energi, entropi & spontanitas reaksi
DESCRIPTION
Energi, Entropi & Spontanitas Reaksi. Kimia Dasar II – Prodi Kimia Liana Aisyah # 4 (Kamis, 24 Maret 2011). Konsep-konsep pokok Hukum I Termodinamika: Energi Kerja Panas Termokimia Pengukuran Perhitungan. Konsep pokok Hukum II Termodinamika: Entropi Gabungan Hukum I & Hukum II: - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
1
Energi, Entropi & Spontanitas Reaksi
Kimia Dasar II – Prodi KimiaLiana Aisyah
# 4 (Kamis, 24 Maret 2011)
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
2
Sebelumnya ...
Konsep-konsep pokok Hukum I Termodinamika: Energi Kerja Panas
Termokimia Pengukuran Perhitungan
Konsep pokok Hukum II Termodinamika: Entropi
Gabungan Hukum I & Hukum II: Spontanitas reaksi
Pertemuan ini
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
3
Termokimia – Siapa Mau, Dia Tahu
Jelaskan arti persamaan termokimia ini:
4 NH3 (g) + 5 O2 (g) 4 NO (g) + 6 H2O (g)
H = - 904 kJ
Hitunglah panas yang dilepas jika 1 gram 1 ton
amonia dibakar.
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
4
Termokimia – Siapa Mau, Dia Tahu
Hitunglah kalor pembakaran untuk reaksi berikut dari entalpi pe mbentukan standar (Lampiran 2 Chang Jilid 1):2 H2S (g) + 3 O2 (g) 2 SO2 (g) + 2 H2O (l)
Diketahui entalpi pembakaran: 1 mol C (grafit) adalah -393,5 kJ 1 mol gas H2 adalah – 285,8 kJ 2 mol C2H6 adalah – 3119,6 kJ
Hitunglah entalpi untuk reaksi:2 C (grafit) + 2 H2 (g) + ½ O2 (g) CH3OH (l)
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
5
Bab 18 - Pengantar Termodinamika:
Ekspektasi Kompetensi Mengetahui rumusan Hk II Termodinamika
Memahami pengertian ‘sederhana’ entropi
Mengaplikasikan pengertian entropi dalam memperkirakan perubahan entropi suatu proses
Mengetahui rumusan gabungan Hk I & II Termodinamika dan menerapkannya dalam memperkirakan spontanitas reaksi
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
6
Termodinamika
Salah satu tujuan utama mempelajari termodinamika adalah untuk memprediksi apakah suatu reaksi dapat terjadi atau tidak ketika reaktan-reaktan dicampur pada kondisi tertentu.
Reaksi yang dapat terjadi pada kondisi-kondisi tertentu disebut reaksi spontan.
Reaksi balik dari suatu reaksi spontan tidak dapat terjadi pada kondisi-kondisi yang sama.
Apa yang dapat kita simpulkan tentang proses-proses spontan?
Benarkah bahwa reaksi spontan selalu menurunkan energi?
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
7
Contoh Proses-proses Spontan
Air terjun jatuh ke bawah Gula larut dalam kopi Pada 1 atm, air membeku di bawah 0 0C
dan es mencair di atas 0 0C Kalor mengalir dari benda yang lebih
panas ke benda yang lebih dingin Pemuaian gas dalam lampu bohlam Besi akan berkarat jika terkena air dan
oksigenspontan
nonspontan
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
8
• Semua reaksi pembakaran adalah spontan dan eksotermik: CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O(g); H = - 802 kJ
• Besi berkarat secara spontan and eksotermik: 2 Fe (s) + O2 (g) Fe2O3 (s); H = - 826 kJ
• Senyawa-senyawa ion secara spontan terbentuk dari unsur-unsurnya dgn melepas kalor:Na (s) + Cl2 (g) NaCl(s); H = - 411 kJ
Tanda dari H dan Kespontanan
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
9
Pd tekanan normal, air membeku di bawah 0°C dan mencair di atas 0°C.
Keduanya adalah proses spontan, namun yang pertama termasuk eksotermik sedangkan yang kedua termasuk endotermik.
