Bab I Energetika

Penuntun belajar kimia terapan untuk program D3 teknik mesin Polban 1

BAB I

ENERGETIKA KIMIA

Tujuan Instruksional Umum

Setelah mempelajari topik ini, Anda diharapkan dapat memahami hukum pertama

termodinamika untuk menghitung q (kalor), u (energi dalam) w (kerja), dan H (entalpi),

proses yang dialami oleh gas; isothermal reversibel, isothermal isobar reversibel,

perubahan fasa isothermal, adiabatic reversibel dan adiabatic isobar, menghitung

perubahan entalpi reaksi dari data entalpi pembentukan standar zat, kapasitas kalor,

energi ikatan rata-rata, dan hukum Hess dan entalpi sebagai fungsi temperatur,

memahami hukum kedua termodinamika, kespontanan proses, mementukan perubahan

entropi, entropi fungsi temperatur, dan memahami hukum ketiga termodinamika.

Tujuan Instruksional Khusus

1. Mahasiswa dapat menjelaskan jenis sistem, parameter sistem dan makna endotermal, dan exotermal serta jenis proses

2. Mahasiswa dapat menjelaskan arti dari q, w, u, dan H

3. Mahasiswa dapat menghitung q, w, u dalam proses yang dialami gas pada proses isotermal, isobar, isovolum, adiabatik, dan reversibel menggunakan hukum

termodinamika pertama

4. Mahsiswa dapat menurunkan hukum pertama termodinamika untuk mendapatkan nilai entalpi

5. Mahasiswa dapat menghitung entalpi dengan menggunakan; data entalpi pembentukan standar, hukum Hess, data energi ikatan rata-rata dan harga kapasitas kalor zat

6. Mahaiswa dapat menghitung entalpi sebagai fungsi temperatur

7. Mahasiswa dapat menjelaskan makna entropi dan hukum kedua termodinamika, dan menggunakan entropi untuk melihat kespontanan reaksi

8. Mahasiswa dapat menghitung entropi sebagai fungsi temperatur dan meramalkan kespontan reaksi

9. Mahasiswa mengetahui makna hukum ketiga termodinamika

1. 1 Tujuan, Aplikasi dan Definisi Termodinamika

Termodinamika dapat dibagi atas beberapa katagori; klasik, statistik, dan ireversibel.

Pendekatan dalam termodinamika klasik melalui sifat makroskopi materi seperti tekanan,

temperatur, dan volume. Pendekatan pada termodinamika statistik melalui keadaan molekular atau

sifat mikroskopik materi. Perhitungan termodinamika dilakukan berdasarkan data tingkat energi,

dan distribusinya serta data spektroskopi. Termodinamika ireversibel secara langsung

memperlakukan sistemi pada keadaan tidak setimbang.

Penggunaan prinsip-prinsip termodinamika didalam bidang teknik di antaranya adalah pada

rancangan pompa dan kompresor, turbin atau mesin panas, perhitungan kehilangan tekanan

(pressure drop) pada pipa dan katup, dan perhitungan kerja pada mesin motor bakar.

Di dalam termodinamika, sistem didefinisikan sebagai bagian dari alam semesta yang menjadi

pusat perhatian, dipisahkan oleh dinding sistem dengan lingkungannya di alam semesta. Sistem dan

lingkungannya dapat saling menukarkan materi maupun energi. Berdasarkan jenis pertukarannya,

sistemi dapat dibedakan atas;

1. sistem tertutup; terjadi pertukaran energi antara sistemi dan lingkungan, tapi tidak terjadi pertukaran materi antara sistem dan lingkungan melalui dinding sistem.


2. sistem terbuka; terjadi pertukaran energi maupun materi antara sistem dan lingkungan melalui dinding sistem.

3. sistem tersekat; tidak ada pertukaran materi dan energi antara sistem dan lingkungan melalui dinding sistem.

Keadanan sistem dinyatakan oleh parameter sistem. Parameter sistem di antaranya adalah

1. temperatur; variabel yang berhubungan langsung dengan derajat panas suatu materi. Dalam termodinamika, temperatur didefinisikan sebagai sifat yang tidak bergantung pada jenis

materi, hanya bergantung pada derajat panas suatu materi

2. tekanan; tekanan fluida merupakan gaya yang diberikan oleh fluida persatuan luas permukaan fluida

3. volume; jumlah ruang tiga dimensi yang ditempati oleh materi dan bergantung pada massa materi. Volume spesifik adalah volume/massa atau mol materi sedang massa jenis adalah

massa per volume.

Sifat/parameter sistem dapat bersifat ekstensif dan intensif. Sifat ekstensif adalah sifat yang

bergantung pada ukuran sistem seperti volume. Sifat intensif adalah sifat yang tidak bergantung

pada ukuran sistem di antaranya massa jenis, temperatur, kapasitas kalor, dan viskositas.

Sistem dapat dalam keadaan;

1. isotermal bila temperatur semua bagian sistem adalah sama 2. isobar bila tekanan semua bagian sistem adalah sama 3. isometrik/isokhorik bila volume semua bagian sistem adalah sama

Perubahan keadaan sistem dari keadaan awal menjadi keadaan akhir (sering disebut dari keadaan

satu ke keadaan dua) atau keadaan proses dapat dilakukan dalam berbagai cara

1. reversibel dan ireversibel

Suatu proses disebut reversibel jika sistem dan lingkungannya selalu berada dalam keadaan

setimbang. Proses disebut ireversibel bila proses tidak dapat balik, atau kalau dapat balik akan

meninggalkan perubahan tetap pada lingkungannya. Syarat proses dikatakan reversibel adalah;

i. semua bagian sistem berada dalam keadaan setimbang secara termodinamika dan tetap dalam keadaan setimbang. Misal, kesetimbangan termal (semua bagian sistem memiliki temperatur

yang sama), kesetimbangan mekanik (setiap bagian ssstem memiliki tekanan yang sama), dan

kesetimbangan kimia.

ii. sistem dan lingkungan bebas saling memberi energi, namun tetap dalam keadaan setimbang. Misalnya, terjadi pertukaran energi panas antara sistem dan lingkungan maka tetap terjadi

kesetimbangan termal antara sistem dan lingkungan, terjadi pertukaran kerja mekanik antara

sistem dan lingkungan namun tekanan yang diterima sistem harus sama dengan

lingkungannya. Demikian juga dengan pertukaran energi lainnya.


2. isothermal

Proses dikatakan isothermal jika temperatur sistem tidak mengalami perubahan atau konstan

ketika keadaan sistem berubah dari keadaan awal ke keadaan akhir.

3. isobar

Proses dikatakan isobar jika tekanan dalam sistem tidak mengalami perubahan atau konstan

ketika keadaan sistem berubah dari keadaan awal ke keadaan akhir.

