Halaman
37TermokimiaTermokimiawww.ebibleteacher.comimagescampfire.comMasih teringat rasanya dekat dengan api unggun, bukan? Di tengah dinginnya malam di alam terbuka kita dihangatkan oleh nyala api dari kayu bakar. Mengapa bisa timbul rasa hangat? Ternyata, kehangatan itu berasal dari panas yang dihasilkan nyala api kayu bakar.Kayu mengandung karbon dan unsur serta senyawa lainnnya yang apabila dibakar dengan oksigen akan menghasilkan suatu energi berupa panas (kalor). Kalor pembakatran inilah yang menghangatkan tubuh kita. Bagaimana cara kita mengetahui berapa kalor pembakaran yang dihasil-kan, akan kita dapatkan melalui materi dalam bab ini. Bab III
Kimia Kelas XI38KataKunci• Azas kekekalan energi• Sistem• Lingkungan• Kalor• Eksoterm• Endoterm• Entalpi• Siklus HessGermain Henri Hess (1802-1850) adalah kimiawan dari Rusia. Ia merupakan pioner dalam termokimia dan seb-agai doktor yang memfor-mulasikan Hukum Hess.www.cartage.org.lbwww.caton.orgGambar 3.1 (a) Ahli kimia sedang menerapkan termokimia.(b) Mesin pabrik yang telah diperhitungkan energinya oleh ahli teknik kimia.(b)(a)www.meddings.co.ukDalam mempelajari termokimia, kalian akan mendiskusikan tentang hukum kekekalan energi, sistem dan lingkungan, reaksi eksoterm dan endoterm, serta pengertian entalpi (perubahan energi) dan perubahan-nya. Kalian juga akan melakukan percobaan penentuan entalpi dengan kalorimeter. Setelah mempelajari bab ini pula, kalian akan mampu meng-hitung perubahan entalpi reaksi melalui percobaan, melalui diagram siklus Hess, data entalpi pembentukan standar, dan melalui energi ikatan. A. Pengertian TermokimiaSebuah kayu bakar mengandung karbon yang apabila dibakar akan menghasilkan suatu kalor dengan nilai tertentu. Untuk mengetahui bagaimana menghitung kalor dari suatu reaksi diperlukan ilmu termo-kimia. Termokimia berasal dari bahasa Yunani thermos yang berarti ‘panas’ atau ‘kalor’ dan kimia. Termokimia merupakan ilmu kimia yang mempe-lajari banyaknya panas yang dilepas atau diserap (disorpsi) akibat reaksi kimia. Ilmu ini digunakan untuk memperkirakan perubahan energi yang terjadi dalam proses reaksi kimia, pembentukan larutan, maupun pada perubahan fase zat.Para pengguna proses yang terkait dengan termokimia adalah ahli ilmu pengetahuan (scientist) dan ahli teknik (engineer). Misalnya, ahli kimia yang menerapkan termokimia untuk menghitung kalor pembakaran senyawa ter-tentu, atau ahli teknik kimia yang menggunakannya untuk merancang pabrik.Termokimia merupakan cabang dari ilmu termodinamika, yang mempelajari tentang kalor yang menyertai proses perubahan kimia dan perubahan fisika. Termokimia dipelopori oleh Germain Henri Hess, atau biasa disebut Hess. Salah seorang gurunya adalah Jons Jacob Ber-zelius (1779-1848) yang menemukan rumus simbol atom. Salah satu hasil penemuan Hess adalah senyawa gula yang dioksidasi dengan oksigen menghasilkan asam sakarida. Selanjutnya, bila gula ini direaksikan dengan NaOH, akan terbentuk sakarin yang berguna sebagai bahan pemanis.Hess memperoleh gelar profesor pada tahun 1830 dari institut teknolo-gi di St. Petersburg. Tesisnya yang sangat terkenal berjudul “Banyaknya Kalor dalam Reaksi Kimia Tidak Tergantung Jalannya Reaksi tetapi Tergan-www.iuvt.fh-wiesbaden.de
39Termokimiatung dari Keadaan Awal dan Akhir Reaksi”, telah dipublikasikan pada tahun 1840 dan dikenal sebagai Hukum Hess atau Hess Law. Buku-bukunya ten-tang ilmu kimia banyak digunakan sebagai standar kerja di Rusia selama beberapa puluh tahun. Hess meninggal pada tanggal 30 November 1850.Sebelum kita melangkah lebih jauh tentang apa yang diajarkan Hess, kita perlu memahami dahulu tahap-tahap yang perlu kita kaji, yaitu se-bagai berikut.B. Hukum Kekekalan EnergiHukum Kekekalan Energi disebut juga sebagai Hukum Termodi namika I. Hukum ini ditemukan berkat beberapa percobaan yang dilakukan James Prescott Joule (1818–1889), seorang ahli fisika berkebangsaan Inggris. Hukum Termodinamika I menyatakan:Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk energi satu ke bentuk energi yang lain.Sebagai penghargaan atas jasanya, nama James Prescott Joule diaba-dikan sebagai nama satuan energi, yaitu joule. Joule merupakan satuan menurut Sistem Internasional (SI), dengan rincian: joule = newton × meter(J) = kg . m . s-2× m = kg . m2 . s-2Satuan joule dapat dikonversi (diubah) ke dalam satuan energi yang lain, seperti berikut.1 kJ = 1000 J1 kalori = 4,184 J 1 kkal = 1000 kal1liter atm = 101,2 joule1. EnergiEnergi didefinisikan sebagai kemampuan suatu materi untuk melaku-kan kerja. Energi yang akan kita pelajari dalam termokimia adalah “energi dalam” dari suatu sistem/reaksi-reaksi kimia.Suatu benda dapat memiliki energi dalam bentuk energi kinetik dan energi potensial. Jumlah energi yang dipunyai benda tersebut merupakan jumlah energi kinetik dan energi potensialnya. Suatu benda memiliki en-ergi kinetik apabila ia bergerak. Energi kinetik bisa berupa energi translasi, rotasi, vibrasi, bunyi, panas, dan listrik. Adapun energi potensial dimiliki benda bila ia ditarik atau didorong oleh benda lain, sehingga apabila benda tidak memiliki gaya tarik menarik atau tolak menolak, maka benda tersebut tidak memiliki energi potensial.Gambar 3.2Reaktor nuklir menghasilkan energi nuklir yang dapat dimanfaatkan untuk bidang kedokteran maupun perta-nian.Whyman, 2006, hlm. 13James Prescott Joule (1818-1889), ahli fisika berkebangsaan Inggris yang mengemukakan Hukum Termodinamika I.Microsoft Encarta Premium 2006www.biografiasyvidas.com
Kimia Kelas XI40Dalam keseharian, tanpa kita sadari, kita telah memanfaatkan ber-bagai energi, misalnya energi panas untuk menjemur pakaian, energi lis-trik dan cahaya untuk penerangan, serta energi kimia di dalam LPG untuk memasak. Tidak ketinggalan pula energi nuklir yang digunakan dalam du-nia kedokteran untuk mengobati berbagai penyakit, mensterilkan alat-alat kedokteran di rumah sakit, memproses bibit tanaman menjadi tanaman unggul, dan lain-lain. Sifat perpindahan energi telah dimanfaatkan pemerintah untuk mendirikan PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) maupun PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir).Dalam termokimia, energi yang akan kita pelajari adalah energi yang berlangsung dalam reaksi kimia. Perhitungan energi dalam reaksi kimia menggunakan besaran yang disebut entalpi atau H. Entalpi tidak dapat berdiri sendiri, namun berkaitan erat dengan energi dalam atau E, dan kerja (w) yang dilakukan oleh sistem.Gambar 3.3(a) Energi panas digunakan untuk mengeringkan pakaian yang sedang dijemur.(b) Energi listrik digunakan untuk penerangan.(c) Energi kimia dari LPG dimanfaatkan untuk memasak.Gambar 3.4PLTN mengubah energi nuklir menjadi energi listrikDiskusiKetika kita sedang menyambungkan kabel seterika ke stop kon-tak, maka energi listrik mengalir dari stop kontak melewati kabel menuju ke arah seterika kita. Sesaat kemudian, kita menye terika pakaian kita hingga halus. Selesai menyeterika, kabel kita cabut dan aliran listrik ke seterika berhenti. Pergi ke manakah energi listrik ketika kita sedang menyeterika? Terangkan proses yang terjadi sehubungan dengan Hukum I Termodinamika. Diskusikan jawaban kalian bersama teman-teman sekelompok.(a)(b)(c)2. Energi DalamEnergi dalam disebut juga internal energy (E) yang merupakan “jum-lah energi“ dari semua bentuk energi yang dimiliki oleh sistem molekul atau benda. Energi dalam terdiri dari energi kinetik dan energi potensial. Energi dalam suatu sistem dapat berubah bila sistem menyerap atau me-lepas panas. Energi dalam akan bertambah apabila:a. sistem menyerap/menerima panasb. sistem menerima kerjaimage.blog.livedoor.comTempo, 21-27 Februari 2005, hlm. 147 Dok. PIMDok. PIM
