Pengertian Dasar
Termokimia mempelajari perubahan panas yang mengikuti reaksi kimia dan perubahan-perubahan fisika (pelarutan, peleburan, dan sebagainya). Satuan tenaga panas biasanya dinyatakan dengan kalori, jaoule atau kilo kalori. Reaksi kimia yang menyangkut pemecahan dan atau pembentukan ikatan kimia selalu berhubungan dengan penyerapan atau pelepasan panas. Reaksi eksotermik adalah suatu reaksi yang melepaskan panas. Jika reaksi berlangsung pada suhu tetap, berdasarkan perjanjian, akan bernilai negative, karena kandungan panas dari system akan menurun. Sebaliknya, pada reaksi endotermik yaitu reaksi yang membutuhkan panas, berdasarkan perjanjian, akan mempunyai nilai positif. Tetapi harap diingat bahwa kadang-kadang beberapa buku menggunakan tanda yang sebaliknya dari yang telah diuraikan di atas, karena itu dalam penulisan di bidang termodinamika, dianjurkan untuk selalu mencantumkan penggunaan tanda yang akan digunakan.
Panas reaksi adalah banyaknya panas yang dilepaskan atau diserap ketika reaksi kimia berlangsung pada tekanan tetap.
1 joule = 107 erg = 0,24 kal
Atau
1 kal = 4,184 joule.
Untuk menentukan perubahan panas yang terjadi pada reaksi-reaksi kimia, dipakai kalorimeter. Besarnya panas reaksi kimia, dapat dinyatakan pada
- Tekanan tetap
- Volume tetap
Besarnya panas reaksi tergantung pada:
- jumlah zat yang beraksi
- keadaan fisika
- temperatur
- tekanan
- jenis reaksi (P tetap atau V tetap)
(Sukardjo, Kimia Fisika)
1. Penetapan Panas Reaksi
Panas reaksi dapat dinyatakan sebagai perubahan energi produk dan reaktan pada volume konstan ( ) atau pada tekanan konstanta ( ). Sebagai contoh adalah reaksi.
Reaktan (T) produk (T)
= E (produk) – E (reaktan)
Pada temperatur konstanta dan volume konstan :
= H (produk) – H (reaksi)
Pada temperatur konstan dan tekanan konstan
Satuan S1 untuk E atau H adalah joule, yaitu satuan energi, tetapi satuan umum yang lain adalah kalori. Umumnya harga E atau H untuk tiap reakton atau produk dinyatakan sebagai joule mo-1 (j mol-1) atau kj mol-1 pada temperatur konstan tertentu, biasanya 298 oK
Jika atau positif, reaksi dikatakan “edotermis” dan jika atau negatif, reaksi disebut “eksostermis”.
Suatu reaksi kimia hanya sempurna jika selain menuliskan persamaan keseimbangan dan harga energi, dituliskan juga keadaan reakton dan produk. Simbol untuk padatan adalah “s, untuk cairan “l” dan untuk gas adalah “g”. Jika wujud padat memiliki lebih dari satu struktur, maka sifat struktur padat disebutkan juga.
Sebagai contoh :
Karbon dapat berbentuk intan atau grafit. Dalam hal ini yang sama, sulfur dapt berada dalam bentuk sulfur “rombis” atau “mono klinis”.
Suatu tulisan dikanan atau E dan H menunjukkan harga pada keadaan standar. Keadaan standar untuk zat padat adalah keadaan kristalin khusus pada I atm, pada temperatur tertentu tertentu misalnya bentuk standar korban adalah grafit dan bentuk standar sulfur adalah sulfur rombis). Untuk cairan bentuk murninya adalah cairan pada I atm, pada temperatur tertentu dan untuk gas adalah gas idela tekanan I atm dan pada temperatur tertentu.
Hukum Hess (1840)
Menurut Hess, panas yang timbul atau diserap pada suatu reaksi (= panas sekali) tidak tergantung pada cara bagaimana reaksi tersebut berlangsung, hanya tergantung kepada keadaan awal dan akhir.
Hukum penjumlahan panas Hess, sebenarnya merupakan bentuk lain dalam menyatakan hukum kekekalan energi. Hukum ini menyatakan bahawa banyaknya panas yang dilepas ataupun diserap dalam suatu reaksi kimia, akan selalu sama, tidak bergantung pada jalannya reaksi, apakah berlangsung dalam satu tahap ataukah beberapa tahap. Agar ahukum ini berlaku disyaratkan bahwa keadaan awal reaktan dan keadaan akhir produk pada berbagai proses tersebut adalah sama.