4. isokhorik/isometric/isovolume

Proses dikatakan isokhorik/isometric/isovolume jika volume sistem tidak mengalami perubahan

atau konstan ketika keadaan sistem berubah dari keadaan awal ke keadaan akhir.

1,2 Jenis Jenis Energi

Energi dapat dibagi atas beberapa jenis; energi yang dipengaruhi oleh posisi (energi potensial),

energ yang dipengaruhi oleh gerak (energi kinetik), energi yang dimiliki oleh zat yang ada (energi

dalam), energi yang disebabkan oleh adanya proses atau perubahan sistem; panas dan kerja.

1. Energi potensial didefinisikan sebagai energi yang dimiliki suatu objek yang berhubungan dengan posisinya di atas bidang referensi. Misal, suatu benda dengan massa m, berada pada

posisi z dari permukaan/bidang referensi akan memiliki energi potensial sebesar mgz, dengan g

adalah gravitasi.

2. Energi kinetik didefinisikan sebagai energi yang dimiliki oleh suatu objek karena objek bergerak. Misal benda dengan massa m bergerak dengan kecepatan u, maka energi kinetik =

m(u2/2)

3. Energi dalam (U) didefinisikan sebagai total energi yang dimiliki oleh materi yang ada dalam sistem karena pergerakan molekular/atomik seperti gerak vibrasi, rotasi dan translasi.

4. Kerja (w) Kerja dalam termodinamika terdiri atas kerja mekanik, kerja ekspansi, kerja gravitasi, kerja

permukaan, dan kerja listrik. Kerja didefinisikan sebagai

dw = F dS, dengan w = kerja

S = jarak

F = gaya

Dalam bidang kimia, kerja yang akan dibahas adalah kerja ekspansi dan kompresi, yang

didefinisikan sebagai tekanan kali volume.

Perhatikan piston dengan luas permukaan A di atas (a). Bila piston memberikan gaya kepada

gas di dalam piston sebesar F = PA dan jarak tempuh piston adalah V/A, maka

dw = F dS = PA d(V/A) = PLdV, dengan w = kerja

V = Volume

PL = Tekanan lingkungan

Kerja yang dilakukan oleh piston atau diterima oleh gas adalah kerja kompresi (b). Bila piston


bergerak ke atas (c) piston menerima kerja atau gas melakukan kerja dan kerja disebut kerja

ekspansi.

Kerja total adalah integrasi dari persamaan

dw = Ps dV

Gas/sistem melakukan kerja, maka dW = Ps dV, dan V berubah dari V1 ke V2, dengan V2

V2>V1, dw = Ps dV w > 0 V1 Bila gas menerima kerja akibat tekanan piston/lingkungan (Pl), dan Vgas berubah dari V1 ke V2,

dengan V2


Latihan 2

1 mol gas ideal, tekanan 3 atm berada dalam piston dan ekspansi melawan tekanan eksternal

konstan 1,5 atm. Tentukan kerja yang dilakukan gas bila proses berlangsung isothermal pada 25oC.

Jawab

Pada gas ideal berlaku persamaan gas, PV = nRT, dengan P = tekanan, V = volume, T =

temperatur, n = mol gas dan R = tetapan gas, sehingga

V gas = nRT/P = 1, 0,082 L.atm (mol.K)-1 298 K/3 atm = 8,2 L

Karena gas diekspansi (perhatikan tekanan gas mula mula 3 atm), ekspansi akan berhenti sampai

tekanan gas sama dengan tekanan luar, 1,5 atm sehingga volume gas setelah diekspansi menjadi

V gas = nRT/P = 1, 0,082 L.atm (mol.K)-1 298 K/1,5 atm = 16,4 L

Jadi w = PL V = 1,5 atm (16,4-8,2)L = 12,3 Latm

Latihan 3

10 mol gas ideal 25oC dan 10 atm mengalami ekspansi secara reversibel dan isothermal sehingga

tekanan sistem menjadi 2 atm. Hitunglah kerja yang dilakukan gas terhadap lingkungan.

Jawab

Proses ekspansi/kompresi dikatakan reversibel jika setiap saat selama proses berlangasung PL=PS.

V2 V2

dw = Pl dV dw = PS dV V1 V1

V2

dw = nRT/V dV V1

w = nRT ln (V2/V1)

V2 = 10 mol 0,082 L.atm (mol.K)-1 298K/2 atm = 122,18 L

V1 = 10 mol 0,082 L.atm (mol.K)-1 298K/10 atm = 24, 436 L

w = 10 mol 0,082 L.atm (mol.K)-1 298K ln(122,18 L/ 24, 436 L) = 393,282 L atm

1. 3 Hukum Pertama Termodinamika

Secara matematika hukum pertama termodinamika didefinisikan sebagai

dU = dq dw, dengan U adalah energi dalam sistem, atau dU = dq dw U = q w Bila di antara sistem dan lingkungan tidak terjadi perpindahan panas (disebut proses adiabatik),

U = w. Bila di antara sistem tidak melakukan kerja kepada lingkungan atau sebaliknya (w = 0), U = q.

Latihan 1,

Satu mol gas menyerap kalor sebesar 500 J dan volume gas tetap sehingga temperatur gas naik dari

20 menjadi 25oC. Hitunglah perubahan energi dalam gas dan kerja yang dilakukan gas.

Jawab

Karena volume gas tetap ketika menerima kalor (q = 500 J), w = 0,

U = q w, U = q = 500 J

Latihan 2

50 gr O2 1 atm dan 25oC dikompresi secara adiabatik oleh tekanan luar tetap 30 atm hingga gas

memiliki temperatur 50oC . Hitunglah U, q, w yang diterima gas. Jawab

n gas = 50/32 mol


V gas mula mula = nRT/P = (50/32) x 0,082 298/1 = 38,18 L

V gas setelah dikompresi (akhir) = nRT/P = (50/32) x 0,082 x 323/30 = 1,38 L

w = Pl V = 30 atm (1,38 38,18) L = -1104,02 Latm = -112 kJ Karena proses adalah adiabatik maka q = 0, sehingga U = -w = 112 kJ

1. 4 Proses pada Volume Konstan

Jika sistem hanya melakukan kerja ekspansi atau kompresi dan jika proses berlangsung tanpa

perubahan volume (V = 0, atau V2 = V1), w = 0, hukum pertama termodinamika menjadi U = q w = q. Ini berarti pada suatu sistem yang menyerap/melepaskan panas sebesar q dan tidak

melakukan/menerima kerja, panas yang diserap/dilepaskan seluruhnya digunakan untuk mengubah

energi dalam (U). Bila energi dalam yang merupakan energi vibrasi, translasi dan rotasi molekular sistem mengalami perubahan dan bila temperatur sistem ditunjukkan oleh akumulasi

energi karena gerak tranlasi dan rotasi, sistem akan mengalami perubahan temperatur.

