BAHAN AJAR TERMOKIMIA ( REAKSI ENDOTERM DAN REAKSI EKSOTERM)
KIMIA XI 2016
IPA
2
DAFTAR ISI
Daftar Isi
2
Peta Konsep
3
Tujuan Pembelajaran
4
Pendahuluan
5
Sistem dan Lingkungan
6
Entalpi dan Perubahannya
7
Reaksi Eksoterm dan Endoterm
9
Persamaan Termokimia
11
Entalpi Perubahan Standar
12
Entalpi Pembentukan Standar
12
Entalpi Penguraian Standar
13
Entalpi Pembakaran Standar
14
Entalpi Penetralan Standar
15
Entalpi Pelarutan Standar
17
Rangkuman
18
Glosarium
19
Daftar Pustaka
20
Indeks
21
Lampiran
22
3
PETA KONSEP
TERMOKIMIA
SISTEM DAN
PERUBAHAN ENTALPI
LINGKUNGAN
(ΔH)
ΔH
REAKSI EKSOTERM
REAKSI ENDOTERM
ΔH PENGURAIAN ΔH
Data Energi
Data ΔH
Ikatan
Pembentukan
PEMBENTUKAN
Hukum Hess
PEMBAKARAN
Eksperimen ( Kalorimeter)
4
KD 3.4 : Membedakan reaksi eksoterm dan reaksi endoterm
berdasarkan
hasil
percobaan
dan
diagram tingkat energi Indikator : 1. Menjelaskan perbedaan sistem dan lingkungan 2. Membedakan reaksi endoterm dan eksoterm 3. Menjelaskan perubahan entalpi standar 4. Menuliskan persamaan termokimia Tujuan Pembelajaran 1. Peserta didik mampu menjelaskan perbedaan sistem dan lingkungan dengan benar. 2. Peserta didik mampu menjelaskan entalpi dan perubahannya dengan benar 3. Peserta didik mampu menjelaskan reaksi eksoterm melalui percobaan dengan benar. 4. Peserta didik mampu menjelaskan reaksi endoterm melalui percobaan dengan benar. 5. Peserta didik mampu menjelaskan perubahan entalpi standar dengan benar. 6. Peserta
didik
mampu
termokimia dengan benar.
menentukan
persamaan
5
PENDAHULUAN
Mengapa penguin dapat hidup di daerah dingin?
Gejala-gejala termokimia dapat kita amati di alam. Contohnya, adaptasi penguin yang dapat hidup di daerah kutub yang diselimuti es. Mengapa penguin dapat hidup ndi daerah tersebut? Penguin tersebut memiliki sel lemak khusus yang dapat menghangatkan tubuh mereka ketika dingin. Sel lemak tersebut berfungsi mengubah energi dari lemak yang dipecah menjadi panas dalam
bentuk
ATP.
Panas
yang
dihasilkan
tersebut
berfungsi
menghangatkan tubuh penguin. Dalam tubuh penguin terjadi reaksi metabolisme eksoterm untuk mengatur suhu tubuh.
6
SISTEM DAN LINGKUNGAN
Dalam termokimia dikenal dua istilah penting, yaitu sistem dan lingkungan. Sistem adalah bagian dari alam yang menjadi pusat perhatian langsung. Lingkungan
adalah
bagian
alam
semesta
yang
berhubungan
langsung
(berinteraksi) dengan suatu sistem atau segala sesuatu yang membatasi sistem. Ada du jenis sistem, yaitu sistem tertutup dan sistem terbuka. Sistem tertutup adalah sistem yang penyekatnya mencegah aliran zat masuk dan keluar sistem (penyekatnya kedap), sedangkan sistem terbuka adalah sistem yang dapat berjalan seiring berjalannya waktu. Sistem dan lingkungan bersama-samadalam proses pertukaran energi. Contohnya : melarutkan teh dalam air. Pada peristiwa tersebut, wadah atau bagian dalam tempat terjadinya reaksi disebut sistem, sedangkan di luar wadah tersebut disebut lingkungan.
