Understanding Thermochemistry

Slide1TERMOKIMIA(Thermochemistry) TERMOKIMIA (Thermochemistry) PERTEMUAN KE 6 – KE 7 KIMIA FISIKA I

Slide2•The study of the energy transferred as heat during the course of chemical reactions is called thermochemistry. • Thermochemistry is a branch of thermodynamics because a reaction vessel and its contents form a system, and chemical reactions result in the exchange of energy between the system and the surroundings. • Thus we can use calorimetry to measure the energy supplied or discarded as heat by a reaction, and can identify q with a change in internal energy (if the reaction occurs at constant volume) or a change in enthalpy (if the reaction occurs at constant pressure). • Constant pressure; q p  =   H • Constant volume ;  q v  =   U

Slide3•Conversely,  if  we  know   U  or   H  for  a reaction,  we  can  predict  the  energy (transferred  as  heat)  the  reaction  can produce. • Conversely,  if  we  know   U  or   H  for  a reaction,  we  can  predict  the  energy (transferred  as  heat)  the  reaction  can produce. • We  have  already  remarked  that  a  process that  releases  energy  by  heating  the surroundings  is  classified  as  exothermic and  one  that  absorbs  energy  by  cooling  the surroundings  is  classified  as  endothermic. • We  have  already  remarked  that  a  process that  releases  energy  by  heating  the surroundings  is  classified  as  exothermic and  one  that  absorbs  energy  by  cooling  the surroundings  is  classified  as  endothermic. • Exothermic  ∆H<0 • Exothermic  ∆H<0 • Endothermic  ∆H>0 • Endothermic  ∆H>0

Slide4Heat  reaction  is  influenced  by:  Heat  reaction  is  influenced  by: - amount of matter - Physical state - Temperature - Pressure - Type of reaction (P constant or V constant)  To writing the equation of chemical reaction need to write state (l,ag,s,), coeficient and experiment condition..  Example : Reaction of formation CO 2  in1 atm and 298 K     C (grafit) + 2O 2 (g)                CO 2  (g)  +393,515 kJ

Slide5Change  of  energy  in  constant  pressure  (atmosferic pressure),  so  Change  of  energy  in  constant  pressure  (atmosferic pressure),  so    H  =  q p    H  =  q p  In  Reaction  :  aA  +  bB              cC  +  dD  +  x  kJ  In  Reaction  :  aA  +  bB              cC  +  dD  +  x  kJ If  enthalpy  of  reactant  =  H1 If  enthalpy  of  reactant  =  H1     Enthalpy  of  product   =  H2     Enthalpy  of  product   =  H2 So  : So  : H1         =  H2  +  x  kJ H1         =  H2  +  x  kJ H2-H1   =  -x  kJ H2-H1   =  -x  kJ      H      =  -x  kJ      H      =  -x  kJ

Slide6•Changes in enthalpy are normally reported for processes taking place under a set of standard conditions. • In most of our discussions we shall consider the standard enthalpy change ∆H o , the change in enthalpy for a process in which the initial and final substances are in their standard states • The standard state of a substance at a specified temperature is its pure form at 1 bar. Standard enthalpy changes

Slide7•For  example,  the  standard  state  of  liquid  ethanol  at  298 K  is  pure  liquid  ethanol  at  298  K  and  I  bar;  the  standard state  of  solid  iron  at  500  K  is  pure  iron  at  500  K  and  1 bar. • For  example,  the  standard  state  of  liquid  ethanol  at  298 K  is  pure  liquid  ethanol  at  298  K  and  I  bar;  the  standard state  of  solid  iron  at  500  K  is  pure  iron  at  500  K  and  1 bar. • The  standard  enthalpy  change  for  a  reaction  or  a physical  process  is  the  difference  between  the  products in  their  standard  states  and  the  reactants  in  their standard  states,  all  at  the  same  specified  temperature. • The  standard  enthalpy  change  for  a  reaction  or  a physical  process  is  the  difference  between  the  products in  their  standard  states  and  the  reactants  in  their standard  states,  all  at  the  same  specified  temperature. • As  an  example  of  a  standard  enthalpy  change,  the standard  enthalpy  of  vaporization,  ∆H o vap   ,  is  the enthalpy  change  per  mole  when  a  pure  liquid  at  1  bar vaporizes  to  a  gas  at  1  bar,  as  in • As  an  example  of  a  standard  enthalpy  change,  the standard  enthalpy  of  vaporization,  ∆H o vap   ,  is  the enthalpy  change  per  mole  when  a  pure  liquid  at  1  bar vaporizes  to  a  gas  at  1  bar,  as  in

Slide8Enthalpies of physical change• The standard enthalpy change that accompanies a change of physical state is called the standard enthalpy of transition and is denoted ∆ trans  H o • The standard enthalpy of vaporization, ∆ Vap  H o    is one example. • Another is the standard enthalpy of fusion, ∆ Fus  H o  , the standard enthalpy change accompanying the conversion of a solid to a liquid, as in