1. 5 Proses pada Tekanan Konstan

Suatu sistemi yang mengalami proses/perubahan dari keadaan 1 ke keadaan 2,

dU = dq dw = dq- Pl dV, pada tekanan konstan U2-U1 = q PL (V2 - V1) U2-U1 = q PL V2 + PL V1 q = (U2 +PL V2 )- (U1+ PL V1), jika H = entalpi = U + PV q = H2 H1 = H atau dH = dq

Dapat dikatakan bahwa perubahan panas (dapat terjadi karena panas diserap/dilepaskan dari dan ke

lingkungan dan karena adanya reaksi) pada proses isobar merupakan ukuran langsung perubahan

entalpi sistem. Sebagai contoh reaksi antara cair dengan cair pada tekanan konstan didalam

kalorimeter, tabung reaksi, dan sebagainya.

1. 6 Hubungan antara Entalpi dan Energi Dalam

Suatu reaksi yang melibatkan gas yang diasumsikan sebagai gas ideal, misal

A +B C + D maka H = U + (PV), untuk gas ideal PV = nRT (PV) = RT n, sehingga H = U + RT n, n = ni (hasil) - ni (pereaksi) i i

pada reaksi diatas n = ( + ) ( +)

Latihan

CH4 (g)+ 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) Jika H pada 298K = 282,5 kJ/mol, tentukanlah q, U reaksi dan w yang dihasilkan oleh reaksi di atas

Jawab

n = (2+1)-(2+1) = 0 w = RT n = 0 q = H = 282,5 kJ/mol H = U + RT n = 282,5 kJ/mol + 0 = 282,5 kJ/mol

1. 7 Kapasitas Panas

Kapasitas panas suatu zat didefinisikan sebagai

banyaknya panas yang dibutuhkan oleh zat/sistem untuk menaikkan temperatur zat/sistem


sebanyak satu derajat

Bila simbol kapasitas panas adalah C, C = dq/dT

Kapasitas panas spesifik (c) adalah kapasitas panas per gram dan kapasitas molar (c) adalah kapasitas panas per mol,

c = C/m, m = massa zat c = C/n , n = mol zat Paparan sebelumnya menjelaskan bahwa panas dapat siserap/dilepaskan sistem pada proses yang

berlangsung pada volume tetap dan tekanan tetap.

Pada tekanan tetap q = H atau dq = dH sehingga kapasitas panas pada P konstan (CP) CP = (dq/dT)P = dH/dT

Panas pada volume tetap, q = U, atau dq = dU sehingga kapasitas panas pada V konstan (CV) CV = (dq/dT)V = dU/dT

Untuk gas ideal hubungan antara CP dan CV adalah

CP - CV = nR

Pada dasarnya kapasitas panas tidak dapat diperkirakan secara teoritis dengan menggunakan

hukum termodinamika, tapi ditentukan menggunakan metode statistik. Umumnya, kapasitas panas

ditentukan melalui percobaan menggunakan alat kalorimeter. Beberapa pernyataan empiris

mengenai nilai kapasitas panas adalah

Cp = a + bT + cT2 + dT3 dan Cp = a + bT + cT2 dengan a, b, c, d, a, b, c merupakan konstanta yang bergantung pada jenis zat.

Latihan. 1

Temperatur 2 kg air turun dari 95 menjadi 40oC ketika 1,25 kg potongan logam dengan temperatur

25oC dicelupkan kedalam air. Jika diketahui kapasitas panas air adalah 4,184 J/gr.K, hitunglah

kapasitas panas logam.

Jawab

Panas yang diterima logam, q = Clogam dT = Clogam [(40+273)K (25+273)K] = 15 K Clogam Untuk 1,25 kg logam , q = 1,25 kg x 15K Clogam = 18,75 Kg = 18750 gr K Clogam

Panas yang diberikan oleh air, q = Cair dT = 4,184 J/gr.K [(95+273)K (40+273)K] = 230,12 J/gr Untuk 2 kg air = 230,12 J/gr x 2000 gr = 460 240 J

Panas yang diterima logam = Panas yang diberikan oleh air

18750 gr K Clogam = 460 240 J Clogam = 460 240 J/18750 gr K = 24,55 J/gr. K

Latihan 2

Tentukanlah perubahan entalpi, q yang diserap sistem, kerja dan perubahan energi dalam jika 1 mol

CO2 dipanaskan dari 300 K menjadi 1000 K pada tekanan konstan 1 atm jika diketahui a, b dan c

CO2 berturut turut 26, 86 J (mol.K)-1, 6,966 10-3 J (mol-1,K-2) dan 8,243 10-7 J (mol-1,K-3).

Jawab

1000

dH = Cp dT H = Cp dT = a + bT + cT2 dT = a T + b/2 T2 + c/3 T3 | 300

H = 26, 86 (1000-300) + 6,966 10-3 (10002 -3002) + 8,243 10-7/3 (10003 -3003) H = 22,24 kJ/mol H = 22,24 kJ/mol x 1 mol = 22,24 kJ q = H = 22,24 kJ Pada P konsan

V1 = nRT/P1 = 1 mol x 0,082 L.atm/mol.K x 300K/1 atm = 24,6 L

V2 = nRT/P2 = 1 mol x 0,082 L.atm/mol.K x 1000K/1 atm = 82 L

w = P V = 1 atm (82 24,6) L = 57,4 L atm = 57,4 x 101,39 J = 5,82 kJ


Perubahan energi dalam

U = q w = 22,24 kJ 5,82 kJ = 16,42 kJ

Latihan 3

Kapasitas panas logam diukur pada temperatur yang sangat rendah dan diperoleh data pada tabel

dibawah ini. Tentukanlah nilai a, b dan c jika diketahui Cp logam = a + bT.+ cT2

T (K) Cp (J/mol.K)

0,2604 0,5852

0,6901 2,303

1,013 4,899

2,13 31,36

2,914 79,98

3,53 146,4

4,10 236,2

Jawab

Dengan menggunakan program excel yang ada di dalam microsof word, dibuatlah kurva Cp

terhadap T, Cp sebagai sumbu y dan T sebagai sumbu x (kurva (a) dibawah ini) dengan memilih

menu scatter. Klik kanan salah satu titik, pilih addterdline. Pilih trend/regression polynomial dan

isikan orde dengan angka dua karena Cp memiliki fungsi polinom orde 2, klik display equation on

chart dan display R squared value on chart, maka pada kurva tampil persamaan dan nilai R2 (kurva

(b)).