41TermokimiaEnergi dalam berkurang apabila:a. sistem melepaskan panasb. sistem melakukan kerjaEnergi dalam dari suatu sistem tidak dapat diukur, namun perubahan-nya dapat diukur dan dinyatakan sebagai ΔE dengan perumusan sebagai berikut. 3. Kalor Kalor adalah energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya, dikarenakan adanya perbedaan suhu di antara keduanya. Kalor dapat berpindah dengan tiga macam cara: a. Konduksi (hantaran), yaitu perpindahan kalor melalui mediab. Konversi, yaitu aliran kalor melalui partikel-partikel yang bergerakc. Radiasi, yaitu kalor memancar ke segala arah tanpa mediaAdapun jumlah kalor yang berpindah dari sistem ke lingkungan tergantung dari massa benda (m), kalor jenis (c), kapasitas kalor (C), dan perubahan suhu (T), sehingga untuk menghitung kalor dirumuskan se-bagai berikut. atau Keterangan:q = kalor yang diserap atau dilepas Bila sistem menyerap kalor, q bertanda positif. Bila sistem melepas kalor, q bertanda negatif.m = massa zatc = kalor jenis zatT = perubahan suhu dari sistem C = kapasitas kalor Gambar 3.5Kalor dari sinar matahari berpindah ke bumi melalui radiasi. Gambar 3.6(a) Konduksi, panas dari api kompor merambat dari dasar panci melalui pengaduk sampai ke ujungnya(b) Konveksi, panas dari api kompor merambat melalui partikel-partikel air di dasar panci naik sampai ke permukaanΔE = E - Eprodukreaktan(a)(b)q = m.c.Tq = C.T50.000 Photo Art
Kimia Kelas XI424. Kerja Kerja (work = w) adalah bentuk energi yang dipertukarkan dan dapat dinyatakan sebagai gaya yang bekerja melalui suatu jarak tertentu. Dengan kata lain, dapat dinyatakan bahwa kerja adalah hasil kali antara gaya dan jarak yang dirumuskan sebagai berikut. w = F h, sedangkan F = P A maka w = P A hkarena A x h = perubahan volume maka Satuan gaya menurut Satuan Internasional (SI) adalah joule. Jika P dalam atm dan V dalam liter, maka w = P (atm) V (L). Untuk gas ideal, besarnya kerja adalah hasil kali antara perbandingan mol gas hasil reaksi dan pereaksi dengan perubahan suhu atau w = nRT. Akibatnya, ber-pengaruh terhadap perubahan E dalam dan perubahan entalpi. Adapun hubungan perubahan energi dan jumlah mol gas dalam suhu adalah:H = E + nRT dengan: H = perubahan energiE = perubahan energi dalamn = moln = Σ mol gas hasil reaksi - Σ mol gas pereaksi T = suhu reaksiLalu bagaimana cara mengubah L.atm menjadi joule? Kalian dapat me-nemukan jawaban yang tepat dengan menengok penjelasan sebelumnya.Bila sistem melakukan kerja, w bertanda negatif. Bila sistem menerima kerja, w bertanda positif.Hubungan antara energi dalam kalor reaksi dinyatakan dalam Hukum Termodinamika I. Hukum Termodinamika IEnergi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk energi satu ke bentuk energi yang lain.Secara matematis, Hukum Termodinamika I dapat dinyatakan dalam rumus berikut.Keterangan:E = perubahan energi dalam (J)q = jumlah kalor yang diserap atau dilepas (J) w = kerja (J)Untuk memperjelas perumusan di atas, perhatikan baik-baik contoh soal berikut.w= P VGambar 3.7Seorang petani sedang melakukan kerja ketika mengangkut barang-barang dengan gerobak sejauh jarak yang ia tempuh.E = q + wwww.kompas.com
43TermokimiaContohHitunglah perubahan “energi dalam atau E”, bila:a. sistem menyerap kalor 100 J dan melakukan kerja 50 Jb. sistem melepas kalor 100 J dan dilakukan kerja terhadap sistem de-ngan energi sebesar 200 Jc. sistem melepas kalor 150 J dan melakukan kerja dengan energi 100 JPenyelesaian:Diketahui: a. q = 100 J, w = -50 J b. q = -100 J, w = 200 J c. q = -150 J, w = -100 JDitanyakan : E.Jawab: a. E = q – w = (100 – 50 ) J = 50 J b. E = - q + w = (-100 + 200) J = 100 J d. E = - q – w = ( - 150 – 100) J = - 250 J5. Entalpi Entalpi disebut juga sebagai heat content (H), yakni besarnya kalor reaksi yang diukur pada tekanan tetap. Hubungan entalpi dengan energi dalam dapat dilihat dari perumusan berikut.H = E + wdengan w = P V, sehingga: H = E + (P V)Entalpi dari suatu reaksi tidak dapat diukur, namun demikian pe-rubahan entalpinya dapat diketahui. Entalpi secara keseluruhan dihitung dengan rumus berikut. Keterangan:Hp = jumlah entalpi produk/hasil reaksiHr = jumlah entalpi reaktan/pereaksiC. Sistem dan LingkunganPengertian sistem adalah bagian dari keseluruhan yang kita pelajari, sedangkan lingkungan adalah sesuatu yang berada di luar sistem. Sebagai contoh, bila kita i ngin mempelajari pertumbuhan dari sebatang pohon, maka pohon tersebut dikatakan sebagai sistem, sedangkan sesuatu di luar pohon disebut lingkungan. Contoh yang lain bila kita mempelajari budaya bangsa Indonesia, maka budaya bangsa Indonesia disebut sistem, sedang di luar budaya bangsa Indonesia disebut lingkungan.H = Hp – Hr
Kimia Kelas XI44Dalam termokimia, zat-zat yang disebut sistem adalah zat-zat yang kita reaksikan dalam tabung reaksi, sedangkan di luar zat-zat pereaksi disebut lingkungan. Untuk mempelajari sistem, kita dapat melangsungkan suatu reaksi dalam dua kondisi, yaitu terbuka dan tertutup. Sistem terbuka artinya hal-hal yang kita pelajari berada di bawah tekanan udara luar yang relatif konstan dan nilainya berkisar 1 atm. Con-toh sistem terbuka adalah penguapan air laut, pengaratan berbagai macam logam, usia terbentuknya buah pada tanaman tertentu, dan lain-lain. Sistem tertutup disebut juga sistem terisolasi, artinya sistem yang dilaku-kan dalam ruang tertutup. Dalam sistem tertutup, volume sistem relatif konstan, sedangkan tekanannya akan berubah. Adakah hubungan antara sistem dengan lingkungan? Keduanya sa-ling memengaruhi, karena sistem dapat menyerap panas dari lingkungan atau melepaskan panas ke lingkungan. Amatilah gambar berikut.Dari gambar 3.9 kita dapat menangkap hubungan yang jelas antara sistem dan lingkungan. Sistem menyerap panas dari lingkungan, seperti di-tunjukkan pada Gambar 3.9 (a), sehingga H atau entalpinya berharga positif. Sebaliknya, bila sistem melepas kalor ke lingkungan, seperti pada Gambar 3.9 (b), maka entalpinya berkurang dan H-nya berharga negatif.Gambar 3.8Zat di dalam tabung disebut sistem, sedangkan tabung dan selainnya disebut se-bagai lingkungan.Gambar 3.10Pembuatan garam dilakukan dengan menguapkan air laut. Penguapan ini meru-pakan sistem terbuka.Gambar 3.9(a) Es mencair karena menyerap kalor dari lingkungan.(b) Air membeku menjadi es karena melepas kalor.(a)(b)DiskusiSeorang kimiawan sedang memisahkan alkohol dari larutan campuran alkohol-air menggunakan alat destilasi sederhana berikut.Tentukan mana sistemnya, dan mana pula yang disebut sebagai lingkungan. Bagaimana dengan kedudukan air yang keluar masuk seperti pada gam-bar di samping? Diskusikan bersama te-man-temanmu. Carilah penjelasan yang tepat untuk setiap jawaban kalianlarutan tehair masukair keluarekstrak[email protected]Whyman, 2006, hlm. 7
