Chapter 4

 

Halaman 122. Halaman 122 BAB 4 Efek Panas Perpindahan panas merupakan salah satu dari operasi yang paling sering digunaka dig unakan n dal dalam am indu industry stry kimi kimia. a. Perh Perhatik atikan, an, seba sebagai gai cont contoh, oh, pemb pembuata uatan n ethylene glycol (salah satu zat anti beku) dengan cara oksidasi ethylene ke ethylene ethy lene gly glycol col dan kemu kemudian dian hidrasi ke glyc glycol. ol. Reak Reaksi si oksi oksidasi dasi katalit katalitik ik 0 paling efektif ketika dilakukan pada suhu dekat dengan 250 C. Reaktannya, ethylene dan udara, dipanaskan ke temperatur tersebut sebelum masuk ke reactor reac tor.. Untuk mendesa mendesain in pre preheat heater, er, haru harus s dik diketah etahui ui bera berapa pa pana panas s yang dipindahkan. Reaksi pembakaran ethylene dengan oksigen di dalam katalis cenderung menaikkan temperatur. Bagaimanapun, panas dipindahkan dari reactor, dan temperatur tidak naik terlalu tinggi di atas 250 oC. Temperatur lebih tinggi dapat menghasilkan CO2, produk yang tidak diinginkan. Desain darii reac dar reactor tor memb membutuhk utuhkan an peng pengetahu etahuan an tenta tentang ng bany banyakny aknya a per perpind pindahan ahan panas, dan ini tergantung pada efek panas yang berhubungan denga reaksi kimia. Produk ethylene oxide dihidrasi ke glycol dengan absorpsi di dalam air.. Pa air Panas nas ber berke kemb mbang ang tid tidak ak han hanya ya ka karen rena a per peruba ubahan han fas fase e da dan n prose proses s pelarutan, namun namun juga kar karena ena reaksi hi hidrasi drasi antar antara a ethylene oxide d dan an air yang yan g ter terlar larut. ut. Akh Akhir irnya nya,, gl glyco ycoll di didap dapat atkan kan kem kemba bali li da dari ri air de denga ngan n car cara a distilasi, sebuah proses penguapan dan pengembunan, yang menghasilkan terpisahnya larutan ke komponenny komponennya. a. Pentingny Pentin gnya a efe efek k pa panas nas ini dit ditunj unjukk ukkan an den dengan gan pr prose oses s man manufa ufaktu kturr kimia kimi a sede sederhana rhana.. Berl Berlawana awanan n deng dengan an efek pan panas as sensi sensible, ble, yang memi memiliki liki karakteristik perubahan temperature, efek panas dari reaksi kimia, perubahan fase, dan pembentukan dan pemisahan larutan didapatkan dari pengukuran eksperimen eksperimen yang dibuat pada temperatur konstan. Pada bab ini, kita menggunakan thermodinamika untuk menguji sebagian besar dari efek panas yang mengikuti operasi fisika dan kimia. Bagaimanapun, efek panas dari proses pencampuran yang tergantung pada sifat thermodinamika campuran, dibahas pada bab 12. 4.1 EFEK PANAS SENSIBEL Perpindahan panas ke sebuah sistem di mana tidak ada perubahan fase, tidak ada reaksi kimia, dan tidak ada perubahan komposisi yang menyebabkan temperatur sistem berubah. Tujuan kita di sini untuk mengembangkan hubungan antara kuantitas dari panas yang dipindahkan dan perubahan temperatur yang dihasilkan. Ketika Ketik a sis sistem tem ad adala alah h sub substa stansi nsi hom homog ogeny eny da dari ri kom kompo posis sisii ko konst nstan, an, aturan fase menunjukkan bahwa menetapkan hasil dari dua sifat intensif  membentuk keadaan itu. Molar atau spesifik energi dalam dari substansi dapat dituliskan sebagai fungsi dari dua variabel keadaan yang lain

 