(a) (b)

Dari kurva (b) terlihat persamaan y = 23,64 x2 45,59 x + 18,88, Karena y = Cp dan x = T, persamaan ini merupakan persamaan Cp fungsi T, dengan persamaan Cp = 18,88 45,59 T + 23,64T2, Cp logam = a + bT.+ cT2 = 18,88 - 45,59 T + 23,64 T2

a = 18,88 J (mol.K)-1 b = - 45,59 J (mol-1,K-2) c = 23,64 J (mol-1,K-3) Nilai R2 menunjukkan kesesuaian model/trend/regression dengan data percobaan. Nilai R2 = 1

menunjukkan bahwa data benar benar (100%) sama dengan persamaan. Dalam percobaan nilai

R21, Bila angka R2 mendekati satu, pengukuran Cp pada berbagai temperatur dapat dipercaya.


1. 8 Aplikasi Hukum Pertama Termodinamika pada Gas Ideal Gas disebut sebagai gas ideal bila memenuhi persamaan PV = nRT, dengan

P = tekanan gas

V = volume gas

n = mol

R= tetapan gas

T = temperatur gas (K)

Tetapan gas dalam berbagai satuan dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tipe satuan R Satuan

Mekanik 0,082 dm3 atm/mol.K

Mekanik 82,054 ml3 atm/mol.K

cgs 4,4144 erg/mol.K

SI 8,3144 J/mol.K

Panas 1,9872 kalori/mol.K

Gas ideal dapat mengalami

1. Gas mengalami ekspansi/kompresi secara isothermal dan reversibel, dari hukum pertama termodinamika dU = dq dw atau U = q w. Sistem tidak akan mengalami perubahan energi dalam (ingat energi dalam berhubungan dengan energi vibrasi, rotasi dan translasi molekular

yang berbanding lurus dengan temperatur) jika temperatur konstan (isothermal). Praktis tidak

ada perubahan pada energi vibrasi, rotasi dan translasi sehingga juga tidak ada perubahan pada

energi dalam, U = 0, q = w. Untuk proses isothermal ini, juga tidak terjadi perubahan entalpi sistem (H = 0). Hal ini dapat terjadi karena dH = Cp dT, untuk proses isothermal dT = 0

Pada ekspansi reversibel, lihat gambar berikut ini

q = w = Pl dV = Ps dV= nRT/V dV Karena isothermal, T konstan

q = w = nRT dV/V = nRT ln (V2/V1) Kerja yang dilakukan oleh sistem yang mengalami proses isothermal dan reversibel ini adalah

kerja maksimum.

Latihan

Tentukanlah perubahan energi dalam, entalpi, kerja dan panas yang dihasilkan bila 2 mol gas CO2 mengalami ekspansi isothermal dan reversibel dari 2,4 L menjadi 5,6 L pada temperatur 10oC dan

pada 100oC.

Jawab

Pada sistem gas yang mengalami perubahan/proses isothermal U = 0 dan H = 0 q = w = nRT dV/V = nRT ln (V2/V1)


Pada T = 10oC = 283 K

q = w = nRT ln (V2/V1) = 2 mol x 8,314 J/mol.K x 283 K x ln (5,6 L/2,4 L)

q = w = 3987 J Pada T = 100oC = 373 K

q = w = nRT ln (V2/V1) = 2 mol x 8,314 J/mol.K x 373 K ln (5,6L/2,4 L)

q = w = 5396 J

2. Gas mengalami ekspansi/kompresi secara isothermal dan isobarik (tekanan konstan), maka sistem tidak akan mengalami perubahan energi dalam dan entalpi (jelaskan argumen ini) atau

U = 0 dan H = 0 sehingga dari hukum pertama termodinamika dU = dq dw, q = w = Pl dV = P (V2-V1)

Latihan

1 mol gas ideal dikompresi secara isothermal pada 300 K dibawah tekanan luar 200 atm. Hitunglah

q, w, U dan H sistem gas, jika tekanan gas mula mula adalah 2 atm dan setelah kompresi menjadi 100 atm.

Jawab

Pada proses isothermal U = 0 dan H = 0 V1 = nRT/P = 1 mol x 0,082 L atm/mol.K x 300 K/2 atm = 12,315 L

V2 = nRT/P = 1 mol x 0,082 L atm/mol.K x 300 K/100 atm = 0,2463 L

q = w = Pl dV = P (V2-V1) q = w = 200 atm (0,2463 L 12,315 L) = -2413,74 L atm q = w = -2413,74 x 101,39 J = -244,73 kJ

3. Terjadi perubahan fasa secara isothermal dan isobarik Perubahan fasa yang terjadi bisa merupakan perubahan fasa dari cair menjadi gas atau

sebaliknya serta perubahan dari padat menjadi cair atau sebaliknya. Untuk senyawa/zat murni,

perubahan ini terjadi pada temperatur konstan dan tekanan tertentu. Perubahan fasa dapat dilihat

pada diagram fasa di bawah ini.


Sepanjang garis ac adalah titik leleh pada berbagai tekanan, sepanjang garis bc adalah titik didih

dalam berbagai tekanan dan sepanjang garis dc, sunbu x adalah temperatur sublim dalam

bernagai tekanan.

Jika suatu cairan dipanaskan maka cairan tersebut akan mengalami kenaikan temperatur sampai

pada titik didihnya dan temperatur akan konstan sampai semua cairan berubah menjadi gas.

Ketika cairan mendidih, dibutuhkan panas/entalpi sebesar kalor penguapannya, sehingga kalor

penguapan q = H dan kerja pada keadaan isobarik adalah w = pV

Latihan

1 mol air diuapkan pada 100oC dan 1 atm, hitunglah q, w, H dan U, jika diketahui massa jenis air pada 100oC adalah 0,9573 gr/mL dan kalor penguapan air pada 100oC adalah 40,7 kJ/mol

Jawab

H2O(l) H2O(g) q = H = 40,7 kJ/mol x 1 mol = 40,7 kJ w = pV V1 = volume air (fasa cair) pada 100

oC

massa/massa jenis = 1 mol x 18 gr/mol/0,9573 gr/L = 18,8 mL

V1 = volume air (fasa gas) pada 100oC

= nRT/P = 1 mol x 0,082 L atm/mol.K x 373 K/1 atm = 30,586 L

w = 1 atm (30,586 L-0,0188L) = 30,5672 L atm w = 30,5672 x 101,39 J = 3099 J = 3,099 kJ U = q-w U = 40,7 kJ 3,099 kJ = 37, 601 kJ

4. Gas mengalami perubahan secara adiabatik dan reversibel Gas yang mengalami perubahan secara adiabatik berarti tidak ada kalor yang keluar masuk

sistem, maka q = 0, Dari definisi Cv, Cv = dU/dT U = Cv dT. Berdasarkan hukum pertama termodinamika U = q w, maka w = - U Berdasarkan definisi Cp, Cp = dH/dT

H = Cp dT Untuk menentukan perubahan energi dalam dan entalpi, haruslah diketahui temperatur awal dan

temperatur akhir gas. Untuk gas ideal, berlaku hubungan

T1V1R/Cv = T2V2

R/Cv

P1V1 = P2V2

dimana = Cp/Cv

Latihan

1 mol gas ideal dikompresi secara adiabatik dan reversibel dari volume awal 6 L menjadi

volume akhir 2 L dan temperatur awal 27oC. Tentukanlah nilai q, w, U dan H, jika diketahui Cv 20,91 J/mol.K