45TermokimiaD. Reaksi Eksoterm dan EndotermBerdasarkan arah berpindahnya kalor dalam sistem dan lingkungan, maka reaksi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu reaksi eksoterm dan reaksi endoterm. Dikatakan reaksi eksoterm (berasal dari kata eks (keluar) dan therm (panas)) apabila kalor berpindah dari sistem ke lingkungan, artinya sistem melepas kalor. Adapun reaksi endoterm terjadi apabila sistem me-nyerap kalor atau kalor berpindah dari lingkungan ke sistem.1. Reaksi EksotermPernahkah kalian memperhatikan bahwa setiap kali selesai makan nasi, badan kita menjadi gerah? Mengapa demikian? Mari kita ingat kem-bali proses asimilasi. Dalam tubuh, nasi yang kita makan akan bereaksi dengan oksigen yang kita hirup dengan reaksi seperti berikut. Cn(H2O)m + O2n CO2 + m H2O + energi Persamaan termokimianya: amilum + O2(g)n CO2(g) + m H2O(aq)H = -X kJEnergi dalam bentuk panas yang dilepas tubuh inilah yang menyebabkan gerah. Di dalam reaksi eksoterm, panas berpindah dari sistem ke lingkung-an, karenanya panas dalam sistem berkurang sehingga H-nya bertanda negatif. Secara matematis, H dirumuskan sebagai berikut. H = H hasil reaksi – H pereaksiKarena hasilnya negatif, berarti H hasil reaksi lebih rendah dari H pereaksi, dan digambarkan dalam diagram berikut. Arah panah ke bawah menunjukkan bahwa energi semakin berkurang karena sebagian terlepas.2. Reaksi EndotermReaksi endoterm merupakan kebalikan dari reaksi eksoterm. Dalam reaksi ini, sistem menyerap kalor dari lingkungan sehingga harga entalpi reaksinya bertambah besar dan H-nya berharga positif, atau H hasil reaksi–H pereaksi > 0. Karena hasilnya positif, berarti H hasil reaksi lebih tinggi dari H reaksi, dan digambarkan dalam diagram berikut. Gambar 3.11Pembakaran merupakan reaksi eksotermik yang melepaskan energi kesekelilingnya.Diagram reaksi eksotermAwal reaksi/H yang dimiliki sistem di awal reaksiAkhir reaksi / H disaat akhir reaksiH = H akhir reaksi – H awal reaksiHTipsH = H hasil reaksi – H pereaksiReaksi eksoterm: H < 0Reaksi endoterm: H > 0Gambar 3.12Pengembunan merupakan reaksi eksoterm. Uap air melepas kalor ke sekeliling-nya untuk berubah fase menjadi cair.Dok. PIM50.000 Photo Art
47Termokimiakemudian aduk hingga larut semua. Tutuplah beker gelas dan rasakan suhu pada beker. Buka tutupnya, kemudian cium bau yang timbul.4. Campurkan 3 sendok spatula serbuk belerang dengan 1 spatula serbuk besi ke dalam tabung reaksi. Panaskan tabung tersebut hingga campuran mulai berpijar. Hentikan pemanasan dan amati apa yang terjadi sebelum, selama, dan sesudah pemanasan.E. Hasil PercobaanIsilah tabel berikut berdasarkan hasil pengamatan kalian dengan penjelasan serinci mungkin.NoKegiatanPengamatan1Pelarutan natrium karbonat dalam akuades2Pelarutan natrium hidroksida dalam akuades3Pencampuran barium hidroksida hidrat dan amonium kloridaa. penampakan fisik sewaktu pencampuranb. suhu yang dirasakanc. bau yang dicium4Pencampuran belerang dan serbuk besia. sebelum pemanasanb. selama pemanasanc. setelah pemanasan akuadespengadukNH4ClBa(OH)2.8H2Opemanastabung reaksipenjepitserbukbelerangserbukbesi(3)(4)Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.1. Apa yang dimaksud dengan sistem dan ling-kungan? Berikan satu saja contoh sistem dan lingkungannya.2. Bagaimana pengaruh sistem terhadap ling-kungan?3. Tuliskan persamaan reaksi termokimia untuk reaksi di bawah ini.a. CuO padat terurai menjadi Cu padat dan O2 gas menyerap panas sebesar 155,08 kJ.b. Gas H2 ditambah gas O2 membentuk H2O liquid menyerap panas 285,83 kJ4. Tunjukkan dengan diagram energi un-tuk soal nomor 3.5. Termasuk reaksi eksoterm atau-kah endoterm reaksi-reaksi beri-kut? Jelaskan. a. fotosintesisb. proses pembakaran bensin dalam ken-daraan bermotor c. respirasi atau pernapasand. fermentasi e. pembusukan sampahUji KompetensiWARNINGGunakan penjepit untuk memegangi tabung reaksi yang dipanaskan. Arahkan muka tabung ke tempat kosong.F. PembahasanAnalisalah hasil kegiatan yang telah kalian lakukan hingga kalian paham betul dan bisa membedakan reaksi eksoterm dengan endoterm.G. KesimpulanTariklah kesimpulan tentang perbedaan reaksi eksoterm dengan reaksi endoterm berdasarkan hasil kegiatan kalian.
Kimia Kelas XI48Sebelum kita mempelajari cara menentukan harga entalpi dari suatu reaksi, kita perlu tahu apakah semua senyawa kimia menyebabkan adanya perubahan entalpi. Ternyata tidak, hanya campuran yang bereaksilah yang mengakibatkan terjadinya perubahan entalpi. Dengan kata lain, campuran yang tidak membentuk senyawa baru tidak menimbulkan perubahan en-talpi. Perhatikan contoh berikut. NaCl(aq) + KBr(aq) NaBr(aq) + KCl(aq)Pada reaksi di atas, seolah-olah terbentuk zat baru yaitu NaBr dan KCl. Kenyataannya tidaklah demikian, karena senyawa di atas dalam larut-an berbentuk ion. Bila ditulis dengan reaksi ion akan tampak jelas bahwa tidak terjadi zat baru, artinya fase zat-zat sebelum dan sesudah reaksi tetap. Adapun reaksi ionnya dituliskan seperti berikut ini.Na+(aq) + Cl-(aq) + K+(aq) + Br-(aq)Na+(aq) + Cl-(aq) + K+(aq) + Br-(aq)E. Persamaan TermokimiaBagaimana cara menuliskan persamaan termokimia? Penulisan reaksi persamaan termokimia mirip dengan penulisan reaksi biasa, termasuk macam atom dan jumlah atomnya. Perbedaannya, H reaksi pada penu-lisan persamaan termokimia harus disertakan. Yang tidak boleh dilupakan, kita harus menuliskan fase dari zat-zatnya, misalnya fase padat atau solid (s), fase cair atau aqueous (aq), fase gas (g) serta fase liquid (l) untuk pelarut murni. Simak baik-baik contoh penulisan persamaan termokimia berikut. Na(s) + ½ Cl2(g) NaCl(s)H = - 411 kJ/mol N2(g) + O2(g) 2 NO(g)H = + 180,5 kJ/molPerlu kita ketahui bahwa besarnya entalpi tergantung dari jumlah mol zat pereaksi, wujud zat padat, cair atau gas, dan keadaan dari sistem (dilakukan pada kondisi tertutup atau terbuka). Artinya, perbedaan jum-lah mol, perbedaan wujud zat, serta perlakuan terhadap sistem tertutup maupun terbuka menentukan perbedaan entalpinya.Pengukuran terhadap perubahan entalpi dapat dilakukan pada kon-disi standar dan non-standar. Kondisi standar dilakukan pada suhu 25 C atau 298 K dan tekanan 1 atm. Pengukuran pada kondisi standar dinota-sikan dengan H atau H298, sedang di luar kondisi standar dinyatakan dengan H saja. Perubahan entalpi dinyatakan dengan satuan kilo joule (kJ) atau joule (J). Apabila pengukuran H dilakukan untuk 1 mol zat pada kondisi standar, maka H tersebut dinamakan sebagai entalpi molar dengan satuan kJ/mol. Dalam termokimia dikenal ada beberapa jenis entalpi molar, yaitu: 1. Entalpi Pembentukan Standar (Hf°)Hf adalah besarnya perubahan entalpi (kalor) yang dibebaskan atau diserap pada pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsurnya. Sebagai contoh, entalpi pembentukan metanol cair atau CH3OH(l) adalah -238,6 kJ/mol. Artinya, untuk membentuk satu mol metanol cair dari karbon, MetanolMerupakan zat cair tak berwarna,mudah terbakar, dan bersifat racun. Dapat membutakan mata bila terminum berlebihan. Digu-nakan sebagai pelarut, zat anti beku, dan bahan baku industri kimia.Mulyono, 2006, hlm. 271
Kimia Kelas XI50Beberapa entalpi pembakaran senyawa dapat kalian lihat pada Tabel 3.2 berikut.Tabel 3.2 Kalor Pembakaran Beberapa Senyawa KimiaSenyawaPersamaan TermokimiaΔHcº(kJ/mol)Asetilena (C2H2(g))C2H2(g) + 5/2 O2(g)2 CO2(g) +2 H2O(l)-1256Belerang S(s)S(s) + O2(g)SO2(g)- 297Propana (C3H8(g))C3H8(g) + 5 O2(g)3 CO2(g) +2 H2O(l)- 2218Butana (C4H10(g))C4H10(g) + 13/2 O2(g)4 CO2(g) + 5 H2O(l)- 2877Etanol(C2H5OH(l))C2H5OH(l) + 3 O2(g)2 CO2(g) + 3 H2O(l)-1371Hidrogen (H2(g))H2(g) + 1/2 O2(g)2 H2O(l)- 285,85Isooktana (C8H18 (g))C8H18(g) + 25/2 O2(g)8 CO2(g) + 9 H2O(l)-5460Karbon (C(s))C(s) + O2(g)CO2(g)-393,5Karbon monoksida (CO(g))CO(g) + 1/2 O2(g)CO2(g)- 283Metana (CH4(g)) CH4(g) + 2 O2(g)CO2(g) + 2 H2O(l)- 802Metanol (CH3OH(l))CH3OH(l) + 3/2 O2(g)CO2(g) + 2 H2O(l)- 638Apabila proses pembakaran senyawa hidrokarbon sempurna, akan dihasilkan gas CO2 dan H2O. Namun, apabila pembakaran senyawanya tidak sempurna, gas CO dan H2O yang akan menjadi hasilnya. Berikut contoh soal persamaan termokimia tentang pembakaran senya-wa hidrokarbon. Cermati dan pelajari baik-baik agar kalian lebih paham.ContohBerapa kJ panas yang dihasilkan oleh 1 tangki kendaraan bermotor yang bervolume 3,5 L, jika berat jenis bensin setelah dihitung secara kasar adalah 0,7 kg/L. (Hc isooktana = -5460 kJ/mol, Mr isooktana = 114 kg/mol)Penyelesaian:Diketahui: Volume tangki kendaraan (v)= 3,5 L Berat jenis bensin (ρ) = 0,7 kg/LHc isooktana = -5460 kJ/molDitanyakan : Hc pada tangki kendaraan.Jawab : Nassa tangki kendaraan = 3,5L × 0,7 kg/L = 2,45 kgHc tangki = mol × (-5450) kJ/mol = 117127,19 kJ Jadi, panas yang dihasilkan adalah 117127,19 kJTipsBeda antar-HH1 mol zattandaHfterbentuk + atau -Hdterurai + atau -Hcterbakar -Oxtoby, 2001, hlm. L31-L38 (dengan pengembagan)