Contoh soal : Ke dalam gelas kimia yang berisi air, dilarutkan 10 g gula pasir. Jika gula pasir ditetapkan sebagai sistem, manakah yang termasuk lingkungan?
Jawab: Karena gula pasir dipandang sebagai sistem maka selain dari gula pasir termasuk lingkungan, seperti air sebagai pelarut, gelas kimia dan udara di sekelilingnya.
7
SOAL LATIHAN
1. Sebutkan pengertian sistem dan lingkungan ! 2. Tuliskan apa yang dimaksud : a. sistem terbuka b. sistem terbuka c. sistem terisolir 3. Amonium
nitrat
(NH 4NO3)
yang
bereaksi
dengan
air
(terhidrolisis) menyerap kalor dari lingkungan. Dari reaksi tersebut mana yang termasuk sistem dan mana yang termasuk lingkungan ?
ENTALPI DAN PERUBAHAN ENTALPI
Entalpi ( H ) adalah jumlah energi yang dimiliki sistem pada tekanan tetap. Entalpi ( H ) dirumuskan sebagai jumlah energi yang terkandung dalam sistem ( E ) dan kerja (W ). H = W + E
Dengan : W=PxV E = Energi (Joule) V = Volume ( Liter ) W = Kerja Sistem ( Joule) P = Tekanan (atm)
8
Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari bentuk energi yang satu menjadi bentuk energi yang lain. Nilai energi suatu materi tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahan energi (Δ E ). Demikian juga halnya dengan entalpi, entalpi tidak dapat diukur, kita hanya dapat mengukur perubahan entalpi (Δ H ). ΔH= Hp - Hr
Dengan : Δ H = Perubahan entalpi H p = entalpi produk Hr = entalpi reaktan
Bila H produk > H reaktan, maka Δ H bertanda positif, berarti terjadi penyerapan kalor dari lingkungan ke sistem.
Bila H reaktan > H produk, maka Δ H bertanda negatif, berarti terjadi pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan.
SOAL LATIHAN
1. Tuliskan apa yang dimaksud dengan entalpi! 2. Tuliskan apa yang dimaksud dengan perubahan entalpi! 3. Apakah yang terjadi bila perubahan entalpi bertanda positif? Apa pula yang terjadi bila perubahan entalpi bertanda negatif?
9
REAKSI EKSOTERM DAN REAKSI ENDOTERM Perubahan entalpi (ΔH) positif menunjukkan bahwa dalam perubahan terdapat penyerapan kalor atau pelepasan kalor. Reaksi kimia yang melepaskan atau mengeluarkan kalor disebut reaksi eksoterm, sedangkan reaksi kimia yang menyerap kalor disebut reaksi endoterm. Pada reaksi endoterm, sistem menyerap energi. Oleh karena itu, entalpi sistem akan bertambah. Artinya entalpi produk (Hp) lebih besar daripada entalpi pereaksi (Hr). Akibatnya, perubahan entalpi, merupakan selisih antara entalpi produk dengan entalpi pereaksi (Hp -Hr) bertanda positif. Sehingga perubahan entalpi untuk reaksi endoterm dapat dinyatakan: ΔH = Hp- Hr > 0 Sebaliknya, pada reaksi eksoterm , sistem membebaskan energi, sehingga entalpi sistem akan berkurang, artinya entalpi produk lebih kecil daripada entalpi pereaksi. Oleh karena itu , perubahan entalpinya bertanda negatif. Sehingga p dapat dinyatakan sebagai berikut: ΔH = Hp- Hr < 0 Perubahan entalpi pada reaksi eksoterm dan endoterm dapat dinyatakan dengan diagram tingkat energi. Arah panah ke atas menunjukkan bahwa energi semakin bertambah karena seba ian tersera
H H Produk reaksi ------------------------------------------- Akhir
ΔH
positif (+)
H Prereaksi --------------------------------------------- Awal
(a) Diagram entalpi untuk reaksi endoterm. Nilai ΔH positif (+), artinya :
10
∑ H Produk > ∑ H Pereaksi
Arah panah ke bawah menunjukkan bahwa energi semakin berkurang karena sebagian terlepas
H H Produk reaksi -----------------------------------------Akhir
ΔH
positif (-)
H Prereaksi ----------------------------------------Awal
(b) Diagram entalpi untuk reaksi endoterm. Nilai ΔH positif (-), artinya : ∑ H Produk < ∑ H Pereaksi
Perbedaan reaksi eksoterm dan reaksi endoterm
Reaksi Eksoterm
Reaksi Endoterm
∆H < 0
∆H > 0
Terjadi kenaikan suhu
Terjadi penurunan suhu
Reaksi melepas kalor
Reaksi menyerap kalor
Kalor : sistem ke lingkungan
Kalor : lingkungan ke sistem
Berlangsung spontan
Berlangsung tidak spontan
11
SOAL LATIHAN 1. Apakah yang dimaksud dengan reaksi eksoterm? 2. Apa pula yang dimaksud dengan reaksi endoterm? 3. Tuliskan perbedaan reaksi eksoterm dan reaksi endoterm!