Jawab

Proses adiabatik, q = 0

T1V1R/Cv = T2V2

R/Cv

T2 = T1 (V1/ V2)R/Cv = 300 K (6/2)8,314 j/mol.K/20,91 J/mol.K = 464,3 K U = Cv dT = Cv T = 20,91 J/mol.K x (464,3 K - 300 K) = 3435 J/mol

U = 1 mol x 3435 J/mol = 3435 J Untuk gas ideal berlaku hubungan Cp-Cv = nR

Untuk 1 mol gas Cv = 20,91 J/mol.K x 1 mol = 20,91 J/K

Cp = Cv + nR = 20,91 J/K + 8,314 J/mol.K x 1 mol = 29,224 J/K


H = Cp dT = Cp T = 29,224 J/K (464,3 K - 300 K) = 4801,5 J

w = - U = - 3435 J

5. Gas mengalami ekspansi secara adiabatik dan isobarik Gas yang mengalami proses ekspansi adiabatik, q = 0, sedangkan U dan H dapat ditentukan dari harga Cp dan Cv-nya,

U = Cv dT H = Cp dT Pada proses isobar, w = P dV = P V Berdasarkan hukum pertama termodinamika U = q w, maka untuk gas yang mengalami perubahan adiabatik dan isobarik berlaku

U = w Cv dT = - P V

Latihan

1 mol gas dikompresikan secara adiabatik dan isobarik oleh tekanan luar 15 atm. Bila temperatur

mula-mula gas adalah 27oC dan volumenya 6 L dan setelah kompresi volume menjadi 2 L,

tentukanlah nilai q, w, U dan H, jika diketahui Cv 20,91 J/mol.K Jawab

q = 0 (proses adiabatik) karena proses juga isobar, maka

Cv dT = - P V Cv dT = Cv T = - P V 20,91 J/mol.K x 1 mol x (T2 300K) = -15 atm x (2- 6) L = 90 L.atm = 60 x 101,39 J T2 = 6083,4 J/20,91 J/K + 300 K = 590,9 K U = Cv dT = 20,91 J/K (590,9 K 300K) = 6083,4 J H = Cp dT = 29,224 J/K (590,9 K 300K) = 8502,2 J w = 15 atm ((2- 6)L = - 60 L.atm = - 60 x 101,39 J = - 6083,4 J

1. 9 Panas Reaksi, Pembentukan, Pembakaran, dan Pelarutan

Dari hukum pertama termodinamika,

U = q w, jika proses berlangsung pada tekanan konstan, hukum pertama termodinamika menjadi H = q. Bila proses berlangsung pada volume konstan U = q. Hal yang sama juga berlaku untuk reaksi kimia, bila terjadi reaksi seperti persamaan berikut ini

Reaktan Produk

Reaktan adalah zat yang bereaksi (keadaan awal sistem) dan produk adalah hasil reaksi (keadaan

akhir sistem), maka berdasarkan hukum pertama termodinamika

q = panas yang dihasilkan dalam reaksi = U (perubahan energi dalam sistem) jika reaksi berlangsung pada volume tetap.

q = panas yang dihasilkan dalam reaksi = H (perubahan entalpi sistem) jika reaksi berlangsung pada tekanan tekanan tetap.

Umumnya, reaksi dilangsungkan pada tekanan tetap sehingga panas reaksi dapat dihitung melalui

cara berikut ini:

1, Melalui data entalpi pembentukan standar

Panas pembentukan dari setiap 1 mol senyawa adalah entalpi reaksi setiap pembentukan

senyawa dari unsurnya. Jika pembentukan senyawa dari unsurnya dilakukan dalam keadaan

standar (298 K dan 1 atm), entalpinya disebut entalpi pembentukan standar (Hf). Beberapa


panas/entalpi pembentukan standar senyawa dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Senyawa Mr

(gr/mol)

Cp (j/mol.K) Hf (kJ/mol)

Gf (kJ/mol)

Sf (J/mol)

Air (l) 18 -286 -237 70

CO 28 29,14 110,53 -137,16 197,54

CO2 44 37,05 -393,52 -394,41 213,69

Methane 16,04 35,73 -74,85 -50,82 186,3

Ethane 30,54 52,48 -83,85 -31,95 229,12

Prophane 44,1 73,59 -104,68 -24,4 270,2

n-Butane 58,12 98,85 -125,77 -16,07 310,12

n-pentana 72,15 120,1 -146,71 -8,77 349,5

n-heksana 86,18 143,1 -166,94 -0,08 388,7

n-heptana 100,2 165,9 -187,65 8,15 428

n-oktana 114,2 188,7 -208,82 15,92 467,2

n-nonana 128,3 211,6 -228,87 24,73 506,4

n-dekana 142,3 234,5 -249,53 32,97 545,7

Siklopentana 70,13 82,92 -77,03 38,87 292,9

Methilsiklopentana 84,16 -106,7 35,77 339,9

Ethilen 28,05 43,73 52,28 68,12 219,45

Propilen 42,08 63,92 19,71 62,14 266,66

Isobutilen 56,11 89,16 -16,9 58,07 293,59

Asetilen 26,04 44,23 226,75 209,2 200,82

benzen 78,11 81,66 82,93 129,66 269,2

Air 18 33,6 -241,82 -228,59 188,72

Oksigen 32 29,34 0 0 205,04

Amonia 17 35,66 -45,9 -16,4 192,67

Metanol 32,04 43,92 -201,08 -162,42 239,7

Etanol 46,07 65,51 -234,43 -167,9 282,69

Isopropanol 60,1 88,88 -272,42 -173,39 309,91

Metilasetat 74,08 85,41 -409,14 -321,54 319,83

Etil asetat 88,11 113,4 -442,92 -327,4 362,75

Dietileter 74,12 112,5 -252,13 -121,75 341

Dengan menggunakan data di atas, maka panas reaksi pada keadaan standar adalah

q = H = (Hf)produk - (Hf)pereaksi Misal reaksi adalah

A + B C + D, maka q = H = ( (Hf)C + (Hf)D ) - ( (Hf)A+ (Hf)B)

Latihan

Tentukanlah panas yang dihasilkan/dibutuhkan pada reaksi 2 mol gas metan (CH4) yang dibakar

sempurna pada 298 K dan tekanan 1 atm.