Halaman 123 spesifik spesif ik ene energ rgii da dala lam m da dari ri sua suatu tu sub substa stansi nsi mun mungk gkin in da dapat pat diekspresikan sebagai fungsi dari dua variable keadaan yang lain. Ini mungkin diseleksi sebagai temper temperature ature dan molar atau spesifik volume :

 

U 

Dimana,

dU  = (

U (T , V )

=

∂U  ∂U  )V  dT  + ( ) T  dV  ∂V  ∂T 

Sebagai hasil dari Pers.(2.16) ini menjadi : dU  = C V  dT  + (

 

∂U  ) dV  ∂V  T 

Istilah akhir mungkin diatur sama dengan nol dalam dua keadaan :

• •

Untuk beberapa proses volume-konstan, tanpa memperhatikan substansinya. Kapanpun energi dalam tidak tergantung dari volume, tanpa memperhatikan proses. Ini sebenarnya benar untuk gas-gas ideal dan fluida-fluida incompre incompressible ssible dan kira-kira benar untuk gas-gas bertekanan rendah.

Dalam kasus yang lain,

dU  = C V  dT 

T 2

dan

∆U  =

C V  dT 

(4.1)

∫ 

T 1

Untuk proses-proses volume konstan yang reversible secara mekanik, Q = ∆U  , dan Pers. (2.19)mung (2.19)mungkin kin ditulis kembali : T 2

 

∫ 

Q = ∆U  = C V  dT  T 1

Sama hal Sama halnya nya,, mo molar lar ata atau u ent enthal halpy py spe spesif sifik ik mun mungki gkin n di dieks ekspr presi esikan kan sebagai fungsi temperature dan tekanan :  

Dimana

H  = H (T , P )

dH  = ( ∂H  ) T  dT  + ( ∂H  ) T  dP  ∂T  ∂P 

 

Sebagai hasil dari Pers.(2.20) ini menjadi : dH  = C P dT  + (

 

∂H  ) dP  ∂P  T 

Lagi, dua keadaan membolehkan istilah terakhir untuk diatur sama dengan nol :

• •

Untuk beberapa proses tekanan konstan, tanpa memperhatikan substansinya Kapanpun enthalpy dari substansi tidak tergantung dari tekanan, tanpa memperhatikan proses. Ini sebenarnya benar untuk gas-gas ideal dan kira-kira benar untuk gas bertekanan rendah.

Halaman 124 Pada kasus yang lain; dH = CP dT  T 2

∆H =

Dan

∫ C  d T  P 

T 1

(4.2) Dan juga, Q = ∆H untuk proses reversible secara mekanik, tekanan konstan, proses system tertutupstate [persamaan dan∆E untuk transfer panas pada perubahan aliran steady dimana 2.23] ∆EP dan K  diabaikan dan WS =0. Sehingga: T 2

Q = ∆H =

∫ C  d T  P 

T 1

(4.3) Secara umum dalam keteknikan aplikasi dari persamaan ini adalah untuk aliran transfer panas yang steady-state. Suhu bergantung pada Kapasitas Panas Hasil dari integ Hasil integral ral untuk per pers. s. (4.3) memb memberik erikan an syarat bah bahwa wa suhu tergantung pada kapasitas panas. Hal ini biasanya diberikan pada persamaan empiris, empiris, dan dua bentuk rumus secara umum dapat ditulis: C P  R

 

= α + βT + γT 2 dan

C P  = a + bT + cT R

2

 

Di mana α,β, dan γ dan a, b, dan c adalah konstanta dari partikel zat. Denga De ngan n pe penge ngecua cualia lian n da dari ri wa waktu ktu ya yang ng lalu, lalu, pe persa rsama maan an ini me merup rupak akan an bent be ntuk uk ya yang ng sa sama ma.. Ol Oleh eh ka kare rena na it itu u ka kami mi me meng ngga gabu bung ngka kan n du dua a rumu rumus s tersebut untuk membuat bentuk yang sederhana:  

C P  R

= A + B T + C T 2 + DT-2

(4.4) Dimana C dan D adalah nol, tergantung pada pertim pertimbangan bangan zat. Oleh karena perbandingan CP/R tidak berdimensi, berdimensi, satuan dari CP diatur oleh pemilihan R.

