< Previous58 dipergunakan satuan lain yaitu kalori (kal) atau kilo kalori (Kkal). Hubungan antara kedua satuan tersebut adalah: 1 kJ/mol = 0.24 Kkal/mol. (7). Hukum-hukum dalam Termokimia Dalam mempelajari reaksi kimia dan energi kita perlu memahami hukum‐hukum yang mendasari tentang perubahan dan energi. Hukum kekekalan energi Dalam perubahan kimia atau fisika energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentu lainnya. Hukum ini merupakan hukum termodinamika pertama dan menjadi dasar pengembangan hukum tentang energi selanjutnya, seperti konversi energi. Hukum Laplace Hukum ini diajukan oleh Marquis de Laplace dan dia menyatakan bahwa jumlah kalor yang dilepaskan dalam pembentukan sebuah senyawa dari unsur‐unsurnya sama dengan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menguraikan senyawa tersebut menjadi unsur‐unsurnya. Panjabaran dari hukum ini untuk entalphi reaksi ΔH dan kalor reaksi; C + O2 → CO2 ΔH = ‐94 Kkal CO2 → C + O2 ΔH = +94 Kkal Sedangkan untuk kalor reaksi, C + O2 → CO2 ‐94 Kkal CO2 → C + O2 +94 Kkal Untuk reaksi pertama, unsur C bereaksi dengan gas oksigen menghasilkan karbondioksida dan kalor sebesar 94 Kkal. 59 Sedangkan reaksi kedua karbondioksida terurai menjadi unsur C dan gas oksigen dengan membutuhkan kalor sebesar 94 Kkal. Dari sisi tanda, tampak jelas perbedaan antara entalphi reaksi dengan kalor reaksi, jika entalphi bernilai positif maka kalor reaksi bernilai negatif, demikian pula sebaliknya jika entalphi negatif maka kalor reaksi positif. Hukum Hess Hukum ini diajukan oleh Germain Hess, dia menyatakan bahwa entalphi reaksi (ΔH) hanya tergantung pada keadaan awal reaksi dan hasil reaksi dan tidak bergantung pada jalannya reaksi. ΔHreaksi= ΔHproduk ‐ΔHreaktan Jika suatu reaksi merupakan penjumlahan aljabar dari dua atau lebih reaksi, maka perubahan entalphi (ΔH) atau kalor reaksinya juga merupakan penjumlahan aljabar dari (ΔH) yang menyertai reaksi. Sebagai comtoh : Berdasarkan persamaan reaksi gas karbon dioksida dapat terbentuk melalui dua tahap, yaitu : Tahap 1:pembentukan karbonmonoksida dari unsur ‐ unsurnya. Tahap 2 : Proses oksidasi dari karbonmonoksida menjadi karbondioksida. Penjumlahan aljabar ΔHreaksi dari setiap tahap reaksi juga dilakukan sesuai dengan tahap reaksi, maka ΔHreaksi dari pembentukan gas Karbon dioksida juga dapat dilakukan. Berdasarkan berbagai jenis reaksi, maka kita juga dapat mengembangkan jenis kalor reaksi atau ΔH yang disesuaikan dengan jenis reaksinya. 60 Enthalphi reaksi (dH)Kalor ReaksiReaksi PembentukanReaksi Pembakaran Reaksi penguraianReaksi penetralan(dH) PembentukanKalor pembentukan(dH) Pembakarankalor pembakaran (dH) Penguraian Kalor Penguraian(dH) Penetralankalor Penetralan Gambar 19. Enthalpi dari beberapa proses pengolahan. ΔH pembentukan Entalphi pembentukan adalah entalphi reaksi pembentukan satu mol senyawa dari unsurunsurnya. Entalphi pembentukan standar (ΔHof) adalah entalphi reaksi pembentukan yang diukur pada 25oC dengan tekanan 1 atm. Dari definisi tersebut yang perlu kita cermati adalah pembentukan satu mol senyawa, dari unsurunsurnya, perhatikan contoh; H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l) ΔHof = ‐ 286 kJ/mol C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ΔHof = ‐ 393.6 kJ/mol ½ N2 (g) + ½ O2 (g) → NO (g) ΔHo f = + 40.3 kJ/mol Dari reaksi yang dibentuk satu mol air, sedangkan koofisien unsur‐unsurnya mengikuti persamaan reaksinya saja, jika yang dibentuk 2 mol senyawa air maka entalphi reaksinya juga meningkat dua kalinya. Harga entalphi pembentukan standar menjadi dasar dalam perhitungan harga‐harga entalphi