Jawab

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O (g) Dengan menggunakan data diatas

q = H = (1 (Hf) CO2 + 2 (Hf)H2O ) - (1 (Hf)CH4+2 (Hf) O2) q = H = [(-393,52 + 2 (-241,82)) (-74,85 + 2,0)] kJ/mol = -802,31 kJ/mol q = H = -802,31 kJ/mol x 2 mol = -1604,62 kJ


2, Menggunakan hukum Hess

Suatu reaksi kimia yang diinginkan dapat merupakan rangkaian beberapa reaksi kimia. Jika

panas masing-masing reaksi diketahui, panas reaksi yang diinginkan dapat dihitung dengan

menambah atau mengurangi panas reaksi tahap reaksi. Cara ini dapat pula digunakan untuk

menghitung panas dari suatu reaksi yang belum memiliki data entalpi pembentukan standar.

Misalkan suatu reaksi terdiri dari beberapa tahap reaksi seperti rangkaian reaksi dibawah ini

Dalam rangkaian reaksi di atas, berlaku hubungan

q = H = H1 + H2 + H3 + H4

Latihan

Hitunglah panas reaksi pada reaksi berikut ini

C grafit + H2O (g) CO + H2 Jika data berikut ini diketahui

C grafit + O2 (g) CO H = -110,50 kJ/mol H2 + O2 H2O H = -241,4 kJ/mol Jawab

Panas reaksi diatas dapat dihitung menggunakan hukum Hess

C grafit + O2 (g) CO H = -110,50 kJ/mol H2O H2 + O2 H = 241,4 kJ/mol C grafit + H2O CO + H2 H = -110,50 kJ/mol + 241,4 kJ/mol = 130,9 kJ/mol

3, Menggunakan data energi ikatan

Energi ikatan didefinisikan sebagai panas reaksi yang dikaitkan dengan pemutusan ikatan kimia

dari molekul-molekul gas menjadi bagian-bagian gas.

q = H = ni (Energi Ikatan)i. pereaksi - nj (Energi Ikatan)j, produk dengan ni dan nj masing-masing adalah jumlah mol ikatan ke-i pada pereaksi dan jumlah mol

ikatan ke j pada produk. Data beberapa energi ikatan dapat dilihat pada tabel berikut:

Jenis Ikatan (EI) Energi ikatan, EI (kL/mol)

H-C 415

H-O 463

H-N 391

H-F 563

H-Cl 432

H-Br 366

H-I 299

C-O 356

C=O 724


C-N 292

C=N 619

879

C-C 348

C=C 607

833

O=O 495

H-H 436

Latihan

Tentukanlah panas reaksi pembakaran metanol di bawah ini menggunakan data energi ikatan

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O (g) Jawab

q = H = ni (Energi Ikatan)i. pereaksi - nj (Energi Ikatan)j, produk q = H = (4 EI C-H+ 2 EI O=O) (2 EI C=O + 2 x 2 EI O-H) q = H = ( 4 x 415 + 2 x 495) (2 x 724 + 4 x 463) = 250 kJ/mol

Reaksi yang dapat ditentukan panas yang dihasilkan atau dibutuhkan adalah

1, Panas netralisasi

Panas netralisasi adalah panas yang dihasilkan bila 1 mol asam dinetralisasi dengan 1 mol basa

2, Panas pelarutan

Ada dua jenis panas pelarutan; panas pelarutan integral (perubahan entalpi jika 1 mol zat

dilarutkan dalam n mol pelarut) dan panas diferensial (perubahan entalpi jika 1 mol zat

dilarutkan dalam tak terhingga pelarut atau encer tak terhingga)

3, Panas pembakaran

Panas pembakaran adalah panas reaksi dimana 1 mol zat dibakar secara sempurna.

1. 10 Ketergantungan Panas Reaksi pada Temperatur

Dari pembahasan sebelumnya kita sudah mempelajari bagaimana menentukan perubahan entalpi

reaksi(H) pada temperatur tertentu. Karena data entalpi pembentukan standar diberikan pada temperatur 298 K, maka perubahan entalpi yang diperoleh adalah pada keadaan standar (298 K).

Reaksi tidak selalu dilakukan dalam keadaan standar. Sebagai contoh kita sudah dapat menghitung

berapa panas yang dihasilkan jika 1 mol metana dibakar sempurna pada 298 K. Namun berapa

panas yang dihasilkan jika 1 mol metana dibakar pada temperatur selain 298 K? Untuk itu kita

harus melihat bagaimana ketergantungan perubahan entalpi pada temperatur.

Dari definisi Cp = dH/dT

dH = Cp dT dapat dibuat hal yang sama untuk reaksi d(H) = (Cp) dT, T2 d(H) = (Cp) dT (H)2 - (H)1 = (Cp) dT T1 Perubahan kapasitas kalor zat dalam reaksi dibawah ini

A + B C + D, maka Cp = ((Cp)C + (Cp)D ) - (Cp)A+ (Cp)B) Jika Cp setiap zat yang terlibat dalam reaksi adalah suatu konstanta, maka

T2 d(H) = (Cp) dT (H)2 - (H)1 = (Cp) dT T1 (H)2 = (H)1 + (Cp) (T2 - T1)


Latihan 1

Tentukanlah perubahan entalpi reaksi pembakaran sempurna 2 mol metana pada 373 K

Jawab

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O (g) Dengan menggunakan data entalpi pembentukan standar yang ada pada tabel, perubahan entalpi

pada 298 K dapat dihitung;

q = H = (1 (Hf) CO2 + 2 (Hf)H2O ) - (1 (Hf)CH4+2 (Hf) O2) q = H = [(-393,52 + 2 (-241,82)) (-74,85 + 2,0)] kJ/mol = -802,31 kJ/mol q = H = -802,31 kJ/mol x 2 mol = -1604,62 kJ Cp = ((Cp)A + (Cp)D ) - (Cp)A+ (Cp)B) Cp = (1(Cp) CO2 + 2 (Cp)H2O ) - (1Cp)CH4+2 (Cp) O2) Data Cp CO2 = 37,05 (J/mol.K)

H2O = 33,6 (J/mol.K)

O2 = 29,34 (J/mol.K)

CH4 = 35,73 (J/mol.K)

Cp = [37,05 + 2 x 33,6 (2 x 29,34 +35,73)] (J/mol.K) = 9,84 (J/mol.K) (H)2 = (H)1 + (Cp) (T2 - T1) (H)373 = (H)298 + (9,84 (J/mol.K)) (373- 298) (H)373 = -1604,62 kJ + 2 mol x 9,84 (J/mol.K) (75 K) = -1604,62 kJ + 1476 J (H)373 = -1604,62 kJ + 1,476 kJ = -1603,144 kJ Jadi perubahan entalpi pada 373 K pembakaran sempurna 2 mol metana = -1603,144 kJ