PERSAMAAN TERMOKIMIA
Persamaan termokimia adalah persamaan reaksi yang menyertakan perubahan entalpinya (ΔH). Nilai perubahan entalpi yang dituliskan pada persamaan termokimia harus sesuai dengan stoikiometri reaksi, artinya jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi sama dengan koefisien reaksinya. Contoh: Diketahui persamaan termokimia : H2(g) + ½ O2(g)
H2O(l)
ΔH = – 285,85 kJ/mol
Artinya, pada pembentukan 1 mol H 2O dari gas hidrogen dan gas oksigen dibebaskan energi sebesar 285,85 kJ (reaksi eksoterm).
12
ENTALPI PERUBAHAN STANDAR Perubahan entalpi reaksi yang diukur pada suhu 25 0C dan tekanan 1 atm disepakati sebagai perubahan entalpi standar dan dinyatakan dengan simbol ∆H 0. Keadaan standar ini diperlukan karena pengukuran pada suhu dan tekanan yang berbeda akan menghasilkan harga perubahan entalpi yang berbeda pula. Kondisi di luar kondisi standar
dinyatakan dengan simbol ∆H. Perubahan entalpi
dinyatakan dengan satuan joule (J) atau kilojoule (kJ). Apabila pengukuran ∆H dilakukan untuk 1 mol zat pada kondisi standar, maka ∆ H tersebut dinamakan sebagai perubahan entalpi molar standar dengan satuan kJ/mol. Perubahan entalpi molar standar berdasarkan perubahan kimia dibedakan menjadi
5 jenis, yaitu:
a. Perubahan Entalpi Pembentukan Standar (∆H f 0)
Perubahan entalpi pembentukan standar merupakan perubahan entalpi pada pembentukan 1 mol suatu senyawa dari unsur-unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar. Tabel 1. Perubahan Entalpi Pembentukan Standar (∆Hf 0) Beberapa Zat Zat
NH3 CO
∆Hf 0 (kJ/mol) -46,1
-100,5
CO2 C (grafit) HCl C (intan) HI
-393,5 0 -92,5 +1,88 +25,9
H2 S NO2 C 2 H2
-20,1 +33,84 +226,7
CH4 C 2 H6
-74,8 -84,7
C 3 H8 NO
-104,0 +90,37
13
Contoh:
Perubahan entalpi pembentukan standar dari kristal amonium klorida adalah -314,4 kJ mol -1. Persamaan termokimia dari pernyataan tersebut adalah...
Jawaban : Persamaan termokimia dari pernyataan tersebut adalah : ½ N2(g) + 2H2(g) + ½ Cl 2(g) → NH4Cl(s)
∆Hf o = -314,4 kJ mol -1
SOAL LATIHAN
Perubahan entalpi pembentukan standar dari gas karbondioksida (CO 2) adalah –393,5 kJ/mol. Persamaan termokimianya adalah....
b. Perubahan Entalpi Penguraian Standar (∆H d0) Perubahan entalpi penguraian standar merupakan perubahan entalpi yang
terjadi pada penguraian 1 gmol suatu senyawa menjadi unsur-unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar. Reaksi penguraian merupakan kebalikan dari reaksi pembentukan. Harga perubahan entalpi penguraian standar suatu zat sama besar dengan perubahan entalpi pembentukan standar, tetapi berlawanan tanda.