 

Sepertii di Sepert ditun tunjuk jukkan kan pa pada da cha chapte pterr 6, unt untuk uk ga gas, s, hal ini mer merupa upakan kan kapasitas panas dari gas ideal, dibandingk dibandingkan an dengan kapasita kapasitas s panas secara nyata; hal ini digunakan pada penilaian dari banyak propeti termodinamika seperti entalpi. Alasannya adalah penilaian property termodinamika sering digunakan dan diselesaikan dengan dua tahap. Pertama, menghitung nilai untuk unt uk ang angga gapan pan kea keada daan an gas ide ideal al di ma mana na kap kapasi asitas tas pan panas as ga gas s ideal ideal digun di gunaka akan. n. Ked Kedua ua,, me mengo ngorek reksi si nil nilai ai ke kead adan an ga gas s ide ideal al men menjad jadii nil nilai ai ga gas s nyata. Suatu gas yangsebenarnya menjadi ideal pada limit P→ 0; dan jika ini diang di angga gap p han hanya ya ter tertin tingg ggal al ke keada adaan an ideal idealnya nya ke ketik tika a di ditek tekan an ke tek tekana anan n tertentu. Tahap ini akan menghasilkan kondisi gas yang ideal. Gas-gas pada tahap tah ap yan yang g ideal ideal me memi milik likii pr prop oper erty ty yan yang g men mencer cermin minka kan n kon kondi disi si di dirin rinya ya sebagai gas nyata. Kapasitas panas gas ideal (digambarkan oleh CPig dan CVig) memiliki perbedaan untuk tiap-tiap gas yang berbeda. Meskipun fungsi suhu tidak bergantung pada tekanan. Kapasitas panas gas ideal meningkat secara bertahap dengan adanya peningkatan suhu hingga batas atas limit, dimana ini tercapai ketika semua bentuk translasi, rotasi, dan getaran dari pergerakan molekul ditingkatkan dengan penuh [lihat pers. (16.18)]. Pengaruh suhu pada CPig untuk gas argon, nitrogen, air, dan karbon dioksida diilustrasikan pada gambar 4.1. Keterik Kete rikatan atan suhu ditu ditunjukk njukkan an seca secara ra anal analitis itis ole oleh h per persama samaan an (4.4 (4.4), ), yang ditulis: ig 

C P

R 

=

A

+

BT

+

CT2

+

DT-2

(4.4) Halaman 125 Nilai parameter diberikan dalam table C.1 appendiks C untuk sejumlah gas organic dan anorganik yang sering dijumpai. Persamaan yang lebih akurat dan lebih komplek ditemukan dalam literature. Sebagai hasil dari persamaan (3.18), dua kapasitas panas gas ideal mempunyai hubungan: C vig  R

=

C ig  p R

-1

Temperatur dependence dari dari

C ig  p R

(4.5) C vig  R

mengikuti dari temperature dependence

ig  Pengaruh suhu pada C vig  atau C p ditentukan dengan percobaan,

paling sering dihitung dengan metode mekanika statistic dari data spektroskopis dan pengetahuan struktur molecular. Dimana data eksperim eksp erimental ental tida tidak k terse tersedia, dia, meto metode de esti estimasi masi digu digunaka nakan, n, seba sebagai gaimana mana digambarkan oleh Reid, Prausnitz dan Poling. Meskipun Meskip un kap kapasi asita tas s pa panas nas ga gas s ideal ideal tep tepat at ben benar ar unt untuk uk ga gas s nya nyata ta hanya han ya pa pada da tek tekana anan n no nol, l, pen penyim yimpa panga ngan n ga gas s nya nyata ta da dari ri ideal idealnya nya jar jarang ang ig  berarti pada tekanan di bawah beberapa bar, dan disini C vig  dan C p biasanya

merupakan perkiraan yang bagus untuk kapasitas panas.