Latihan 2

Tentukanlah perubahan entalpi reaksi pembakaran sempurna 2 mol metana pada 1000 K, jika

diketahui pada temperatur tersebut Cp merupakan fungsi temperatur sesuai dengan data berikut

ini

Cp CO2 = 26,68 + 42,258 10-3T -142,465 10-7T2

H2O = 30,204 + 9,933 10-3T + 11,171 10-7T2

O2 = 25,503 + 13,612 10-3T 42,555 10-7T2

CH4 = 14,146 + 75,496 10-3T -179,91 10-7T2

Jawab

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O (g) Dengan menggunakan data entalpi pembentukan standar yang ada pada tabel, perubahan entalpi


q = H = (1 (Hf) CO2 + 2 (Hf)H2O ) - (1 (Hf)CH4+2 (Hf) O2) q = H = [(-393,52 + 2 (-241,82)) (-74,85 + 2,0)] kJ/mol = -802,31 kJ/mol q = H = -802,31 kJ/mol x 2 mol = -1604,62 kJ Cp = ((Cp)A + (Cp)D ) - (Cp)A+ (Cp)B) Cp = (1(Cp) CO2 + 2 (Cp)H2O ) - (1Cp)CH4+2 (Cp) O2) Cp = 26,68 + 42,258 10-3T -142,465 10-7T2 + 2 (302,04 + 9,933 10-3T + 11,171 10-7T2) (14,146 + 75,496 10-3T -179,91 10-7T2 + 2 (25,503 + 13,612 10-3T 42,555 10-7T2)) = 21,936 40,596 10-3T + 144,892 10-7T2

T2 d(H) = (Cp) dT (H)2 = (H)1 + (Cp) dT T1

T2

(H)2 = (H)1 + (Cp) dT T1


T2

(H)2 = (H)1 + (21,936 40,596 10-3T + 144,892 10-7T2) dT T1

(H)2 = (H)1 + 2 mol{21,936 (1000-298) 40,596 10-3/2 (10002-2982) + 144,892 10-7

(10003- 2983)} J/mol

(H)2 = -1604,62 kJ + 2 mol {21,936 (1000-298) 40,596 10-3/2 (10002-2982) + 144,892 10-7 (10003- 2983)} 10-3 kJ/mol

(H)2 = -1601,42 kJ

1. 11 Hukum Kedua Termodinamika dan Entropi Salah satu cara untuk melihat definisi hukum kedua termodinamika adalah dengan menggunakan

entropi. Entropi sendiri memiliki definisi sebagai derajat ketidakteraturan sistem. Menurut

hukum kedua termodinamika

dS = dqrev/T 0, dengan dS = dSs + dSl Proses akan berlangsung spontan atau irreversibel bila dS > 0, setimbang/reversibel bila dS = 0,

dS = dSs + dSl Salam semesta = Ss + Sl 0 Ss -Sl Proses masih dapat berlangsung spontan atau reversibel meskipun Ss < 0, dengan syarat Ss -Sl

Entropi hanya bisa dihitung jika proses reversibel, jika proses tidak reversibel maka dicari proses

reversibel pada setiap keadaan antara dari proses keseluruhan.

dS = dqrev/T

2

dS = dqrev/T . Bila T konstan pada T reversibel maka persamaan ini akan menjadi 1

S2-S1 = S = q/T Bila proses berlangsung isothermal pada T reversibel dan tekanan juga konstan, persaman akan

menjadi;

2 2 2 T2

dS = dqrev/T = dH/T = Cp dT/T 1 1 1 T1

S = q/T = H/T Untuk proses yang berupa reaksi kimia dan berlangsung pada 298 K dan 1 atm (keadaan

standar), entropi reaksi berikut ini dapat ditentukan.

A + B C + D, mka S = (Sf)produk - (Sf)pereaksi S = ( (Sf)C + (Sf)D ) - ( (Sf)A+ (Sf)B)


Latihan

Berapakah perubahan entalpi dan entropi bila 1 mol air mengembun (berubah dari fasa gas

menjadi fasa cair) pada 298K dan apakah reaksi berlangsung spontan?

Jawab

H2Og H2Ol Dari tabel data diketahui

Hf (kJ/mol) Sf (J/mol.K)

H2Og -237 188,72

H2Ol -286 70

Ss = S2 S1 = 70 188,72 = -118,72 j/mol.K Hs = H2 H1 = -286 (-237) = -49 kj/mol Diasumsikan panas yang dikeluarkan sistem (karena 0 Dari harga Salam semesta ini terlihat bahwa proses berlangsung spontan meskipun Ss < 0,

1. 12 Ketergantungan Entropi pada Temperatur Jika proses berlangsung pada volume konstan, isotermal dan reversibel maka q = U = CvdT 2 2 T2

dS = dqrev/T = Cv/T dT 1 1 T1 S = Cv ln (T2/T1) Bila sistem mengalami perubahan/proses secara isothermal dan reversibel pada tekanan konstan,

2 2 2 T2

dS = dqrev/T = dH/T = Cp/T dT 1 1 1 T1 S = Cp ln (T2/T1) Bila Cv dan Cp diberikan dalam bentuk suatu fungsi temperatur, dan umumnya adalah polinom

orde 2, seperti; Cp = a + bT +cT2 , persamaan diatas menjadi

T2 T2

S = (a + bT +cT2)/T dT = (a/T + b +cT) dT T1 T1

S2 S1 = S = a ln (T2/T1) + b ((T2-T1) + c (T22-T12)

Untuk suatu reaksi, S dapat dihitung dari harga entropi pembentukan standar senyawa, dan perubahan entropi reaksi yang diperoleh adalah perubahan entropi dalam keadaan standar. Untuk

dapat menghitung perubahan entropi suatu reaksi pada sembarang temperatur,

A + B C + D d(S) = d (H)/T = Cp/T dT 1 1 T2

d(S) = d(H)/T = Cp/T dT 2 2 T1 Bila Cp adalah suatu konstanta, maka

S2-S1 = Cp ln(T2/T1), dengan Cp = ((Cp)C + (Cp)D ) - (Cp)A+ (Cp)B)

Latihan 1

Tentukanlah perubahan entropi pembakaran gas metana pada 100oC jika diketahui kapasitas


kalor pada 298 K 35,73 J/mol.K dan jika Cp merupakan fungsi T, Cp = 14,146 + 75,496 10-3T -

179,91 10-7T2

Jawab

Bila Cp adalah suatu konstanta maka

S = Cp ln (T2/T1) = 35,73 ln (373/298) Bila Cp = f(T)

S = a ln (T2/T1) + b ((T2-T1) + c (T22-T12) = 14,146 ln (373/298) + 75,496 10-3 (373-298) -179,91 10-7/2 (3732 2982) = 7,99 j/mol.K

Latihan 2

Tentukanlah perubahan entropi reaksi pembakaran sempurna 2 mol metana pada 1000 K, jika

diketahui pada temperatur tersebut Cp merupakan fungsi temperatur sesuai dengan data berikut

ini

Cp CO2 = 26,68 + 42,258 10-3T -142,465 10-7T2

H2O = 30,204 + 9,933 10-3T + 11,171 10-7T2

O2 = 25,503 + 13,612 10-3T 42,555 10-7T2

CH4 = 14,146 + 75,496 10-3T -179,91 10-7T2

Jawab

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O (g) Dengan menggunakan data entropi pembentukan standar yang ada pada tabel, perubahan entalpi