H2O (l) H2O s) H = -6,02 kJ
(eksotermik; spontan pada T < 0oC)
H2O s) H2O (l) H = + 6,02 kJ
(endotermik; spontan pada T > 0oC)
Tanda dari H dan Kespontanan
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
10
Apakah dengan menurunkan entalpi berarti bahwa suatu proses terjadi secara spontan?
CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) H0 = -890.4 kJ
H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l) H0 = -56.2 kJ
H2O (s) H2O (l) H0= 6.01 kJ
NH4NO3 (s) NH4+(aq) + NO3
- (aq) H0 = 25 kJH2O
Reaksi-reaksi Spontan
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
11
Reaksi Spontan
H umumnya – Tetapi juga ada reaksi dengan H
+ yang spontan
Ada faktor lain:
ENTROPI
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
12
Secara sederhana, Entropi (S) adalah ukuran keacakan atau ketidakteraturan suatu sistem.
teratur SacakS
S = Sakhir - Sawal
Jika perubahan mengakibatkan kenaikan keacakan
Sf > Si S > 0
Untuk semua zat, keadaan padatnya lebih teratur daripada keadaan cair dan keadaan cairnya lebih teratur daripada keadaan gas
Spadat < Scari << Sgas
H2O (s) H2O (l) S > 0
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
13
Proses-proses yang
menghasilkan kenaikan entropi
(S > 0)
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
14
Memprediksi Nilai Entropi Relatif
Pilihlah yang memiliki entropi lebih tinggi dalam masing-masing soal di bawah ini, dan jelaskan.
(a) 1 mol NaCl(s) atau 1 mol NaCl(aq)
(b) 1 mol O2 dan 2 mol H2 atau 1 mol H2O
(c) 1 mol H2O(s) atau 1 mol H2O(g)
(d) semangkuk sup pada 24oC atau pada 95oC
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
15
Memprediksi Nilai Entropi Relatif
Apakah perubahan entropinya positif atau negatif untuk:
(a) pembekuan etanol
(b) penguapan bromin
(c) pelarutan urea di dalam air
(d) pendinginan gas N2
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
16
Entropi & Hukum II Termodinamika
Hukum II termodinamika kedua:entropi semesta (sistem + lingkungan) selalu naik pada proses spontan dan tidak berubah pada proses kesetimbangan.
Ssemesta = Ssis + Sling > 0 proses spontan
Ssemesta = Ssis + Sling = 0 proses kesetimbangan
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
17
Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (Ssis)
Entropi reaksi standar (S0) adalah perubahan entropi untuk reaksi yang terjadi pada 1 atm dan 250C.
aA + bB cC + dD
S0rxn dS0(D)cS0(C)= [ + ] - bS0(B)aS0(A)[ + ]
S0rxn nS0(produk)= mS0(reaktan)-
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
18
Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (Ssis)
Berapakah perubahan entropi standar untuk reaksi 2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g) pada 250C?
S0(CO) = 197,9 J/K•molS0(O2) = 205,0 J/K•mol
S0(CO2) = 213,6 J/K•mol
S0rxn = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)]
S0rxn = 427,2 – [395,8 + 205,0] = -173,6 J/K•mol
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
19
Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (Ssis)
Ketika gas-gas dihasilkan (atau dipergunakan):
• Jika reaksi menghasilkan gas lebih banyak dibandingkan yang dipergunakan, S0 > 0.
• Jika jumlah total molekul gas berkurang, S0 < 0.
• Jika tidak ada perubahan bersih dalam jumlah total molekul gas, maka S0 bisa positif atau negatif TETAPI S0 nilainya akan kecil.
Tentukan tanda dari perubahan entropi untuk reaksi 2Zn (s) + O2 (g) 2ZnO (s)
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
20
Perubahan Entropi dalam Lingkungan (Sling)
Proses EksotermikSling > 0
Proses EndotermikSling < 0
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
21
Hukum III Termodinamika
Entropi dari zat kristal sempurna adalah nol pada suhu nol mutlak.
18.3
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
22
Ssemesta = Ssis + Sling > 0Proses spontan :
Ssemesta = Ssis + Sling = 0Proses Kesetimbangan :
Energi Bebas Gibbs
Untuk proses suhu-konstan:
G = Hsis -TSsisEnergi Bebas
Gibbs(G)
G < 0 Reaksi spontan dalam arah maju.
G > 0 Reaksi nonspontan. Reaksi ini spontan dalam arah yang berlawanan.G = 0 Reaksi dalam kesetimbangan.