14
Contoh:
Jika ∆Hf o H2O(g) = -240kJ mol -1, maka ∆Hd0 H2O = +240 kJ mol -1 maka persamaan termokimianya adalah...
Jawaban : Persamaan termokimia dari pernyataan tersebut adalah : H2O(l) → H2(g) + ½ O2(g) ∆Hd0 = +240 kJ
SOAL LATIHAN
Tuliskan persamaan reaksi termokimia penguraian: C3H8 (g), ∆Hf0 = -104,0 kJ/mol
c. Perubahan Entalpi Pembakaran Standar (∆Hc0)
Perubahan entalpi pembakaran standar (Standard Enthalpy ogf Combustion) adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pembakaran 1 mol suatu zat secara sempurna.Pembakaran merupakan reaksi suatu zat dengan oksigen, contohnya: 1. C(s) + O2(g) → CO2(g) 2. S(s) + O2(g) → SO2(g) Tabel 2. Perubahan Entalpi Pembakaran Standar (∆Hc0) Beberapa Zat Zat
H2 (g) C (intan) (s) C (grafit) (s) CH4 (g)
∆Hc0 (kJ/mol) -286
-395,388 -393,505 -890
15
C2H6 (g) C3H8 (g)
-1.560 -2.220
C4H10 (g) C2H2 (g)
-2.879 -1300
C2H5OH (l) C6H12O6 (s) C12H22O11 (s)
-1367 -2803 -5.641
Contoh:
Nilai perubahan entalpi pembakaran standar (∆Hco) metanol (CH3OH)
adalah
-638,5
kJ/mol.
Tuliskan
persamaan
termokimianya.
Jawaban : Persamaan termokimia dari pernyataan tersebut adalah : CH3OH(l) + 3/2 O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ∆H = -638,5 kJ
SOAL LATIHAN
Perubahan entalpi pembakaran gas CH 4 adalah –802 kJ/mol. Persamaan termokimianya adalah....
d. Perubahan Entalpi Penetralan Standar (∆H neut0)
Perubahan entalpi penetralan standar adalah perubahan entalpi yang dihasilkan pada reaksi penetralan asam (H+) oleh basa (OH – ) membentuk 1 mol air pada keadaan standar.
16
Tabel 3. Perubahan Entalpi Penetralan Standar (∆Hneut0) Beberapa Reaksi Asam dan Basa Asam HCl (aq)
Basa NaOH (aq)
∆Hneut0 (kJ/mol) -57,1
HCl (aq) HCl (aq) HNO3 (aq) HNO3 (aq)
KOH (aq) NH3 (aq) NaOH (aq) KOH (aq)
-57,1 -52,2 -57,3 -57,3
CH3COOH (aq) HCN (aq)
NaOH (aq) NH3 (aq)
-55,2 -5,4
Contoh:
Perubahan entalpi penetralan standar (∆Hneut0) antara HCl dan NaOH adalah – 57,1 kJ/mol. Persamaan reaksi termokimianya adalah...
Jawaban : Persamaan termokimia dari pernyataan tersebut adalah : HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H2O (l) ∆Hneut0= – 57,1 kJ/mol
SOAL LATIHAN
Tuliskan persamaan reaksi termokimia penetralan: HCl (aq) + KOH (aq), ∆Hneut0 = -57,1 kJ/mol
17
e. Perubahan Entalpi Pelarutan Standar (∆Hsol0)
Perubahan entalpi pelarutan standar adalah perubahan entalpi pada pelarutan 1 mol zat pada keadaan standar. Tabel 4. Perubahan Entalpi Pelarutan Standar (∆Hsol0) Beberapa Zat Zat NaOH (s)
∆Hsol0 (kJ/mol) -42,7
Zat Mg(OH)2 (s)
∆Hsol0 (kJ/mol) +2,8
NaCl (s)
+3,9
MgCl2 (s)
-155
+0,6 +20,5 -2,3 -55,2 +17,2 +20,0 +34,9 +23,8 +15,2 +16,2
MgBr 2 (s) Mg(NO3)2 (s) MgSO4 (s) Ca(OH)2 (s) CaCl2 (s) CaBr 2 (s) Ca(NO3)2 (s) CaSO4 (s) NH4 NO3 (s) (NH4)2SO4 (s)
-186 -85,5 -91,2 -16,2 -82,9 -110 -18,9 -17,8 +25,8 +6,2
NaBr (s) NaNO3 (s) Na2SO4 (s) KOH (s) KCl (s) KBr (s) KNO3 (s) K 2SO4 (s) NH4Cl (s) NH4Br (s)
Contoh:
Perubahan entalpi pelarutan standar NaCl adalah + 3,9 kJ/mol. Persamaan reaksi termokimianya adalah....