Slide11Enthalpies of  chemical  change Enthalpies  of  chemical  change 2A  +  B     3C  +  D the standard reaction enthalpy is • We consider enthalpy changes that accompany chemical reactions. There are two ways of reporting the change in enthalpy that accompanies a chemical reaction. One is to write the thermochemical equation, a combination of a chemical equation and the corresponding change in standard enthalpy: Or

Slide12Hess's law Hess's  law • Standard enthalpies of individual reactions can be combined to obtain the enthalpy of another reaction. • This application of the First Law is called Hess's law • The  standard enthalpy of an overall reaction is the sum of the standard enthalpies of the individual reactions into which a reaction may be divided. • The individual steps need not be realizable in practice: they may be hypothetical reactions, the only requirement being that their chemical equations should balance.

Slide13•The  thermodynamic  basis  of  the  law  is  the path-independence  of  the  value  of  ∆ r H o   and the  implication  that  we  may  take  the specified  reactants,  pass  through  any (possibly  hypothetical)  set  of  reactions  to the  specified  products,  and  overall  obtain the  same  change  of  enthalpy. • The  thermodynamic  basis  of  the  law  is  the path-independence  of  the  value  of  ∆ r H o   and the  implication  that  we  may  take  the specified  reactants,  pass  through  any (possibly  hypothetical)  set  of  reactions  to the  specified  products,  and  overall  obtain the  same  change  of  enthalpy. • The  importance  of  Hess's  law  is  that information  about  a  reaction  of  interest, which  may  be  difficult  to  determine directly,  can  be  assembled  from information  on  other  reactions. • The  importance  of  Hess's  law  is  that information  about  a  reaction  of  interest, which  may  be  difficult  to  determine directly,  can  be  assembled  from information  on  other  reactions.

Slide14Example2.8:

Slide15LatihanLatihan Jika  entalpi  pembakaran  standar  1-heksena  dan  heksana masing2  adalah  -4003  kJ  mol -1  dan   -4163  kJ  mol -1   dan entalpi  pembentukan  air  adalah  -285,83  kJ  mol -1 .  Hitung entalpi  hidrogenasi  standar  dari  1-heksena  menjadi heksana. Jika  entalpi  pembakaran  standar  1-heksena  dan  heksana masing2  adalah  -4003  kJ  mol -1  dan   -4163  kJ  mol -1   dan entalpi  pembentukan  air  adalah  -285,83  kJ  mol -1 .  Hitung entalpi  hidrogenasi  standar  dari  1-heksena  menjadi heksana.

Slide17Standard enthalpies  of  formation  ∆H o f Standard  enthalpies  of  formation  ∆H o f • The standard enthalpy of formation, ∆H o f  , of a substance is the standard reaction enthalpy for the formation of the compound from its elements in their reference states. • The reference state of an element is its most stable state at the specified temperature and 1 bar. • Standard enthalpies of formation are expressed as enthalpies per mole of molecules or (for ionic substances) formula units of the compound Formulation of reaction entalphy

Slide18Exercise 2.14,  2.15  2.16,   2.17  and  2.20 Exercise  2.14,  2.15  2.16,   2.17  and  2.20

Slide19Contoh soal  2.20 Contoh  soal  2.20  0,3212  gram  glukosa  dibakar  dalam  kalorimeter  bom yang  kapasitas  kalornya  641  J  K -1 ,  temperatur  naik 7,793  K.  Hitung  0,3212  gram  glukosa  dibakar  dalam  kalorimeter  bom yang  kapasitas  kalornya  641  J  K -1 ,  temperatur  naik 7,793  K.  Hitung  entalpi  molar  pembakaran  standar,  entalpi  molar  pembakaran  standar,  energi  dalam  pembakaran  standar  dan  energi  dalam  pembakaran  standar  dan  entalpi  pembentukan  glukosa  standarnya.  entalpi  pembentukan  glukosa  standarnya.  Jawab:  Jawab:  Tentukan  perub  entalpi  dari  nilai  q  (q=C∆T)  Tentukan  perub  entalpi  dari  nilai  q  (q=C∆T) (Dicari  dari  hub  U  dan  H  (apakah  ada  perub  mol (Dicari  dari  hub  U  dan  H  (apakah  ada  perub  mol        gas)        gas)  Tulis  reaksi  pembakarannya,  kemudian  gunakan perub  entalpi  standar  pembentukan  dari  tabel untuk  menentukan  entalpi  pembentukan  standar glukosa  Tulis  reaksi  pembakarannya,  kemudian  gunakan perub  entalpi  standar  pembentukan  dari  tabel untuk  menentukan  entalpi  pembentukan  standar glukosa

