diiringi perubahan entalpi
dan dinyatakan dalam suatu persamaan
30. Jumlah mol zat, yang dinyatakan dengan koefisien pada
persamaan termokimia.
Wujud fisik zat, yang dinyatakan dengan index, s (solid), l
(liquid), g (gas), aq (larutan).
Contoh Persamaan Termokimia:
2𝐻2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) 2𝐻2 𝑂(𝑙) H = 571,1 kJ
2𝐻2(𝑔) + 𝑂2(𝑔)2𝐻2 𝑂(𝑔) H = 483,7 kJ
32. Perubahan entapi pada keadaan standar adalah kalor
yang diukur pada tekanan tetap 1 atm dan 298 K (250C)
PERUBAHAN ENTALPI STANDAR (H0)
33. Perubahan entalpi reaksi ketika 1 mol zat terbentuk dari
unsur-unsurnya pada keadaan standar.
Nilai H0
f beberapa unsur dalam keadaan
standar adalah nol.
34. Zat H0
f (kJ/mol) Zat H0
f (kJ/mol)
Br2(l) 0 H2(g) 0
Br2(g) 30,91 HBr(g) 36,4
C(intan) 1,897 H2O(l) 285,8
C(grafit) 0 H2O(g) 241,8
CH4(g) 74,81 Na(s) 0
C2H4(g) 52,26 NaCl(s) 411,0
CO(g) 110,5 O2(g) 0
CO2(g) 393,5 SO2(g) 296,8
Cl2(g) 0 SiO2(s) 910,9
Nilai Beberapa Entalpi
Pembentukan Standar pada 298 K
Sumber: General Chemistry, 2004
36. Reaksi penguraian adalah kebalikan dari
reaksi pembentukan.
Sesuai dengan azas kekekalan energi, nilai
entalpi penguraian sama dengan entalpi
pembentukan, tetapi tandanya berlawanan
37. Tuliskan persamaan reaksinya!
Diketahui Hf CO2(g) adalah 393,5 kJ/mol, maka
entalpi penguraian CO2(g) adalah +393,5 kJ/mol.
CO2(g) C(grafit) + O2(g) H = +393,5 kJ/mol
38. Perubahan entalpi pada pembakaran
sempurna 1 mol suatu zat yang diukur pada
keadaan standar
Pembakaran dikatakan sempurna apabila:
• karbon (C) terbakar sempurna menjadi CO2
• hidrogen (H) terbakar sempurna menjadi H2O
• belerang (S) terbakar sempurna menjadi SO2
• senyawa hidrokarbon (CxHy) terbakar sempurna menurut
reaksi:
CxHy + O2 CO2 + H2O (belum setara)
39. Berapa kJ kalor yang dihasilkan oleh 1 tangki kendaraan
bermotor yang memiliki volume 3,5 L, jika massa jenis bensin
adalah 0,7 kG/L? (Anggap bensi terdiri dari isooktana, maka:
H0
c isooktana = 5460 kJ/mol, massa jenis = 114 g/mol)
Jawab:
Massa tangki kendaraan = 3,5 L 0,7 kg/L = 2,45 kg = 2450
gram
n isooktana =
2450 𝑔𝑟𝑎𝑚
114 𝑔/𝑚𝑜𝑙
= 21,49 mol
Jadi, kalor yang dibebaskan pada pembakaran 3,5 L bensin
adalah:
= 21,49 mol (5460) kJ/mol
= 117335,4 kJ
40. “ Entalpi hanya bergantung pada
keadaan awal dan akhir reaksi,
maka perubahan entalpi
TIDAK bergantung pada
jalannya reaksi ( proses ) “
Germain Henri Hess
41. Entalpi reaksi hanya ditentukan oleh kalor pereaksi
dan kalor hasil reaksi
Catatan :
Setiap tahap reaksi harus diketahui
harga perubahan entalpinya
42. Suatu reaksi dapat dilangsungkan menurut dua cara
1 tahap
2 tahap
Tahun 1940, Henry Hess menemukan bahwa kalor reaksi kedua cara
di atas adalah sama
46. ‘’ Energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol
ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas ( lambang ‘
D ‘ ; kJ / mol ) ‘’
Reaksi kimia antamolekul dapat dianggap
berlangsung dalam dua tahap, yaitu :
1. Pemutusan ikatan pereaksi
2. Pembentukan ikatan produk
47. Cara menghitung H0 dari energi ikatan :
1. Tuliskan persamaan reaksi dan setarakan
2. Tentukan ikatan reaktan yang putus, dan hitung
jumlah energi ikatan rata –rata yang diperlukan
3. Tentukan ikatan produk yang terbentuk, dan hitung
jumlah ikatan rata rata yang dilepaskan
4. Hitung selisih energi yang terlibat pada reaksi
48.
49.
50. 1. Dalam reaksi eksoterm, terjadi perpindahan
kalor dari sitem ke lingkungan. Namun bukan
berarti sistem menjadi dingin.
2. ΔH ≠ ΔHf ; ΔHc ; ΔHd
3. Tanda ( - ) atau ( + ) pada harga ΔH menunjukan
arah perpindahan kalor, bukan merupakan
operasi matematika
4. Panas ≠ Kalor