Jawaban : Persamaan termokimia dari pernyataan tersebut adalah : NaCl (s) → Na+ (aq) + Cl – (aq)
∆Hsol0 = + 3,9 kJ/mol
SOAL LATIHAN
Tuliskan persamaan reaksi termokimia pelarutan: NaOH (s), ∆Hsol0 = -42,7 kJ/mol
18
RANGKUMAN Dalam termokimia ada dua hal yang perlu diperhatikan menyangkut perpindahan energi, yaitu sistem dan lingkungan. Segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian dalam mempelajari perubahan energi disebut sistem, sedangkan hal-hal di luar sistem yang membatasi sistem dan dapat mempengaruhi sistem disebut lingkungan. Pada peristiwa termokimia, sistem adalah pereaksi kimia yang sedang kita pelajari. Dan lingkungan adalah air sebagai pelarut, wadah tempat reaksi terjadi, dan udara disekitarnya termasuk tangan kita bila memegang tabung reaksi atau wadah tempat reaksi itu terjadi. Reaksi kimia berlangsung disertai perubahan energi berupa penyerapan atau pelepasan kalor (panas). Reaksi kimia yang melibatkan penyerapan kalor disebut reaksi endoterm, sedangkan reaksi kimia yang melibatkan pelepasan kalor disebut reaksi eksoterm. Jumlah energi yang dimiliki suatu zat dalam segala bentuk disebut entalpi dan dilambangkan “H” (berasal dari kata “heat” yang berarti panas). Entalpi suatu zat tidak dapat diukur besarnya, tetapi perubahan entalpinya (ΔH) dapat diukur. Perubahan entalpi ini diperoleh dari selisih entalpi produk dengan entalpi reaktan. Perubahan entalpi standar (ΔH 0) adalah suatu perubahan entalpi yang diukur pada kondisi standar, yakni suhu 25 0C dan tekanan 1 atm. ΔH0 mempunyai satuan seperti energi yakni, Kj ( kilo Joule ) dalam sistem Internasional. Nilai ΔH 0 umumnya diberikan dengan basis 1 mol dari suatu zat yang terlibat dalam reaksi. Oleh karena itu, juga dikenal istilah perubahan entalpi molar standar dengan satuan kj/mol. Persamaan termokimia adalah persamaan reaksi kimia yang menyertakan perubahan entalpi (ΔH). Oleh karena ΔH merupakan sifat ekstensif,maka nilai ΔH yang tertera dalam persamaan termokimia bergantung pada koefisien reaksinya.
19
GLOSARIUM Entalpi adalah jumlah energi yang dimiliki suatu zat dalam segala bentuk Reaksi endoterm adalah reaksi yang menyerap kalor Reaksi eksoterm adalah reaksi yang melepaskan kalor Perubahan entalpi standar adalah suatu perubahan entalpi yang diukur pada
kondisi standar, yakni suhu 25 0C dan tekanan 1 atm
20
DAFTAR PUSTAKA
Johari,J.M.C dan M.Rachmawati. 2009. Kimia 2 SMA dan MA untukKelas XI . Jakarta : Esis
Justiana,Sandri dan Muchtaridi.2009. Kimia 2. Jakarta : Yudhistira
Kitti, Sura. 2010. Kimia 2. Jakarta : PT Graha Cipta Karya
Utami, B. 2009. Kimia 2: Untuk SMA/MA Kelas XI, Program Ilmu Alam . Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.