Slide20Macam-macam Panas  /Perub  entalpi Macam-macam  Panas  /Perub  entalpi  Panas  atomisasi   :  Panas  yang  diperlukan  untuk  menghasilkan  1  mol zat  dalam  bentuk  gas  dari  keadaan  yang  paling  stabil  pada  keadaan standar  .  Contoh  :  Panas  atomisasi   :  Panas  yang  diperlukan  untuk  menghasilkan  1  mol zat  dalam  bentuk  gas  dari  keadaan  yang  paling  stabil  pada  keadaan standar  .  Contoh  : C  grafit             C(g)                 H  =  716,68  kJ C  grafit             C(g)                 H  =  716,68  kJ  Panas  penguapan  standar  :  panas  yang  diperlukan  untuk menguapkan  1  mol  zat  cair  menjadi  upanya  pada  keadaan  standar  Panas  penguapan  standar  :  panas  yang  diperlukan  untuk menguapkan  1  mol  zat  cair  menjadi  upanya  pada  keadaan  standar contoh  : contoh  : H 2 O(l)               H 2 O(g)                 H=44,01  kJ H 2 O(l)               H 2 O(g)                 H=44,01  kJ  Panas  peleburan  standar  :  panas  yang  diperlukan  atau  dilepas  pada peleburan  .  Panas  peleburan  standar  :  panas  yang  diperlukan  atau  dilepas  pada peleburan  .  Contoh  :  Contoh  : H 2 O(s)                 H 2 O(l)              H  =  6,0  kJ H 2 O(s)                 H 2 O(l)              H  =  6,0  kJ  Panas  pelarutan  integral:  Panas  yang  timbul  atau  diserap  pada pelarutan  suatu  zat  dalam  suatu  pelarut.  Besarnya  tergantung  jumlah zat  pelarut  dan  zat  terlarut.  Panas  pelarutan  integral:  Panas  yang  timbul  atau  diserap  pada pelarutan  suatu  zat  dalam  suatu  pelarut.  Besarnya  tergantung  jumlah zat  pelarut  dan  zat  terlarut.

Slide21 Panas pengenceran integral : panas yang timbul atau diserap jika suatu larutan dengan konsentrasi tertentu diencerkan lebih lanjut dengan menambahkan pelarut   Panas pelarutan diferensial = panas yang timbul atau diserap jika 1 mol zat terlarut ditambahkan ke dalam sejumlah besar larutan tanpa mengubah konsentrasi larutan.   Panas Pengenceran diferensial : Panas yang timbul atau diserap jika 1 mol pelarut ditambahkan ke dalam sejumlah larutan tanpa mengubah konsentrasi larutan tersebut.   Panas netralisasi : panas yang diserap atau dilepaskan jika 1 mol ekivalen asam kuat tepat dinetralkan oleh 1 mol ekivalen basa kuat.   Panas Hidrasi : panas yang timbul atau diperlukan pada pembentukan hidrat.   Contoh :            CaCl 2  (s) + 2H 2 O (l)              CaCl 2  .2H 2 O (s)      H = -7960 kal

Slide22ENERGI IKATAN  Energi disosiasi ikatan : energi yang diperlukan untuk memutuskan satu buah  ikatan pada suatu molekul .      Contoh : H 2  (g)                2H (g)       H  298 K =435,9 kJ/mol   Energi ikatan : rata-rata dari energi disosiasi ikatan total   Data energi ikat dapat digunakan untuk meramalkan panas reaksi pada pembentukan molekul sederhana   Contoh : C 2 H 2  (g) + 2H 2  (g)                C 2 H 6  (g)       H=   ?    Hr  = ∑   H pemecahan + ∑   H pembentukan   dengan:    H pemecahan selalu (+)               H pembentukan selalu (-) Contoh 2.7

Slide23Pengaruh suhu  terhadap  Pengaruh  suhu  terhadap   H Untuk C p  konstan Untuk reaksi :   A  +   B          C  +  D

Slide24SehinggaHukum Kirchhoff

Slide25Contoh 2.16

Slide26Berapa perubahan entalpi untuk penguapanair pada suhu 0  o C dengan asumsi bahwa pada suhu 0 – 25  o C Cp tdk tergantung pada T

Slide27Persamaan Kirchoff Jika kapasitas panas pada tekanan tetap sebagai fungsi suhu, maka:  Hubungan Cp dengan suhu dapat ditulis: Cp = a+bT+c/T 2 +d/T 3  a,b,c,d adalah tetapan       Cp =   a+   bT+   c/T 2 +   d/T 3

Slide28Exercise1. Cp of n-butane/JK -1 mol -1 = 19,41+ 0,233 T/K    Calculate q for increasing of 1 mole n-butane from 25  o C to 300  o C in constant pressure.   Answer:    Use formula:

Slide29Tentukan kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 mol  N 2   dari 25  o C menjadi  25 0  o C pada tekanan tetap, jika nilai kapasitas panasnya tergantung pada temperatur. (Gunakan perumusan Cp sebagai fungsi suhu)  Penyelesaian: 1. Tulis pers hukum kirchoff dg Cp fungsi suhu 2. Integralkan persamaan itu 3. Masukkan nilai a, b, dan c dari tabel 2.16 4. Hitung nilainya dengan teliti