energi, entropi & spontanitas reaksi

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta

1

Energi, Entropi & Spontanitas Reaksi

Kimia Dasar II – Prodi KimiaLiana Aisyah

# 4 (Kamis, 24 Maret 2011)


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


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.


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)


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


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?


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


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


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


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


11

Reaksi Spontan

H umumnya – Tetapi juga ada reaksi dengan H

+ yang spontan

Ada faktor lain:

ENTROPI


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


13

Proses-proses yang

menghasilkan kenaikan entropi

(S > 0)


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


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


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


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)-


18


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


19


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)


20

Perubahan Entropi dalam Lingkungan (Sling)

Proses EksotermikSling > 0

Proses EndotermikSling < 0


21

Hukum III Termodinamika

Entropi dari zat kristal sempurna adalah nol pada suhu nol mutlak.

18.3


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.


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.


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).


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)


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


27

G = H - TS


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


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?


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)




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.




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!

energi, entropi & spontanitas reaksi

Documents