Sf CO2 = 213,69 (J/mol.K) H2O = 188,72 (J/mol.K)

O2 = 205,04 (J/mol.K)

CH4 = 186,3(J/mol.K)

S = (1 (Sf) CO2 + 2 (Sf)H2O ) - (1 (Sf)CH4+2 (Sf) O2) = [(213,69 + 2 (188,72)) (186,3 + 2 (205,04))] kJ/mol = -5,97 J/mol.K = -5,25 J/mol x 2 mol = -11,94 J/mol.K Cp = ((Cp)C + (Cp)D ) - (Cp)A+ (Cp)B) Cp = (1(Cp) CO2 + 2 (Cp)H2O ) - (1Cp)CH4+2 (Cp) O2) Cp = 26,68 + 42,258 10-3T -142,465 10-7T2 + 2 (30,204 + 9,933 10-3T + 11,171 10-7T2) (14,146 + 75,496 10-3T -179,91 10-7T2 + 2 (25,503 + 13,612 10-3T 42,555 10-7T2)) = 21,936 40,596 10-3T + 144,892 10-7T2 T2 d(S) = (Cp)/T dT (S)2 = (S)1 + (Cp)/T dT T1 T2

(S)2 = (S)1 + (21,936 40,596 10-3T + 144,892 10-7T2 )/T dT T 1 T2

(S)2 = (S)1 + (21,936/T 40,596 10-3 + 144,892 10-7T) dT T1 (S)2 = (S)1 + {21,936 ln(1000/298) 40,596 10-3 (1000-298) + 144,892 10-7/2 (10002- 2982)} J/mol

(S)2 = -10,5 J + 2 mol x{21,936 (ln (1000/298) 40,596 10-3/2 (1000-298) + 144,892/2 10-7 (10002- 2982)} J/mol

(S)2 = 116,37 j/mol.K


1. 13 Hukum Ketiga Termodinamika Sama halnya dengan hukum kedua termodinamika, hukum ketiga termodinamika didefinisikan

sebagai

Harga entropi zat padat murni atau zat cair murni mendekati nol pada 0K (Planck)

Atau jika entropi unsur dalam beberapa keadaan kristal dianggap nol pada temperatur

absolut (0K), setiap zat memiliki harga entropi positif tertentu pada temperatur di atas

temperatur absolut, tapi pada temperatur absolut entropi dapat menjadi nol demikian pula

pada zat dalam keadaan kristal sempurna (Lewis dan Randall).

1. 14 Rangkuman Di dalam energetika kimia dipelajari hukum pertama, kedua dan ketiga termodinamika.

Hukum pertama menyatakan bahwa bila suatu sistem mengalami perubahan/proses di

dalam sisten akan terjadi perubahan energi dalam (U) sebesar q-w atau U = q-w, dengan q adalah kalor dan w adalah kerja yang dipertukarkan antara sistem dan lingkungan.

Kapasitas kalor zat didefinisikan sebagai C = dq/dT, pada V konstan Cv = dU/dT dan pada

P konstan Cp = dH/dT. Pernyataan Cp atau Cv suatu zat dapat berupa suatu konstanta

maupun suatu fungsi temperatur, C = f(T)

Perubahan yang terjadi pada sistem gas dapat berupa ekspansi/kompresi isotermal

reversibel, isothermal isobar, perubahan fase isotermal dan reversibel, adiabatik reversibel

dan adiabatik isobar

Proses q w U H

isotermal reversibel nRT ln(V2/V1) nRT ln(V2/V1) 0 0,

isotermal isobar P (V2-V1) P (V2-V1) 0 0

perubahan fase isotermal

dan reversibel

= H P (V2-V1) = q-w =q

adiabatis reversibel 0 U Cv dT Cp dT

adiabatis isobar 0 P (V2-V1) Cv dT Cp dT

Perubahan entalpi reaksi dapat dihitung menggunakan

1. data entalpi pembentukan standar 2. data kapasitas kalor setiap zat yang terlibat 3. data harga energi ikatan rata rata 4. hukum Hess

Harga perubahan entalpi merupakan suatu fungsi temperatur,

d(H) = (Cp) dT Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa perubahan berlangsung spontan bila

perubahan entropi (derajat ketidakteraturan sistem) alam semesta > 0 dan perubahan

berlangsung reversibel bila perubahan entropi alam semesta = 0, Meskipun perubahan

entropi sistem kecil dari nol, tapi proses dapat tetap berlangsung spontan bila sistem

memberikan panas kepada lingkungan. Perubahan entropi reaksi bisa dihitung menggunakan

1. data entropi pembentukan standar 2. data kapasitas kalor setiap zat yang terlibat Perubahan entropi merupakan fungsi temperatur dengan d(S) = (Cp)/T dT. Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa entropi setiap zat pada temperatur absolut

(0K) adalah nol


1. 15 Soal Latihan

1. Hitunglah kapasitas panas (Cp) rata rata propan pada 25 dan 200oC, jika diketahui nilai

Cp propana =10,08 J/mol.K+239,3 10-3T 733,58 10-7T2 2. Dengan menggunakan data Cp pada tabel, tentukanlah panas pembakara sempurna

propan pada 500K.

3. Gunakan harga Cp propana pada soal 1, Gas 32,5 gr propane dalam wadah 10 L

dipanaskan dari 25 sampai 200oC pada tekanan 1 atm. Hitunglah volume akhir, q, w, U dan H. 4. Ulangi soal no 3, volume konstan

5. Satu mol gas ideal pada 300 K dan 1 atm dikompresi secara isothermal sehingga

tekanan menjadi 2 kali semula lalu gas dipanaskan pada volume konstan hingga tekanan

menjadi P3 kemudian diekspansi secara reversibel dan adiabatis hingga kembali ke

keadaan semula.Tentukanlah q, w, H dan U tiap proses dan total proses. Diketahui Cp gas = 29,239 J/mol.K

6, Hitunglah banyak gas metana yang dibutuhkan untuk membuat 1000 gr uap air yang

memiliki temperatur 200oC

1. 16 Referensi

1. Humilton, Brady,1982, General Chemistry, Principles and Structure, Willey

International Edition

2. Tupamahu, MS dan Achmad, Hiskia ,1992, Stoikiometri dan Energetika Kimia, PT

Citra Adyria Bakti

3. Dogra, S K dan Dogra, S, 1990, Kimia Fisik dan Soal-Soal, Jakarta, UI

4. Daubert, E., Thomas, 1985, Chemical Engineering Thermodynamics, McGraw-Hill

Book Company

Documents

Bab I Energetika