lainnya, dapat dilihat dari beberapa tabel di buku buku Referensi/Text Book. 61 ΔH penguraian Entalphi penguraian merupakan kebalikan dari entalphi pembentukan, yaitu entalphi reaksi penguraian dari satu mol senyawa menjadi unsurunsurnya. Jika pengukuran entalphi pada keadaan 25oC dengan tekanan 1 atm, maka kita akan dapatkan entalphi penguraian standar (ΔHO d). H2O (l) → H2 (g) + ½ O2 (g) Δho d = 286 kJ/mol CO2 (g) → C (s) + O2 (g) Δho d = + 393.6 kJ/mol NO (g) → ½ N2 (g) + ½ O2 (g) ΔHo d = ‐ 40.3 kJ/mol Tampak jelas dari reaksi bahwa harga entalphi pembentukan berlawanan dengan entalphi penguraian. ΔH pembakaran Entalphi pembakaran standar adalah entalphi reaksi pembakaran sempurna satu mol senyawa dengan oksigen yang diukur pada keadaan 25oC dengan tekanan 1 atm, lambang entalphi pembakaran standar adalah ΔHoc. Contoh eltalphi pembakaran standar adalah untuk pembakaran unsure adalah : S(s) + O2(g) → SO2(g) ΔHoc= -296.83 kJ/mol Dan untuk pembakaran senyawa : C2H5OH(l) + O2(g) → CO2(g) + H2O(l) ΔHoc= -66,4 kkal ΔH pelarutan Entalphi pelarutan adalah entalphi reaksi pelarutan dari satu mol senyawa ke dalam pelarut dan menjadi larutan encer. Entalphi pelarutan standar hasil pengukuran pada 25oC dengan tekanan 1 atm dilambangkan dengan Δhos. 62 Jika kita mengencerkan asam sulfat ke dalam air, maka secara perlahan‐lahan kita memipet asam sulfat dan meneteskannya secara tidak langsung ke air melalui dinding tabung reaksi. Jika kita pegang dinding tabung reaksi akan terasa hangat. Hal ini mengindikasikan bahwa proses pengenceran asam sulfat melepaskan panas dengan persamaan reaksi; H2SO4(aq) + 2H2O 2 H3O+ + SO4 2‐(aq) ΔHos= ‐ 909.27 kJ/mol Perhitungan energi dalam bentuk kalor reaksi maupun entalphi dapat dilakukan dengan cara lain. Hal ini didasari pada prinsip reaksi yaitu penataan ulang ikatan kimia dari zat‐zat yang bereaksi. Sehingga proses penghitungan energi dapat menggunakan energi ikat dari senyawa yang terlibat dalam reaksi tersebut. Dalam laboratorium, eksperimen dapat dilakukan untuk mengukur ΔH dengan menggunakan calorimeter. Alat ini bekerja berdasarkan azas Black dimana kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diterima. Jika zat A suhu x oC dengan zat B dengan suhu yang sama X oC, setelah bercampur dihasilkan zat C yang suhu meningkat menjadi z oC . Terjadi perubahan suhu sebesar Δt = (z‐x) oC. Perubahan mengindikasikan bahwa reaksi menghasilkan panas. Perhitungan entalphi dapat diketahui dengan persamaan: q = m . c . Δt q: Kalor reaksi m : massa zat (gram) Δt : perubahan suhu (oC) c : Kalor jenis zat cair (J/g oC). 63 Energi Ikatan Energi ikatan atau energi ikat merupakan energi yang dipergunakan untuk memutuskan ikatan antar atom dari satu mol senyawa dalam bentuk gas dan dihasilkan atom‐atom gas. Perhatikan reaksi penguraian gas hidrogen berikut; H2 (g) → H (g) + H (g) ΔH = + 436 kJ/mol Dari persamaan tampak bahwa gas H2 terputus ikatan dan menjadi‐atom H dalam bentuk gas. Untuk memutuskan 1 mol H2 diperlukan energi sebesar 436 kJ. Tabel 6. Energy Ikat Antar Atom Dari Beberapa Senyawa. Ikatan Energi Ikatan Rata Rata (Kj/Mol) H – Cl 433 Cl – Br 218,3 Cl – I 210,3 N-H 391 O-H 463 Tentukan entalphi reaksi dari peruraian 73 gram Asam Klorida (HCl) dalam bentuk uap, dimana Ar dari atom H :1 dan Cl : 35.5. Diketahui berat HCl = 73 gram, Mr dari HCl = 36.5 Data energi ikat H‐Cl = 433 kJ/mol, H‐H = 436 kJ/mol dan Cl‐Cl : 342.6 kJ/mol. Selanjutnya kita tuliskan persamaan reaksinya HCl(g) → ½ H2(g) + ½ Cl2(g) H‐Cl (g) → ½ (H‐H)(g) + ½ (Cl‐Cl)(g) 64 ΔH = 433 – {(½ . 436) + (½ . 