51Termokimia4. Entalpi Netralisasi Standar (Hn = Standard Enthalpy of Netralization)Hn adalah banyaknya kalor yang dibebaskan atau diperlukan untuk menetralkan 1 mol asam dengan basa atau 1 mol basa dengan asam. Con-tohnya pada reaksi natrium hidroksida dan asam sulfat berikut.2 NaOH(aq) + H2SO4(aq)Na2SO4(aq) + H2O(aq)H = - 57,27 kJArtinya, untuk menetralkan 1 mol H2SO4 dengan NaOH, dilepas-kan kalor sebesar 57,27 kJ, atau untuk menetralkan 1 mol NaOH dengan H2SO4 dilepaskan kalor sebesar ½ x (–57,27) kJ = - 28,635 kJ.F. Penentuan H Reaksi Perubahan H reaksi dapat ditentukan dengan beberapa cara, yakni dari hasil eksperimen, dari penerapan Hukum Hess, atau dengan data en-talpi pembentukan dan energi ikatan.1. Berdasarkan eksperimenSalah satu cara yang digunakan untuk mengukur perubahan entalpi reaksi adalah dengan kalorimetri, yaitu proses pengukuran jumlah panas dari sistem reaksi menggunakan kalorimeter. Berdasarkan fungsinya, kalo-rimeter dibedakan menjadi:a. Kalorimeter tipe reaksi (sederhana), yaitu kalorimeter untuk menen-tukan kalor reaksi dari semua reaksi, kecuali reaksi pembakaran. Kalo-rimeter tipe ini memiliki bejana yang terbuat dari Styrofoam, namun ada pula yang terbuat dari aluminium. Kalorimeter tipe reaksi dapat juga digunakan untuk menentukan kalor jenis logam.b. Kalorimeter tipe Bom, berfungsi untuk menentukan jumlah kalori dalam bahan makanan berdasarkan reaksi pembakaran (biasanya diok-sidasi dengan oksigen).Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.1. Tuliskan persamaan termokimia untuk ΔHfºC2H2(g) = 226,7 kJ/mol. 2. Diketahui persamaan reaksi½ N2(g) + ½ O2(g)NO(g)ΔH = + 90,37 kJ/mol Tentukan:a. Jenis reaksinya (pembentukan, pengu-raian, ataukah pembakaran)b. ΔH reaksi untuk membentuk 2 mol gas NOc. ΔH reaksi untuk menguraikan 2 mol gas NOd. ΔH reaksi untuk membakar 1 mol N23. Dari persamaan reaksi: 2 Ca(s) + 2 C(s) + 3 O2(g)2 CaCO3(s)ΔH = -2414 kJ tentukan: a. ΔHf CaCO3b. ΔHd CaCO34. Logam magnesium yang dibakar di udara dapat bereaksi sebagai berikut. 3 Mg(s) + N2(g)Mg3N2(s)ΔH = 28 kJHitunglah entalpi penguraian 2 mol Mg3N2.5. Gambarkan dalam bentuk diagram tingkat energi.a. Cu(s) + S(s) + 2 O2(g) CuSO4(s)ΔH= -769,98 kJb. KClO4(s) K(s)+ ½ Cl2(g)+ 2 O2(g)ΔH = + 430,1 kJUji Kompetensi
Kimia Kelas XI52c. Kalorimeter Thiemann, digunakan untuk menentukan kalor bahan bakar yang berfase cair seperti metanol atau etanol.d. Kalorimeter listrik, untuk menentukan kalor jenis zat cairNah, karena yang akan kita ukur adalah banyaknya kalor dari reaksi kimia, maka kalorimeter yang kita pelajari adalah kalorimeter tipe reaksi. Prinsip kerja dari kalorimeter ini menggunakan Azas Black, yaitu jumlah kalor yang dilepas suatu benda sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh benda lain, atau q dilepas = q diterima. Adapun besarnya transfer kalor tersebut tergantung pada faktor-faktor berikut.a. jumlah zatb. kalor jenis zatc. perubahan suhud. kapasitas kalor dari kalorimeterRumus yang digunakan untuk menghitung jumlah kalor bila kalor dari kalorimeter diabaikan adalah sebagai berikut.Namun, bila kalor dari kalorimeter diperhitungkan, rumusnya men-jadi:Keterangan:q = kalor reaksi (J)m = massa zat( g)c = kalor jenis zat (J/g C atau J/gK)ΔT = perubahan suhu (C atau K)C = kapasitas kalor zat (J/C atau J/K)Perlu diketahui juga, yang dimaksud dengan kalor jenis (c) adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1 C sedangkan kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang dibutuhkan un-tuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1C atau 1. Untuk mempermudah pemahaman kalian, mari kita lakukan tugas di rubrik Aktivitas berikut.q = (m c ΔT) + (C ΔT)q = m c ΔT Gambar 3.15Kalorimeter es dapat diguna-kan untuk mengetahui kapa-sitas kalor spesifik dari air.Gambar 3.14(a) Kalorimeter tipe reaksi (b) Kalorimeter tipe Bom(a)(b)Oxtoby, 2001, hlm. 200Oxtoby, 2001, hlm. 196IsolasiAir EsSistem
Kimia Kelas XI54DiskusiApabila digunakan larutan H2SO4 0,5 M sebagai pengganti HCl, atau asam lain yang jumlah mol asam dan basanya tidak stoikiometris, adakah perbedaan perubahan entalpinya? Diskusikan dengan teman sekelompok kalian, carilah alasan yang tepat, kemu-dian presentasikan hasilnya di depan kelas.Agar kalian dapat lebih jelas memahami perhitungan perubahan en-talpi berdasarkan percobaan menggunakan kalorimeter, berikut diberikan beberapa contoh soal.Contoh1. 10 g NaOH dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi 150 g air. Jika kalor jenis air = 4,2 J/g C dan selisih suhu sebelum dan sesudah reaksi 5 C, maka hitunglah:a. Kalor pelarutan NaOH, bila jumlah kalor dari kalorimeter diabaikan.b. Kalor pelarutan NaOH, bila menggunakan bejana aluminium dan tanpa mengabaikan banyaknya kalor dari kalorimeter (kapa-sitas kalor dari kalorimeter = 9,1 kJ/C) Penyelesaian:Diketahui : Massa NaOH = 10 g Massa H2O = 150 g Massa larutan = 160 g c = 4,2 J/g C C = 9,1 kJ/CT = 5 CDitanyakan : q. Jawab : a. Bila kalor dari kalorimeter diabaikan, maka: q = m c T = 160 g 4,2 J/g C 5 C = 3360 JJadi, kalor pelarutan NaOH adalah 3360 J.b. q = q larutan NaOH – q kalorimeter. Karena dalam pelarutan NaOH terjadi kenaikan suhu, maka sistem melepaskan kalor. Oleh karena itu, tanda untuk larutan NaOH negatif, sehingga:q = - (q larutan + q kalorimeter) = - (m c t larutan + C t kalorimeter) = -((160 g 4,2 J/g C 5 C) + (9,1 kJ/C 5 C))
55Termokimia = 3360 J+ 45500 J = 48860 JJadi, kalor pelaruan NaOH adalah 48860 J.2. Berapakah jumlah kalor yang diterima 1 kg air bila dipanaskan dari suhu 20 C menajadi 30 C? (diketahui kalor jenis air = 4,2 J /g C) Penyelesaian:Diketahui: m = 1 kg = 1000 gT= (30-20) C = 10 C c = 4,2 J/g CDitanyakan : q.Jawab : q = m c T = 1000g 4,2 J/gC 10C = 42 kJ Jadi, kalor yang diterima 1 kg air sebesar 42 kJ.3. 50 mL NaOH 0,1 M direaksikan dengan 50 mL CH3COOH 0,1 Mdalam kalorimeter yang terbuat dari aluminium (dengan kalor jenis aluminium = 9,0 kJ/C) Reaksi ini mengalami kenaikan suhu 4 C. Bila kalor yang diserap aluminium diabaikan, hitunglah kalor reak-sinya (Berat jenis larutan dianggap 1 g/mL, c = 4,18 J/g C) Penyelesaian:Diketahui: VNaOH = 50 mL [NaOH] = 0,1 M V CH3COOH = 50 mL [CH3COOH] = 0,1 M C kalorimeter = 9,0 kJ/CT = 4 C larutan = 1 g/mL kalor yang diserap aluminium diabaikan.Ditanyakan : q.Jawab: Vtotal = 50 ml + 50 ml = 100 mlm = Vtotal = 1 g/mL 100 mL = 100 g q = m c T = 100 g 4,18 J/gC 4 C = 1672 J Jadi, kalor reaksinya sebesar 1672 J.Setelah mencermati dan memahami contoh soal-soal tentang perhitungan perubahan entalpi, kerjakan Uji Kompetensi berikut agar kalian lebih lancar dalam melakukan analisis dan perhitungan perubahan entalpi.
