Termodinamika reaksi

Termodinamika reaksi Termodinamika reaksi menjelaskan tentang perubahan bentuk energi yang terjadi ketika suatu reaksi terjadi. Jika kita mencampurkan garam ammonium nitrat dan air dalam sebuah gelas, gelas tersebut akan terasa dingin. Reaksi itu disebut dengan reaksi endotermik. NH4NO3 (s)

NH4

+ (aq)

-

+ NO3 (aq)

o

H = +28.1 kJ/mol

Reaksi ini terjadi secara spontan walau diperlukan energi panas untuk memutuskan ikatan ionik  dari kristal NH 4NO3. Mengapa reaksi endotermik terjadi? Kekuatan yang mengendalikan reaksi NH 4NO3 mempunyai ketidakteraturan yang lebih besar + bagi ion NH4 dan NO3 dalam larutan dibandingkan jika ion-ion tersebut dalam bentuk padat. Ketidakteraturan atau keacakan dari sistem disebut juga dengan entropi, S, dengan satuan kJ/mol·K. Contoh kualitatif: Fasa cairan memiliki ketidakteraturan yang lebih dibandingkan dengan fasa padat dan gas memiliki ketidakteraturan yang lebih dibandingkan dengan fasa liquid. o

Pada 0 C SH2O(l) > SH2O(s) o Pada 100 C SH2O(g) > SH2O(l) Spontanitas dan Energi Bebas Gibbs Entropi harus diikutsertakan untuk memprediksi spontanitas suatu reaksi. Perubahan total dalam energi yang tersedia dalam sistem disebut perubahan dalam energi bebas Gibbs, G: G=

H-T

S

Dimana G : perubahan energi bebas Gibbs (kJ/mol) H : perubahan entalpi (kJ/mol) T : temperatur absolut (K) S : perubahan entropi (kJ/mol K) Perubahan entalpi adalah jumlah kalor atau usaha yang dipindahkan ketika suatu reaksi terjadi.

Sebuah reaksi akan terjadi secara spontan jika G adalah negatif, sehingga produk akan mempunyai energi bebas Gibbs yang lebih rendah dibandingkan dengan reaktan. Perlu diperhatikan juga bahwa tanda dari simbol bergantung pada temperatur.

H dan

S, spontanitas reaksi dapat juga

Untuk kondisi standar dari 1 atm gas dan 1 M zat terlarut dalam larutan, energi ini diberikan tanda "o".

    ∑  ∑     ∑   ∑     ∑  ∑

o

o

Tanda “f” pada Hf  dan Gf  mengindikasikan kalor pembentukan standar. Tanda “rxn” digunakan untuk menspesifikasikan bahwa perubahan energi dari suatu reaksi, namun biasanya tanda ini tidak disertakan. o

Dari tabel dibawah, kita dapat menghitung

H and

NH4NO3 (s)

NH4

+ (aq)

o

Hf  (kJ/mol)

o

G pada reaksi ini. -

+ NO3 (aq) o

Gf  (kJ/mol)

-365.6

-184.0

+ (a )

-132.5

-79.3

-

-205.0

-108.7

NH4NO3 (s) NH4

NO3 (aq) o

H = -132.5 kJ/mol - 205.0 kJ/mol - (-365.6 kJ/mol) o

H = +28.1 kJ/mol o

G = -79.3 kJ/mol - 108.7 kJ/mol - (-184 kJ/mol) o

G = -4.0 kJ/mol Karena

o

G negatif, maka reaksi berjalan secara spontan pada konsentrasi standar.

Diagram energi aktivasi untuk reaksi eksotermik:

Energi

^ | | | | | | | | | | |

________ reaktan __________/

/ /

\ \

Ea __

\ \ \ G

\ \

__

produk \_________

Diagram energi aktivasi untuk reaksi endotermik:

Energi

^ | | | | | | | | | | |

________ / / / / / reaktan ___________/

Ea adalah energi aktivasi dan

Ea

/ / ___

\ \ \ \ produk \____________ G ___

G adalah perubahan energi bebas Gibbs (kJ/mol).