342.6)} ΔH = 43.7 kJ/mol, Energi yang dibutuhkan adalah kJ untuk setiap molnya. Untuk 2 mol HCl, dibutuhkan energi sebesar ΔH = 87.4 kJ. 65 Eksplorasi Lakukanlah pembagian kelompok dalam kelas, bagikan untuk tiap kelompok untuk mengamati panas pengenceran dengan bahan bahan sebagai berikut: a. Kostik soda b. Kapur gamping c. Bahan belerang alami d. Soda abu. Dengan cara menggunakan kalori meter sederhana, catat perubahan suhu atau panas yang dihasilkan.! Mengasosiasi Jelaskan hubungan antara bahan batuan tambang dengan pH dari larutan, panas yang ditimbulkan !! Mengkomunikasi Sampaikan kepada kelompok – kelompok yang lain mengenai hasil pengamatan dan identifikasi tersebut, samakah pendapat anda dengan pendapat kelompok kelompok yang lain? 66 b. Penyelesaian Necara Massa & Energi Dalam Skala Industri Pada proses industri selalu ada perencanaan untuk mendapatkan produk dalam jumlah tertentu, berapa kebutuhan bahan baku, bahan penolong untuk kepentingan tersebut. Ini dibutuhkan ketrampilan dalam menyelenggarakan perhitungan untuk mendapatkan hasil sesuai dan harapan yang diinginkan. Demikian juga dengan neraca energi juga mengalami kestimbangan: Kesetimbangan Energi (neraca energi ) berbeda dengan kestimbangan (neraca massa) sebab total massa dapat langsung diketahui dengan sisa bahan yang ada, namun neraca energi sangat sulit digambarkan secara langsung dan visual. Sebagai gambaran konsekeunsi dari masalah ini adalah energi panas dari massa yang menimbulkan panas yang digambarkan dengan kondisi standart dari suhu atau temperaturnya, sebagai contoh untuk panas relatif dari air pada suhu 273 0K (320F) dengan kondisi kestimbangan tekanan adalah tekanan uapnya. Untuk mempermudah dari kompleksnya persoalan yang muncul, sistem material atau neraca massa diselesaikan terlebih dahulu dengan pendekatan sistematik dari prsoalan yang muncul dengan melihat variabel independen yang belum diketahui. Beberapa teknik dalam menyelesaikan persoalan mengenai neraca massa dan energi ini adalah tahap demi tahap mengikuti alur sebagai berikut : 67 (1). Kondisi Persoalan Yang Ada Dalam Proses. (2). Data – Data Yang Diketahui. (3). Gambarkan Sketsa Dari Sistem Proses dan diagram alirnya dari masuk dan keluar ( F-masuk = F - keluar + akumulasi). (4). Difinisikan Sistem Proses Dan Lingkungan Kondisi Proses. (5). Tetapkan Basis Perhitungan Untuk Menentukan Parameter Perhitungan. (6). Tuliskan Neraca Massa dari system proses. (7). Tuliskan Necara Massa seluruhnya dari proses tersebut. (8). selesaikan persamaan prosesnya. (9). selesaikan persamaan prosesnya. 1). Perhitungan neraca massa. Untuk menghitungan suatu rangkaian proses dalam industry kimia, diperlukan ketrampilan dalam menghitung proses produksi maupun perancangn proses produksi. Ketrampilan ini diperlukan karena adanya factor konversi satuan. Sebagai contoh dalam perhitungan berikut ini. Suatu slurry mengandung 25 % padatan yang terlarut, dimana padatan tersebut masuk ke filter, padatan yang terbentuk (cake) pada filter mengandung containing 90 %. Dan cairan yang keluar dari filter mengandung padatan sebesar 1 %. Neraca Massa (Material balance) sekitar filter adalah 2000 kg/jam. Berapakah kecepatan dari filtrate dan cake yang terbentuk? Prosedur Perhitungan. Langkah 1: Buatlah Sketsa Dari System, Dengan Melihat Data Yang Ada Dan Dibutuhkan, Mengidikasi Data Yang Belum Diketahui, Dengan Melihat Lingkungan System & Menentukan Basis perhitungan Proses. Dari soal diatas diketahui bahwa tidak reaksi kimia pada proses filtrasi tersebut sehingga langkah yang diambil adalah menentukan kondisi neraca massa yang masuk dan yang keluar dengan mengamati data yang diberikan. Next >