Kimia Kelas XI562. Berdasarkan Hukum HessTidak semua reaksi kimia berlangsung dalam satu tahap, contohnya reaksi pembuatan belerang (baik melalui proses kontak maupun kamar tim-bal) dan reaksi pembuatan besi dari biji besi. Namun, menurut Hess (1840) berapa pun tahap reaksinya, jika bahan awal dan hasil akhirnya sama, akan memberikan perubahan entalpi yang sama. Perhatikan contoh berikut.Contoh1. Reaksi langsung: S(s) + 3/2 O2(g)SO3(g)H = - 395,72 kJReaksi tak langsung, 2 tahap: S(s) + O2(g)SO2(g)H = -296,81 kJ SO2(g) + ½ O2(g)SO3(g)H = - 98,96 kJ Bila dijumlahkan: S(s) + 3/2 O2(g)SO3(g)H = -395,72 kJPersamaan reaksi tersebut dapat dinyatakan dalam diagram tingkat energi atau diagram siklus, seperti pada gambar:Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.1. Pada pelarutan 5,35 g NH4Cl dalam kalo-rimeter, suhu menurun dari 30 °C menjadi 28,5 °C. Jika kapasitas kalor dari kalorim-eter 9100 J/°C, sedang massanya 200 g, hitunglah perubahan entalpi pelarutan untuk 1 mol zat tersebut.2. Berapa joule-kah jumlah kalor yang dapat dilepaskan oleh 20 g uap air pada suhu 100 °C sehingga suhu akh-irnya menjadi 110 °C? (kalor jenis air = 4,2 J/ g°C)3. 10 gram zat A dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi 100 mL air, ternyata menghasilkan kalor sebanyak 1672 J. a. Hitunglah besarnya kenaikan/penurunan suhu reaksi?b. Tentukan reaksinya, eksoterm atau endoterm?c. Jika suhu awal reaksi = 30 C berapakah suhu akhirnya?Uji KompetensiKeadaan awal–296,81–395,720S(s) + ½O2(g)SO2(g) + ½O2(g)SO3(g)Keadaan akhirH2H1H3(kJ)
57TermokimiaDiagram di atas juga dapat digambarkan sebagai berikut.Cara menghitung entalpi berdasarkan Hukum Hess dapat diperhati-kan lagi dari contoh soal no. 2.2. Tentukan harga entalpi dari reaksi: C(s) + 2 H2(g) + ½ O2(g)CH3OH(g) Bila diketahui: I. CH3OH(g) + 2 O2(g)CO3(g) + 2H2O(g)H = - 764 kJ II. C(s) + O2(g)CO2(g)H = - 393,5 kJ III. H2(g) + ½ O2(g)H2O(g)H = - 241,8 kJAgar kalian dapat menjawab dengan mudah, cermati dan ikuti lang-kah-langkah berikut.1. Sesuaikan reaksi yang diketahui dengan reaksi yang ditanyakan, baik letak senyawa, jumlah mol, maupun besarnya entalpi.2. Apakah letak senyawa atau unsur yang ditanyakan berlawanan arah dengan reaksi yang ditanyakan? Jika iya, maka reaksi dibalik, termasuk harga entalpinya.3. Apakah jumlah mol belum sama? Jika belum sama, samakan dengan mengalikan atau membaginya dengan bilangan ter-tentu.4. Bagaimana akhirnya? Reaksi dijumlahkan, tapi ingat, unsur yang sama di ruas yang sama dijumlahkan, tapi bila ruasnya berbeda dikurangkan. Anggap saja pereaksi sebagai harta benda kita, hasil reaksi sebagai utang kita. 5. Susun seperti contoh, angka Romawi menunjukkan asal reaksi. 6. Selanjutnya cermati keterangan di belakang reaksi. Jawab: II. C(s) + O2(g)CO2(g)H = - 393,5 kJ. III. 2 H2(g) + O2(g)2 H2O(g)H = - 483,6 kJ I. CO2(g) + 2H2O(g)CH3OH(g)H = + 764 kJ C(s) + 2 H2(g) + 2O2(g)CH3OH(g)H = + 113,1 kJ + O2(g)H1 = -395,72 kJ+ 3/2O2(g)SO2(g)SO3(g)S(s)H2 = 296,81 kJ + ½ O2(g)H3 = –98,96 kJ
59Termokimia3. Berdasarkan Entalpi Pembentukan StandarData dari entalpi pembentukan standar dapat juga digunakan untuk menghitung H reaksi (HR). Zat-zat pereaksi mengurai membentuk unsur-unsurnya, kemudian unsur-unsur hasil uraian tersebut membentuk zat baru. Rumus yang digunakan adalah:Perhatikan contoh perhitungan berikut.Contoh1. CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) + 2 H2O(l)H = - 802 kJ.Berdasarkan entalpi pembentukan standar, hitunglah Hf CH4(g). Jawab:HR= [1 Hf CO2 + 2 Hf H2O] – [Hf CH4 + 3 Hf O2)- 802 kJ = [1(- 393,51) + 2 (-285,83)] – [Hf CH4 + 3 . 0] kJ- 802 kJ = [- 393,51 + (-571,66)] kJ – [Hf CH4] kJHf CH4= - 163,17 kJJadi, entalpi pembentukannya adalah - 163,17 kJ2. Tentukan entalpi pembakaran dari H2S(g), bila entalpi pembentukan H2S, H2O, dan SO2, berturut-turut = 20,6 kJ/mol; - 241,81 kJ/mol; dan – 296,81 kJ/mol. Jawab:Reaksi pembakaran H2S adalah: H2S(g) + ½ O2(g)H2O(g) + SO2(g)HR= [Hf H2O(g) + Hf SO2(g)] – [Hf H2S + Hf O2] = [- 241,81 + (- 296,81)] kJ – [(-20,6) + 0] kJ = 518,02 kJJadi, entalpi pembakarannya adalah 518,02 kJHR = ∑ Hf hasil reaksi – ∑ Hf pereaksi2. Bila ΔHfº C6H6(l) = + 49,00 kJΔHfº H2O(l) = - 241,5 kJΔHfº CO2(g) = - 393,5 kJHitunglah kalor pembakaran reaksi berikut. C6H6(l) + 15/2 O2(g)6 CO2(g) + 3 H2O(g)3. Diketahui: (CH2)3(g) + 9/2 O2(g)3 CO2(g) + 3 H2O(g)ΔH = -a kJ ΔHfº CO2 = - b Kj ΔHfº H2O(l) = - c Kj Hitunglah ΔHfº (CH2)3(g).
61TermokimiaH – F569N N946H – Cl432O = O498H – Br370F – F160C – C345Cl – Cl243C = C611I – I150C – Br275Br – Br190C C837C N891O - H464Bredy, 1999, Lamp. C hlm. 36 Perhitungan H reaksi berdasarkan energi ikatan dan reaksi kimia antarmolekul (bukan antarunsur) merupakan reaksi yang berlangsung dua tahap, yaitu:1. Tahap pemutusan ikatan dari zat-zat pereaksi. Dalam hal ini diperlu-kan kalor (ingat definisi dari Energi Ikatan). 2. Tahap pembentukan ikatan, merupakan pelepasan kalor dan terdapat pada zat hasil reaksi.Adapun proses pemutusan dan pembentukan ikatan dapat digambarkan sebagai berikut. A – B(g) + C – D(g) A – C(g) + B – D(g)Secara umum, perhitungan entalpinya dirumuskan dengan:Dari rumus ini dapat ditentukan:a. H dari reaksi yang bersangkutanb. energi ikatan rata-rata dari suatu molekul c. energi disosiasi ikatan Agar lebih jelas, perhatikan contoh soal perhitungan berdasarkan ener-gi ikatan berikut.Contoh1. Hitunglah entalpi pembakaran metanol menjadi formaldehid dengan reaksi berikut. CH3OH(g) + ½ O2(g)HCHO(g) + H2O(g)Diketahui energi ikatan rata-rata dari C–H = 415 kJ; C–O = 356 kJ; O–H = 463 kJ; O=O = 498, 3 kJ; dan C=O = 724 kJ. Jawab:Untuk mempermudah menghitungnya, tuliskan dulu rumus struk-turnya, menjadi:Ikatan antara A dan B serta C dan D putus di sini dan memerlukan energiTerbentuk ikatan baru A dan C serta B dan D sambil melepaskan energiH reaksi = energi ikatan pereaksi yang putus - energi ikatan zat hasil reaksi yang terbentuk.