 

Halaman 126 Campuran gas dalam komposisi konstan mungkin dapat diperlakukan dengan cara yang sama dengan gas yang murni. Definisi gas ideal adalah gas yang moleku molekulnya lnya tidak mempuny mempunyai ai peng pengaruh aruh terhada terhadap p yang lain. Di mana artinya bahwa gas dalam campuran tidak tergantung pada yang lain, sifatnya sifat nya tida tidak k terp terpenga engaruh ruh ole oleh h teka tekanan nan dar darii mol molekul ekul yang berb berbeda. eda. Jadi perhitungan kapasitas panas gas ideal dari campuran gas sebagai penjumlahan mol fraksi dari kapasitas panas spesies. Di mana menganggap satu mol campuran gas terdiri dari spesies A, B, dan C serta memisalkan yA, yB, dan yC sebagai mol fraksi masing-masing spesies. Kapasitas molar panas dari campuran gas ideal adalah :

ig  ig  ig  ig  C P  = yA C P  + yB C P  + yC C P  mixture B

A

C 

ig  ig  ig  di mana C P  , C P  , dan C P  adalah kapasitas panas dari A, B, dan C dalam A

B

C 

bentuk gas ideal. Sebagaimana Sebagaim ana gas, kap kapasita asitas s pan panas as dari solid dan liqu liquid id dite ditentuka ntukan n oleh oleh eks ekspe peri rimen men.. Par Parame ameter ter unt untuk uk tempe temperat ratur ur ter tergan gantun tung g da dari ri CP yang dituliskan dalam persamaan (4.4) yang diberikan untuk beberapa solid dan liquid pada tabel C.2 dan C.3 dalam appendiks C. Hubungan kapasita kapasitas s panas beberapa solid dan liquid diberikan oleh Perry dan Green serta Daubert et al.3

 

Halaman 127 Penaksiran Dari Panas Integral Perkiraan dari integral ∫  CP dT diselesaikan oleh subtitusi untuk CP, diikuti oleh integralisasi formal. Untuk suhu terbatas dari T0 dan T hasil yang sesuai ditunjukan sebagai :  

(4.7) Dimana

Diberik Dib erikan an T0 dan T, Pe Perhi rhitun tungan gan Q at atau au ∆ H adala adalah h be benar nar.. Leb Lebih ih sed sediki ikitt benarnya menghitung T, jika diberikan T0 dan Q atau ∆ H. Disini, iterasi pola bias berguna. Pemfaktoran (τ -1) untuk masing-masing factor pada sebelah kanan persamaan( 4.7) diberikan :

Karena

Dapat juga ditulis :

Kita mengidentifikasikan jumlah dalam tanda kurung kurawal sebagai (CP)H/R, dimana (CP)H didefinisikan sebagai kapasitas panas rata-rata :

 

 

(4.8) Persamaan (4.2) dapat ditulis :  

(4.9) Tanda kurung siku-siku melingkungi identifikasi CP sebagai nilai rata-rata; indeks H mendenotasikan nilai spesifik rata-rata perhitungan entalphy, dan membedakan rata-raat kapasitas panas ini dari jumlah yang sama yang akan diperkenalkan pada chapter selanjutnya Penyelesaian Penyelesaia n persamaan (4.9) untuk T adalah :  

(4.10) Permulaan nilai untuk T (dan kemudian untuk (τ =T/T0) mengizinkan perkira per kiraan an (CP)H oleh oleh per pers. s. (4.8) (4.8).Su .Subti btitus tusii dar darii nil nilai ai ini pad pada a per pers.( s.(4.1 4.10) 0) memberikan nilai baru untuk T dari perkiraan kembali (CP)H. Iterasi berlanjut untuk pendekatan pada nilai akhir T

Halaman128 Penggunaan Fungsi Terdefinisi  Perhitungan termodinamika sering membutuhkan evaluasi dari integral

∫ (Cp

R )dT 

. In Inii

me memb mber erii ke kesa san n ba bahw hwa a sa sala lah h sa satu tuny nya a me memp mpun unya yaii si sisi si

penggunaan komputer yang berkelanjutan dengan tujuan untuk perhitungan. Sisi kanan dari persamaan (4.7) didefinisikan sebagai fungsi, ICPH(T0,T;A,B,C,D). ICPH(T0,T; A,B,C,D). Persamaa Persamaan n (4.7) kemudian menjadi: T 