Suatu reaksi kimia yang diinginkan dapat ditulis sebagai rangkaian dari banyak reaksi kmia. Jika seseorang mengetahui panas reaksi dari masing-masing tahap di atas, maka panas reaksi yang diinginkan dapat dihitung dengan menambahkan atau mengurangi panas reaksi dari masing-masing tahap. Prinsip ini, dimana panas reaksi ditambahkan atau dikurangi secara aljabar, disebut hukum Hess mengenai penjumlahan panas konstan. Dasar dari hukum ini adalah entalpi atau energi internal adalah suatu beseran yang tidak tergantung pada jalannya reaksi, yaitu :
Panas Pembentukan atau Heat of Formation
Panas pembentukan ialah panas reaksi pada pembentukan 1 mole suatu zat dari unsur-unsurnya. Jika aktivitas pereaksinya 1, hal ini disebut panas pembentukan standar, .
Untuk gas, zat cair dan zat padat keadaan standar ialah keadaannya pada tekanan 1 atmosfer. Untuk gas nyata, keadaan standarnya tidak pada tekanan 1 atm., tetapi perbedaannya tidak besar. Untuk larutan, keadaan standar ialah keadaan pada saat a = 1.
Menurut perjanjian, keadaan standar adalah bentuk yang paling stabil dari suatu unsure pada tekanan 1 atm dan suhu yang tertentu (biasanya 298.15 K), pada keadaan standar entalpi suatu zat adalah nol.
Berdasarkan hukum kekekalan energi, apabila arah reaksi dibalik, akan diserap panas dengan jumlah sama dengan panas yang dilepas pada reaksi . Hal seperti ini dekenal sebagai hukum Lavoisier Laplace.
Berbagai jenis perhitungan dapat dilakukan dengan menggunakan table . Kebanyakan table berisikan nilai-nilai yang diukur pada suhu 298.15 K. Dengan menggunakan table ini, panas reaksi suatu reaksi kimia daoat dihitung dengan menggunakan rumus umum :
Panas pembentukan dari setiap senyawa adalah entalpi reaksi yang menunjukkan pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsurnya.
Jika semua spesies dari reaksi kimia di atas berada dalam keadaan standarnya, panas pembentukan ( ) disebut panas pembentukan standar. Panas pembentukan standar dari unsur-unsur dalam keadaannya yang paling stabil dianggap sama dengan nol seperti biasa tabel hanya menyebutkan per mol dari senyawa pada 298oK dan pada setiap temperatur dapat diperoleh dengan bantuan persamaan diatas.
Jika panas pembentukan reaktan dan produk dari suatu reaksi kimia diketahui, panas reaksi dapat dihitung dari hubungan :
Dimana ni dan nj adalah jumlah mol spesies produk dan spesies reaktan. adalah panas pembentukan molar.
Panas Pembakaran
Panas pembakaran ialah panas yang timbul pada pembakaran 1 mole suatu zat. Biasanya panas pembakaran ditentukan seara eksperimen pada V tetap dalam bomb – kalorimeter. Dari ini dapat dicari :
Panas pembakaran suatu unsure atau senyawa adalah banyaknya panas yang dilepaskan ketika 1 mol unsure atau senyawa tersebut terbakar sempurna dalam oksigen. Sebagai contoh panas pembakaran molar (ditandai dengan overbar ) standar (ditandai dengan superskrip o) intan dan grafit dapat ditulis sebagai berikut:
Dari dua persamaan reaksi di atas dapat ditarik dua kesimpulan. Pertama, perubahan keadaan, walaupun masih dalam fasa yang sama (dalam hal ini grafit dan intan keduanya berupa padatan) akan memperngaruhi jumlah panas yang diserap atau dilepaskan dalam suatu reaksi. Kedua, dari kedua allotropi karbon di atas, garfit lebih stabil.
Panas pembakaran adalah panas reaksi dimana I mol zat dioksidasi secara sempurna.
Jika senyawa berisi C, H, O dan N, produk teroksidasi adalah Co¬2, H2O (I) dan N2, dan persamaannya dapat diseimbangkan.