HCHHOH+OOHCOH+HOH
63TermokimiaG. Kalor Pembakaran Bahan BakarSampai saat ini, sumber energi primer yang digunakan oleh sebagian besar negara di dunia adalah fosil. Fosil merupakan bahan bakar yang me ngandung atom karbon (C) dan hidrogen. Fosil terbentuk dari organisme yang hidup pada jutaan tahun silam. Yang termasuk bahan bakar fosil di antaranya adalah batu bara, minyak bumi, dan gas alam (alkana, alkena dan alkuna).Gambar 3.16(a) batu bara , (b) minyak bumi, dan (c) gas alam2. Kerjakan soal-soal berikut dengan menggunakan Hukum Hess, entalpi pembentukan, dan energi ikatan. (lihat Tabel 3.1, 3.2, dan 3.3 untuk data yang kurang.a. Tentukan H untuk reaksi di bawah ini.a. C2H2(g) + 2 H2(g)C2H6(g)b. C2H5OH(l) + 3 O2(g)2 CO2(g) + 3 H2O(l)b. Hitunglah Hf CH3COOH, bila entalpi pembakaran CH3COOH = 88,2 kJ.Apa yang membedakan ketiga bahan bakar fosil tersebut? Tinjaulah pada kandungan kalori yang ada di dalamnya. Kalor pembakaran beberapa zat dapat kalian lihat kembali pada Tabel 3.2. Pembakaran beberapa zat ini ternyata memiliki dampak yang buruk.Selain manfaatnya yang besar dalam kehidupan, fosil memiliki dampak yang merugikan, terutama bila terjadi pembakaran yang kurang sempurna antara atom karbon dengan udara, sehingga bereaksi sebagai berikut. C(s) + ½ O2(g)CO(g), bila pembakaran tidak sempurna C(s) + O2(g)CO2(g), bila pembakaran sempurnaBaik karbon monoksida maupun karbon dioksida, keduanya memi-liki efek samping merugikan bagi manusia dan lingkungan. Gas CO atau karbon monoksida, bila terhirup manusia dan masuk ke paru-paru, akan tersebar ke seluruh tubuh mengikuti aliran darah bersama-sama dengan oksigen. Perlu kita ketahui bahwa daya gabung (afinitas) gas CO terhadap haemoglobin (Hb) darah kurang lebih 200 kali lebih kuat daripada afinitas oksigen (O2) terhadap Hb darah. Dalam tubuh akan terbentuk HbCO lebih banyak daripada HbO2, sehingga tubuh kekurangan oksigen, dan ini akan mengakibatkan kantuk, lemas, pusing, sesak nafas, bahkan kematian. Kelebihan gas CO2 yang jauh melebihi nilai ambang batas akan mengakibatkan “Efek Rumah Kaca” atau Green House Effect, yaitu me-(a)(b)(c)[email protected]www.elsam.or.idindonetwork.co.idBatubara merupakan batuan hidrokarbon padat yang terbentuk dari tetumbuhan dalam lingkungan bebas oksigen, serta terkena penga-ruh tekanan dan panas yang berlangsung sangat lama. Proses pembentukannya (coalification) memerlukan jutaan tahun. Di Indonesia, potensi batubara sangat melimpah, terutama di Pulau Kalimantan dan Pulau Suma-tera, sedangkan di daerah lainnya juga dapat dijumpai batubara walaupun dalam jumlah kecil, seperti di Jawa Barat, Jawa Tengah, Papua, dan Sulawesi.www.tekmira.esdm.go.id
Kimia Kelas XI64ningkatnya konsentrasi gas CO2 di udara sehingga mengakibatkan suhu bumi menjadi lebih tinggi dan bumi semakin panas. Panas matahari yang turun ke bumi sebagian diserap oleh bumi dan sebagian lagi dipantulkan ke atas permukaan bumi. Karena di atas permukaan bumi terakumulasi/terkumpul gas karbon dioksida (CO2), maka penyebaran panas ke ber-bagai penjuru terhalang. Hal ini mengakibatkan panas terkumpul di seki-tar permukaan bumi, hingga menyebabkan suhu bumi meningkat. Selain gas CO dan CO2 yang merupakan hasil pembakaran fosil, masih ada gas lain yang berbahaya, yaitu gas SO2. Gas ini merupakan hasil reaksi antara kandungan belerang yang terdapat di dalam batu bara de ngan O2 di udara pada saat pengolahan batu bara menjadi bahan bakar. Efek yang tidak diinginkan dari keberadaan gas SO2 ini adalah merang-sang saluran pernafasan, menyebabkan iritasi atau peradangan pada sal-uran pernafasan, yang dikenal sebagai ISPA (Infeksi Saluran Pernafasan Atas). Di laboratorium, sering kita menggunakan pemanas listrik atau lam-pu spiritus untuk memanaskan atau mereaksikan zat-zat tertentu. Spiritus yang terdapat dalam lampu biasanya diberi warna biru, dimaksudkan untuk memberikan informasi kepada publik bahwa zat ini hanya boleh di-gunakan untuk pemakaian luar (tidak boleh diminum). Spiritus biasanya merupakan campuran antara etanol dan metanol. Bila terminum etanol akan meme ngaruhi susunan saraf pusat, dan apabila berlebihan orang yang minum akan menjadi tidak sadar, dan mabuk. Adapun efek metanol tak kalah ganas, yaitu dapat membutakan mata. Pernahkah ka-lian mendengar bahwa ada orang minum jamu yang tercampur dengan metanol, dan dalam jangka 12 jam matanya menjadi buta? Maka berhati-hatilah setiap akan menggunakan produkapapun.Gambar 3.17Spiritus, campuran dari eta-nol dan metanol, zat yang sangat mudah terbakarOlah PemahamanJawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.1. Tentukan kalor bahan bakar yang dihasilkan dari 3 g heksana, C6H14 (Ar C = 12, H = 1), untuk memanaskan 150 g air yang mengalami kenai-kan suhu sebanyak 70 °C. Kalor jenis air = 4,2 J/g °C (keberadaan wadah diabaikan).2. 5 g logam magnesium dimasukkan ke dalam gelas kimia yang berisi 200 g air. Jika kalor jenis air = 4,2 J/g °C dan kalor jenis alumunium = 9100 J/°C, hitunglah kalor yang dihasilkan.Gambar 3.19Pohon kering akibat hujan asamkarena kelebihan SO2 di udara Gambar 3.18Pembakaran batu-bara diudara menghasilkan SO2Education ImageProtokol KyotoSebagai upaya mengurang i efek rumah kaca, pada tahun 1997 lebih dari 130 negara menandatangani Protokol Kyoto. Dalam per janjian tersebut, para peserta berkomitmen untuk mengurangi emisi enam gas utama penyebab efek rumah kaca, yaitu CO, CH4, NO, hidrofluorokarbon, dan SF6. Target utama Protokol Kyoto didasarkan pada tingkat emisi keenam gas itu pada tahun 1990. Sehingga, negara-negara industri harus mengurangi emisi gas buang paling tidak 5% di bawah tingkat emisi tahun 1990. Komitmen tersebut akan dimulai pada tahun 2008, dan direncanakan target tercapai 4 tahun kemudian. Microsoft Encarta Premium 2006Dok. PIMDok. PIM