https://www.google.com/search?q=persamaan+termokimia&source=lnm s&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwijutTJdPMAhVCJJQKHUOy DZIQ_AUICCgC&biw=1024&bih=489#tbm=isch&q=reaksi+ekso term+dan+reaksi+endoterm&imgrc=6oW6tT7T8u2dDM%3A
https://www.google.com/search?q=kimia+fun&source=lnms&tbm=isch &sa=X&ved=0ahUKEwiF9fjhidTMAhVDkZQKHcmHAYQ_AUI BygB&biw=1024&bih=489#tbm=isch&q=GAMBAR+ANIMASI +KIMIA
https://www.youtube.com/watch?v=oUsNSRn1SHA
21
INDEKS Entalpi dan Perubahannya,7 Entalpi Pelarutan Standar, 17 Entalpi Pembakaran Standar, 14 Entalpi Pembentukan Standar, 12 Entalpi Penetralan Standar, 15 Entalpi Penguraian Standar,13 Persamaan Termokimia,11 Reaksi Eksoterm & Reaksi Ekdoterm, 9 Sistem dan Lingkungan, 6
22
Lampiran KUNCI JAWABAN SOAL LATIHAN
1. Sistem adalah dari alam yang menjadi pusat perhatian l angsung Lingkungan adalah bagian alam semesta yang berhubungan langsung (berinteraksi) dengan suatu sistem. 2. Sistem tertutup adalah sistem yang tertutup terhadap lingkungan, sistem terbuka adalah sistem yang terbuka terhadap lingkungan, sistem terisolasi adalah sistem yang tidak memungkinkan energi melewati pembatas antara sistem dan lingkungan 3. Sistem : amonium nitrat Lingkungan : wadah, air, udara 4. Entalpi ( H ) adalah jumlah energi yang dimiliki sistem pada tekanan tetap dan perubahan entalpi adalah perubahan kalor yang terjadi dalam reaksi kimia. 5. Bila H produk > H reaktan, maka Δ H bertanda positif, berarti terjadi penyerapan kalor dari lingkungan ke sistem. Bila H reaktan > H produk, maka Δ H bertanda negatif, berarti terjadi pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan. 6. Reaksi kimia yang melepaskan atau mengeluarkan kalor disebut reaksi
eksoterm, sedangkan reaksi kimia yang menyerap kalor disebut reaksi endoterm. 7. Perbedaan reaksi eksoterm dan reaksi endoterm Reaksi Eksoterm
Reaksi Endoterm
∆H < 0
∆H > 0
Terjadi kenaikan suhu
Terjadi penurunan suhu
Reaksi melepas kalor
Reaksi menyerap kalor
Kalor : sistem ke lingkungan
Kalor : lingkungan ke sistem
Berlangsung spontan
Berlangsung tidak spontan
8. Perubahan entalpi pembentukan standar dari gas karbondioksida (CO 2) adalah – 393,5 kJ/mol. Persamaan termokimianya adalah C (g) + O2(g) CO2(g) ∆Hf o = – 393,5 kJ/mol.
23
9. Persamaan reaksi termokimia penguraian C 3H8 (g), ∆Hf 0 = -104,0 kJ/mol adalah C3H8(g) C(g) + H2(g) ∆Hd0 = 104,0 kJ/mol 10. Persamaan termokimianya perubahan entalpi pembakaran gas CH 4 adalah – 802 kJ/mol adalah CH4(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) ∆Hc0 = – 802 kJ/mol 11. Persamaan reaksi termokimia penetralan: HCl (aq) + KOH (aq), ∆Hneut0 = -57,1 kJ/mol adalah HCl (aq) + KOH (aq)
KCl(aq)
+ H2O(aq) ∆Hneut0 =
-57,1 kJ/mol 12. Persamaan reaksi termokimia pelarutan: NaOH (s), ∆Hsol0 = -42,7 kJ/mol adalah NaOH (s) Na+(aq) + OH-(aq) ∆Hsol0 = -42,7 kJ/mol