Di samping itu untuk senyawa yang mengandung halogen, sulfur, fosfor, dll. Persamaan reaksi menjadi sulit di seimbangkan karena unsur-unsur ini membentuk banyak oksida.
Persamaan pada panas pembentukan juga berlaku untuk data panas pembakaran. Persamaan ini telah sering digunakan untuk menghitung panas pembentukan senyawa, terutama hidrokarbon.
Panas Netralisasi
Panas netralisasi dapat didefinisikan sebagai jumlah panas yang dilepas ketika 1 mol air terbentuk akibat reaksi netralisasi asam oleh basa atau sebaliknya.
Panas reaksi yang melibatkan netralisasi asam oleh basa dikenal sebagai panas netralisasi.
Panas netralisasi asam kuat dan basa kuat adalah konstan, yaitu -55,90 kj ml-1. Tetapi panas netralisasi asam lemah dan basa lemah kurang dari -55,90 kj mol-1, karena asam atau basa ini terlibat dalam disosiasi asam menjadi ion-ion H+ dan anion atau basa menjadi ion-ion OH dan kation, sedangkan asam kuat dan basa kuat berdisosiasi sempurna dan reaksinya hanyalah
H+ (dalam air) + OH- (dalam air) = H2O
Sehingga
Panas Pelarutan
Jenis panas reaksi yang lain adalah panas yang dilepas atau diserap ketika 1 mol senyawa dilarutkan dalam pelarut berlebih yaitu sampai suatu keadaan dimana pada penambahan pelarut selanjutnya tidak ada panas yang diserap atau dilepaskan lagi. Karena air, biasanya digunakan sebagai pelarut, maka reaksinya dapat ditulis :
Ada dua panas pelarutan, yaitu panas pelarutan ‘integral’ dan panas pelarutan ‘diferensial’.
Panas pelarutan integral didefinisikan sebagai perubahan entalpi jika 1 mol zat dilarutkan dalam n mol pelarut. Panas pelarutan diferensial didefinisikan sebagai perubahan entalpi jika 1 mol zat terlarut dilarutkan dalam jumlah larutan yang tidak terhingga, sehingga konsentrasinya tidak berubah dengan penambahan 1 mol zat terlarut. Secara matematik didefinisikan , yaitu perubahan panas diplot sebagai jumlah mol zat terlarut, dan panas pelarutan diferensial dapat diperoleh HclO4(n2), panas yang dilepaskan diberikan dalam tabel. Hitung panas integral pada pengencaran tidak terhingga dan panas pelarutan diferensial pada 0,7401 mol
Panas Pengenceran
Panas pengenceran adalah banyaknya panas yang dilepaskan atau diserap ketika suatu zat atau larutan diencerkan dalam batas konsentrasi tertentu. Sebagai contoh apabila gas HCl diencerkan dengan sejumlah tertentu air, akan didapat persamaan reaksi berikut:
HCl (g) + 25 H2O HCl(aq) = -72.4 kJ/mol
(Tony Bird, Kimia Fisik Untuk Universitas)
2.2 Pengukuran Panas Reaksi
Panas reaksi diukur dengan bantuan kalorimeter. Harga diperoleh apabila reaksi dilakukan dalam kalorimeter bom, yaitu pada volume konstan dan adalah panas reaksi yang diukur pada tekanan konstan, dalam gelas piala atau labu yang di isolasi, botol termos, labu dewar dan lain-lain. Karena proses diperinci dengan baik, maka panas yang dilepaskan atau diabsorbsi hanyalah fungsi-fungsi keadaan, yaitu Qp = atau Qv = adalah fungsi keadaan. Besaran-besaran ini dapat diukur oleh persamaan :
Q = atau =
Di mana Ci dapat berupa Cv untuk pengukuran E dan Cp untuk H. Dalam banyak percobaan, Ci untuk kalorimeter dijaga tetap konstan.
2.3 Hubungan Antara dan
Dalam persamaan
= + (PV)
Bentuk (PV) sangat kecil untuk padatan dan cairan, dan dapat diabaikan. Jadi dan adalah sama dalam hal padatan dan cairan. dalam hal gas ideal pada temperatur konstan, persamaan di atas disederhanakan menjadi :
= + RT
Dimana adalah jumlah mol gas yang dihasilkan dikurangi jumlah mol gas reaktan.
No comments:
Post a Comment