65TermokimiaRangkuman1. Termokimia merupakan ilmu kimia yang mem-pelajari banyaknya panas yang dilepas atau diserap akibat reaksi kimia. Hukum Termo-dinamika I menyatakan “Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk energi satu ke bentuk energi yang lain.”2. Sistem adalah bagian dari keseluruhan yang kita pelajari, sedangkan lingkungan adalah sesuatu yang berada di luar sistem. 3. Reaksi eksoterm terjadi apabila kalor berpin-dah dari sistem ke lingkungan, artinya sistem melepas kalor, sedangkan reaksi endoterm terjadi apabila sistem menyerap kalor atau kalor berpindah dari lingkungn ke sistem. 4. Besarnya entalpi tergantung dari jumlah mol zat pereaksi, wujud zat padat, cair atau gas, dan keaadan dari sistem. Pengukuran ter-hadap perubahan entalpi dapat dilakukan pada kondisi standar dan non-standar. Apa-bila pengukuran H dilakukan untuk 1 mol zat pada kondisi standar, maka disebut entalpi molar dengan satuan kJ/mol. 5. Dalam termokimia dikenal ada beberapa jenis entalpi molar, yaitu: a. Entalpi pembentukanb. Entalpi penguraianc. Entalpi pembakarand. Entalpi penetralan6. Hukum Hess atau Hess Law menya-takan bahwa “Banyaknya kalor dalam reaksi kimia tidak tergantung jalannya reaksi tetapi tergantung dari keadaan awal dan akhir reaksi.”Entalpi Besaran termodinamika yang merupakan ukuran energi dari suatu sistem Entalpi molar Entalpi yang diukur untuk satu mol zat pada keadaan standarEntalpi pembakaran Kalor yang dilepaskan dari pembakaran satu mol zatEntalpi pembentukan Kalor yang diserap atau dilepaskan untuk pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsurnyaEntalpi penetralan Kalor yang diserap atau dibe-baskan untuk menetralkan asam oleh basa, atau sebaliknyaEntalpi penguraian Kalor yang diserap atau dibebaskan pada penguraian satu mol senyawa menjadi unsur-unsurnyaKalor Bentuk energi yang ditimbulkan oleh peruba-han rotasi dan vibrasi dalam benda yang menye-babkan terjadinya perubahan suhuKalorimeter Alat yang yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimiaKalorimeter Bom Alat yang digunakan untuk me-ngukur jumlah kalor yang dibebaskan pada pemba-karan sempurna suatu senyawa, bahan makanan, atau bahan bakarKerja Merupakan salah satu bentuk energi yang me-ngenai suatu sistem sehingga menyebabkan perubah-an energi yang sudah ada pada sistem tersebutKonduksi Perpindahan panas melalui zat penghan tar tanpa disertai perpindahan zat penghantar tersebutKonversi Perpindahan panas melalui zat penghantar disertai dengan perpindahan zat penghantar tersebutLingkungan Bagian di luar sistemRadiasi Perpindahan panas tanpa zat penghantar Reaksi eksoterm Reaksi yang melepaskan kalorReaksi endoterm Reaksi yang menyerap kalorSistem Bagian dari alam atau objek yang menjadi pusat perhatian/pengamatanTermokimia Cabang ilmu kimia yang membahas sifat/perubahan kimia zat dalam hubungannya de-ngan kalor reaksi yang diserap/dibebaskan Glosarium
Kimia Kelas XI66 A Pilihlah jawaban yang tepat.1. Jika 1 kalori = 4,18 joule dan 1 liter atm = 101,2 joule, maka 1 liter atm sama dengan ... kalori.A. 0,042 D. 4,18B. 0,42 E. 24,2C. 2,422. Energi yang berpindah dari sistem ke ling-kungan disebut ....A. kalor D. kalor jeniszB. kerja E. entalpiC. energi dalam3. Suatu sistem menyerap kalor sebesar 150 J dan melakukan kerja 50 J. Perubahan energi dalamnya adalah ... J.A. -100 D. 150B. -50 E. 250C. 1004. Berikut ini merupakan reaksi eksoterm, ke-cuali ....A. PengembunanB. Penguapan airC. Pembakaran kayuD. Pembekuan esE. Pembakaran sampah5. Perhatikan gambar di sam ping. Arah panah merupakan arah perpindahan kalor. Pernyataan yang benar adalah ....A. H < 0B. H pereaksi – H hasil reaksi bernilai negatifC. Reaksi eksotermD. H pereaksi –H hasil reaksi = 0E. H pereaksi = H – H hasil reaksi6. Pada reaksi eksoterm ....A. H sistem < 0B. sistem menyerap kalor dari lingkunganC. H sistem berharga positifD. H sistem = 0E. H sistem > 07. Reaksi yang berlangsung endo-term adalah ....A. N2(g) + 5/2 O2(g)N2O5(g)B. 2 NaOH(aq)+ H2SO4(aq)Na2SO4(aq) + 2 H2O(l)C. H2(g)2 H(g)D. Cl2(g) + 2 e2 Cl-E. H2(g) + ½ O2(g)H2O(g)8. Persamaan termokimia untuk Hf C2H6(g) = -84,68 kJ adalah ....A. 2 C(s) + 3 H2(g)C2H6(g)Hf = + 84,68 kJ B. 2 C(s) + 3 H2(g)C2H6(g)Hf = - 84,68 kJ C. C2H6(g)2 C(s) + 3 H2(g)Hf = - 84,68 kJ D. C2H6(g)2 C(s) + 3 H2(g)Hf = + 84,68 kJ E. C2(g) + 6 H(g)C2H6(g)Hf = - 84,68 kJ 9. Perhatikan diagram berikut.–242–2850H2(g) + ½ O2(g)H2O(g)H2O(l)ΔH(kJ)Kesimpulan diagram ini benar, kecuali ....A. reaksi eksotermB. entalpi pembentukan H2O(g) = -242 kJC. entalpi pembentukan H2O(l) = -285 kJD. entalpi penguraian H2O(l) = -285 kJE. entalpi pengembunan H2O(g) menjadi H2O(l) = + 43 kJ10. 100 cm3 larutan KOH 0,1 M direaksikan dengan 100 cm3 larutan HCl 1 M dalam kalo-rimeter. Suhu larutan naik dari 30 C menjadi 38,5 C. Jika larutan dianggap sama dengan Ulangan HarianairNaCl
67Termokimiaair dengan massa jenis = 1g/mL, dan kalor jenisnya = 4,2 J/g C, maka H reaksi (per mol KOH) = ... kJ. (Ar K = 39, O = 16, H = 1, Cl = 35,5).A. 840 D. -7,14B. 84 E. -71,4C. -714 11. 10 gram zat X dilarutkan dalam 90 g air. Setelah zat X larut semua, suhu larutan meng-alami penurunan dari 30 C menjadi 25,5 C. Jika kalor jenis air = 4,2 J/g C dan kapasitas kalor dari kalorimeter 11,5 J/g C, maka kalor reaksi dalam percobaan ini ... J. (Ingat, kalo-rimeter juga berperan dalam transfer kalor.)A. 1941,75 D. -1890B. 1890 E. 1-941C. 183812. Diketahui bahwa kalor pembakaran besi menjadi FeO(s) = -272 kJ. Kalor bakaran besi menjadi Fe2O3(s) = -824,2 kJ, sedang kalor penguraian Fe3O4(s) = +118,4 kJ. Ka-lor reaksi untuk reaksi : FeO(s) + Fe2O3(s) Fe3O4(s) adalah ... kJ.A. -1074,0 D. -2214,6B. -22,2 E. +22,2C. +249,813. Kalor pembentukan gas CO2 = -394 kJ. Kalor pembakaran 2 mol gas CO = -569 kJ. Kalor yang menyertai pembakaran 40 gram karbon monoksida (Ar C = 12, O = 16) adalah ... kJ.A -547,5 D. +175B. -406,43 E. + 219C. -17514. Diketahui:Hc H2O(l) = -285,5 kJHc Ca(s) = - 634,5 kJCaO(s) + H2O(l)Ca(OH)2(s)H = -64 kJHc Ca(OH)2(s) adalah ... kJ/mol.A. -984 D. +1904B. -1161 E. +1966C. +41315. Bila Hf H2O(l), CO2(g), dan C2H2(g) ber-turut-turut = -285 kJ/mol; -393 kJ/mol; dan =227 kJ/mol, maka jumlah kalor yang dibebaskan pada pembakaran 0,52 gram gas asetilen (C2H2, Mr = 26) adalah ... kJ.A -15,6 D. +25,96B. -25,96 E. +90,50C. +18,116. Perhatikan diagram berikut.2 S(s) + 3 O2(g)H = –790 kJ2 SO3H = x kJH = –197 kJ2 SO2(s) + O2(g)Harga x pada diagram di atas adalah ... kJ.A. -197 D. -593B. +197 E. +1383C. +58317. Dari suatu reaksi dihasilkan Hc dari kar-bon dan hidrogen berturut-turut = - 393,5 kJ dan – 283,8 kJ; sedang Hf C2H6(g) = 226,7 kJ. Kalor reaksi dari reaksi: 2CO2(g) + H2O(g)C2H6(g) + 5/2 O2(g)adalah ... kJ.A. + 727,9 D. + 1297,5B. – 727,9 E. + 1861,1C. - 1297,518. Bila: Hc (CH2)3(g) = - p kJHf CO2(g) = - q kJHf H2O(g) = - r kJ Kalor pembentukan dari reaksi:3 C(s) + 3 H2(g)(CH2)3(g) adalah ... kJ.A. p – 3q -3r D. p + q + rB. p – 3q +3r E. - p – 3q - rC. p + 3q -3r19. Diketahui energi ikat rata-rata:H – H = 104,2 kkal/molCl – Cl = 57,8 kkal/molH - Cl = 103,2 kkal/molKalor yang dibebaskan untuk membentuk 4 mol HCl (Ar H=1, Cl=35,5) adalah ... kkal/mol.