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
23
Entropi dan Energi Bebas
Energi Bebas Gibbs–suatu fungsi yang menggabungkan entalpi dan entropi sistem:
G = H - TS
Perubahan energi bebas suatu sistem pada suhu dan tekanan konstan dapat dicari dengan persamaan Gibbs:
Gsis = Hsis - T Ssis
Ssemesta > 0 untuk proses spontan process G < 0 untuk proses spontanSsemesta < 0 untuk proses nonspontan process G > 0 untuk proses nonspontanSsemesta = 0 untuk proses kesetimbangan G = 0 untuk proses kesetimbangan
Hukum kedua dapat dinyatakan dalam Guntuk sistem.
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
24
Kespontanan Reaksi dan Tanda untuk Ho, So, and Go
Ho So -T So Go Keterangan
- + - - spontan pada semua T
+ - + + nonspontan pada semua T
+ + - + atau - spontan pada T tinggi; nonspontan pada T rendah
- - + + atau - spontan pada T rendah; nonspontan pada T tinggi
Reaksi endotermik bisa spontan hanya jika terdapat kenaikan entropi (semakin tidak teratur).
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
2518.4
aA + bB cC + dD
G0rxn dG0 (D)fcG0 (C)f= [ + ] - bG0 (B)faG0 (A)f[ + ]
G0rxn nG0 (produk)f= mG0 (reaktan)f-
Energi-bebas reaksi standar (G0 ) adalah perubahan energi bebas suatu reaksi pada kondisi-kondisi standar.
rxn
Energi bebas pembentukan standar adalah perubahan energi bebas yang terjadi ketika 1 mol senyawa terbentuk dari unsur-unsurnya pada keadaan standar.
G0 dari semua unsur dalam bentuk standarnya adalah nol.
f
G0)
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
26
2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)
G0rxn nG0 (produk)f= mG0 (reaktan)f-
Berapakah perubahan energi bebas standar untuk reaksi di bawah ini pada 25 0C?
G0rxn 6G0 (H2O)f12G0 (CO2)f= [ + ] - 2G0 (C6H6)f[ ]
G0rxn = [ 12x–394,4 + 6x–237,2 ] – [ 2x124,5 ] = -6405 kJ
Apakah reaksi di atas spontan pada 25 0C?
G0 = -6405 kJ < 0
spontan
18.4
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
27
G = H - TS
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
28
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
H0 = 177,8 kJ
S0 = 160,5 J/K
G0 = H0 – TS0
pada 25 0C, G0 = 130,0 kJ
G0 = 0 pada 835 0C
Suhu dan Kespontanan Reaksi Kimia
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
29
Key Concepts & Chapter Emphases
(As foundations to Physical Chemistry I)
• Rumusan Hukum ke-2 Termodinamika Entropi semesta selalu meningkat. Ssemesta > 0
Ssis + Sling > 0
• Pengertian entropi: ‘Secara sederhana’: Ketidakteraturan, keacakan Banyaknya keadaan yang mungkin
• Bagaimana memperkirakan Ssis dan Sling
untuk suatu perubahan fisika maupun kimia?
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
30
• Energi Bebas Gibbs = G (suatu fungsi keadaan) G = H – TS;
Suatu penanda spontanitas reaksi:G < 0 reaksi spontan dari kiri ke kananG > 0 reaksi spontan dari kanan ke kiriG > 0 reaksi reversibel (berlangsung dua
arah)
Key Concepts & Chapter Emphases
(As foundations to Physical Chemistry I)
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
31
Untuk proses pada T tetap G = H – TS
Arah spontanitas reaksi dipengaruhi oleh aspek energi (Hukum I) dan entropi (Hukum II)
Reaksi yang disertai pelepasan kalor dari sistem cenderung spontan, tetapi tidak selalu spontan.
Reaksi yang menyebabkan kenaikan entropi sistem cenderung spontan, tetapi tidak selalu spontan.
Key Concepts & Chapter Emphases
(As foundations to Physical Chemistry I)
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta
32
Latihan Chang Jilid I Bab 18
18.1 18.2 18.3 18.418.5 18.6 18.9 18.1318.14 18.15 18.16 18.1918.20 18.21 18.22
Thank you!