Kimia Kelas XI68A. + 88,4 D. +119,6B. - 88,4 E. +530,2C. + 265,120. Jika proses penguraian H2O menjadi atom-atomnya memerlukan energi sebesar 220 kkal/mol, maka besarnya ikatan rata-rata O–H adalah ... kkal/mol.A. + 220 D. – 110B. – 220 E. + 55C. + 110 B Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.1. Pada pembakaran I mol naftalena (C10H8)(s)dengan oksigen pada 25 C dan volum tetap, telah membebaskan energi sebesar 1228,2 kkal. Hitunglah Hf untuk reaksi pembentukan C10H8 pada tekanan tetap (Hf CO2(g) = 94,05 kkal/mol, Hf H2O(g) = 57,80 kkal/mol).2. Tuliskan persamaan termokimia untuk se-nyawa CH4:a. Hfb. Hcc. Hd3. Bila diketahui entalpi pembentukan benzena (C6H6)(g) = + 49 kJ; Ar C=12, H=1, maka:a. Tuliskan persamaan termokimianya.b. Berapa g atom karbon yang diperlukan?4. Diketahui:Hf B2O3(s)= - 1272,8 kJ/molHf COCl2(g)= - 218,8 kJ/mol BCl3(g)= - 403,8 kJ/molHf CO2(g)= - 393,5 kJ/mol Hitunglah H reaksi untuk: B2O3(s) + 3 COCl2(g)2 BCl3(g) + 3 CO2(g)5. Diketahui: H2(g) + ½ O2H2O(g)H = - 242 kJ/molC(s) + O2(g)CO2(g)H = -394 kJ/mol 2 C(s) + H2(g)C2H2(g)H = 52 kJ/molHitunglah entalpi dari reaksi berikut.a. C2H2(g) + 5/2 O2(g)4 CO2(g) + 2 H2O(g)b. 130 g C2H2(s) (Ar C=12, H=1) 6. Pada suhu 25 C dan tekanan 1 atm, be-sarnya entalpi pembentukan molar dari (NH4)NO3(s); NO2(g); dan H2O(l) berturut-turut adalah – 87,93 kkal; - 19,40 kkal, dan -68,37 kkal. Hitunglah H dan E reaksi dari reaksi: (NH4)NO3(s)NO2(g) + 2 H2O(l) (satuan dalam bentuk kJ).7. Hitung perubahan entalpi dari reaksi berikut. CH2 = CH – CH3 + HCl CH3 – CHCl – CH3Bila diketahui ikatan dari:C = C = 611 kJ/mol; C – C = 345 kJ/mol; C – H = 415 kJ/mol; C – Cl = 330 kJ/mol; H – Cl = 432 kJ/mol.8. Diketahui energi ikatan dari:H – H = 104,32 kkal mol-1; Cl – Cl = 57,8 kkal mol-1; H – Cl = 103,1 kkal mol-1.Hitunglah kalor yang digunakan untuk menguraikan 146 gram HCl (Ar H=1, Cl=35,5) menjadi unsur-unsurnya.9. Untuk mengetahui jumlah kalor yang di-lepaskan oleh lampu metanol, dilakukan percobaan dengan data berikut.bejana aluminium200 gramair 50 gramlampu berisi metanolSuhu awal = 30 C, Suhu akhir = 40 C, Kalor jenis air = 4,2J/g C, Kapasitas kalor aluminium = 910 J/C.Hitunglah kalor yang berpindah dari lampu (metanol) ke kalorimeter.10. Dalam industri rumah tangga, setiap hari nya diperlukan tiga buah tabung gas LPG yang masing-masing berisi 13 kg gas. Pada suatu saat, gas yang berada di pasaran kosong, yang ada hanyalah karbon/arang. Berapa kilogramkah arang yang diperlukan?Data yanga ada: (Isi tabung dianggap berisi gas butana saja) I mol gas LPG (C4H10) ~ - 2875 kJ, 1 mol karbon (C) ~ - 394 kJ, Ar C=12 dan Ar H=1
A Pilihlah jawaban yang tepat.1. Gagasan penggunaan tingkat energi elektron pada struktur atom dikenalkan oleh ....A. Erwin SchrodingerB. Louis de BroglieC. Werner HeisenbergD. Henrik David BohrE. Ernest Rutherford2. Unsur Ti dengan nomor atom 22 mempunyai konfigurasi 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2. Penulisan konfigurasi di atas menggunakan aturan ....A. Aufbau D. OrbitalB. Hund E. Bohr C. Pauli3. Harga bilangan kuantum yang mungkin untuk elektron yang menempati sub kulit d adalah ....A. n = 2, l = 2, m = +1 dan s = +1/2B. n = 3, l = 2, m = +3 dan s = +1/2C. n = 3, l = 2, m = +2 dan s = -1/2D. n = 1, l = 1, m = 0 dan s = +1/2E. n = 4, l = 3, m = +2 dan s = +1/24. Jumlah elektron maksimal dalam orbital f adalah ....A. 2 D. 14B. 6 E. 18C. 105. Jika unsur W (Z = 12) berikatan dengan V (Z = 17), rumus senyawa yang terbentuk adalah ....A. WV D. W2V3B. WV2 E. W3V2C. W2V 6. Penulisan konfigurasi elektron di bawah ini tepat, kecuali ....A. 5B = (He) 2s2 2p1B. 17Cl = (Ne) 3s2 3p5C. 20Ca = (Ar) 4s2D. 24Cr = (Ar) 3d6E. 47Ag = 4d10 5s17. Pernyataan yang benar berkenaan dengan teori hibridisasi adalah ....A. Teori ini disebut juga Teori DomainB. Teori ini dikembangkan oleh ahli kimia Kanada, R.J. GillespieC. Teori ini menjelaskan gambaran ikatan atom dari PEB dan PEID. Teori ini menjelaskan penggabungan 2 atau lebih orbital atomE. Teori ini menjelaskan tentang tolakan elektron8. Suatu unsur memiliki 4 pasangan elektron bebas dan 0 pasangan elektron terikat. Ben-tuk molekul yang terjadi adalah ....A. tetrahedron D. segitiga planarB. linear E. oktahedron C. bidang empat9. Di bawah ini yang memiliki PEI berjumlah 2, kecuali ....A. SO2 D. BeCl2B. NH3 E. XeF2C. H2O10. Bentuk molekul dari HgCl2 adalah ....A. oktahedral D. linearB. tetrahedral E. bidang empatC. segitiga datar11. Senyawa di bawah ini yang memiliki ikatan hidrogen adalah ....A. CH4 D. NO2B. CO2 E. H2OC. HCl12. NH3 tergolong senyawa polar karena .... A. mempunyai perbedaan elektronegativi-tas = 0B. mempunyai perbedaan elektronegativi-tas yang besarC. merupakan unsur non logamD. mempunyai massa molekul relatif yang besarE. bentuk molekulnya simetris13. Senyawa di bawah ini yang mempunyai titik didih tertinggi adalah ....Pertama Ulangan Tengah Semester 69Ulangan Tengah Semester Pertama
Kimia Kelas XI70A. n-heptanaB. 3-metilheksana C. 4-metilheksana D. 2-etil-3-metilbutanaE. 2,2-dimetilpentana14. Dalam termokimia dipelajari hal-hal beri-kut, kecuali ....A. perubahan energi yang terjadi dalam proses reaksi kimiaB. pembentukan larutanC. pada perubahan fase zatD. pengaruh suhu terhadap energiE. pengaruh pH terhadap energi15. Berikut ini merupakan aktivitas yang meru-pakan reaksi eksoterm, kecuali ....A. pembakaran sampahB. pencairan esC. pengembunan uap airD. pelarutan NaOHE. pencampuran asam sulfat dengan air16. Pada reaksi endoterm, ....A. ΔH sistem < 0B. sistem melepas kalor ke lingkunganC. ΔH sistem berharga negatifD. ΔH sistem = 0E. ΔH sistem > 017. Jika 1 kalori = 4,18 joule dan 1 liter atm = 101,2 joule, maka 1,5 liter atm sama de-ngan ... kalori.A. 0, 36 D. 72,63B. 3,63 E. 7,26C. 36,3218. Dari suatu reaksi kimia dibebaskan kalor sebe-sar 4,2 kJ. Apabila kalor ini digunakan untuk memanaskan 50 mL air, maka suhu air naik sebesar ... C (kalor jenis air = 4,2 J/g C).A. 4,2 D. 20B. 84 E. 40C. 16,8 19. Diketahui entalpi penguraian H2O(l) dan H2O(g) berturut-turut 286 kJ/mol dan 242 kJ/mol. Pada penguapan 5,4 gram air (Ar H = 1, O = 16) akan ....A. dibebaskan kalor 44 kJB. diperlukan kalor 44 kJC. dibebaskan kalor 13,2 kJD. diperlukan kalor 13,2 kJE. dibebaskan kalor 4,4 kJ20. Kalor pembentukan gas CO2 = -394 kJ. Kalor pembakaran 2 mol gas CO = -569 kJ. Kalor yang menyertai pembakaran 30 gram karbon monoksida (Ar C = 12, O = 16) adalah ... kJ.A. -304,82 D 284,5B. 304,82 E. -284,5C. -197 B Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut.1. Apabila diketahui nomor atom unsur V (Z = 25), W (Z = 36), dan X (Z = 43). Tentukan:a. Konfigurasi elektron masing-masing unsurb. Letak unsur dalam sistem periodik unsur2. Mengapa tidak ditemukan 2 atom dengan keempat bilangan kuantum yang sama?3. Tentukan keempat bilangan kuantum un-tuk unsur dengan nomor atom berikut.a. 16 c. 42b. 31 d. 544. Tentukan jumlah pasangan elektron bebas dan pasangan elektron ikatan dari molekul BCl3 dan SCl6. 5. Tentukan bentuk molekul dari NO2 ber-dasarkan teori VSEPR. Gambarkan bentuk molekulnya.6. Apakah yang dimaksud dengan gaya tarik dipol-dipol? Jelaskan.7. Bagaimana hubungan gaya antar molekul dengan titik didihnya? Jelaskan.8. Terangkan perbedaan reaksi eksoterm de-ngan reaksi endoterm.9. Apa yang dimaksud dengan entalpi pemben-tukan? Jelaskan dan tuliskan persamaannya.10. Gambarkan dalam bentuk diagramtingkat energi persamaan reaksi berikut. S(s) + O2(g)SO2(g)H = -296,81 kJSO2(g) + ½ O2(g)SO3(g)H = - 98,96 kJS(s) + 3/2 O2(g)SO3(g)H = - 395,72 kJ