Cp ∫  R dT  = ICPH  (To , T ; A, B, C , D ) To

Fungsi tersebut dinamakan ICPH, dan nilai-nilai dalam tanda kurung adalah variabel T0 dan T, diikuti oleh parameter A, B, C, dan D. Ketika nilai-nilai ini ditandai dengan nilai-nilai numerik, angka-angka tersebut menunjukkan nilai untuk integral. Oleh karena itu, untuk evaluasi dari Q pada Contoh Soal 4.2:   Q

=

8,314

×

ICPH  (533 ,15 ,873 ,15 ;1,702 ,9,0   81 E  −3,−2,164 E  −6,0,0)

19 .778 J 

=

Mewakili program komputer untuk evaluasi dari integral tersebut diberikan pada pa da Ap Appen pendi diks ks D. Unt Untuk uk fle fleksi ksibi bilit litas as tam tambah bahan an pr prog ogram ram ter terseb sebut ut jug juga a mengevaluasi mengevalua si nilai tak berdimensi (Cp)H/R seperti diberikan pada persamaan (4.8). Sisi kanan dari persamaan ini adalah fungsi yang lain, MCPH(T0,T;A,B,C,D). MCPH(T0,T ;A,B,C,D). Dengan definisi ini, Persamaan (4.8) menjadi: (Cp)H = MCPH(T0,T;A,B,C,D)

 

R

Halaman 129 Harga spesifik dari fungsi ini adalah : MCPH (533.15,873.15 ; 1.702,9.08 1.702,9.081 1 E-3,-2.164E-6,0 E-3,-2.164E-6,0.0) .0) =6.9965 Menunjukkan

(Cp)H / R untuk metana dalam perhitungan dari contoh 4.2

dengan pers.(4.9), ∆ H = (8.314) (6.9965) (873.15 -533.15) = 19,778 J

4.2 PANAS LATENT DARI ZAT MURNI Ketika sebuah zat murni dicairkan dari keadaan padat atau diuapkan dari cairan pada tekanan konstan, tidak ada perubahan dalam temperatur yang terjadi; bagaimanapun, bagaimanapun, proses tersebut membutuhkan transfer dari sejumlah (terbatas) panas kedalam zat.

Halaman 130 Efek panas ini disebut panas latent dari peleburan dan panas latent dari penguapan. Sama halnya dengan, perpindahan panas mengiringi perubahan substansi substa nsi da dari ri fas fase e sol solid id ke fas fase e la lain in seb sebaga agaii con conto toh h pe penye nyerap rapan an pan panas as dimana perubahan kristal sulfur rhombic ke struktur monoclinic pada keadaan 95 C dan 1 bar adalah 360 J untuk setiap gram atom. Keistimewaan karakteristik dari semua proses ini adalah dua fase yang Keistimewaan saling sal ing ber berda dampi mpinga ngan. n. Me Menur nurut ut huk hukum um fase, fase, sis sistem tem dua fase fase ter terdir dirii da dari ri spesies tunggal yang tidak bervariasi dan properti intensifnya didapatkan dari spesifikasi satu properti tunggal saja. Maka panas latent yang mengikuti perubahan fase adalah hanya fungsi temperatur, dan itu dihubungkan pada properti sistem yang lain oleh persamaan thermodinamik: ∆H  = T  ∆V 

sat  d  P sat 

dT 

Dimana untuk spesies murni pada temperatur T, ∆H = panas latent ∆V = perubahan volume yang mengikuti perubahan fase Psat = Tekanan uap

(4.11)

 

Penurunan persamaan diatas berasal dari persamaan Clapeyron, yang diberikan pada Chapter 6. Ketika persamaan (4.11) ini digunakan pada proses penguapan cairan murni, d Psat /dT adalah slope dari kurva tekanan uap lawan temperatur, ∆V adalah perbedaan molar volum dari saturated vapor dan saturated liquid, dan ∆H adalah panas latent dari proses penguapan. Maka nilai dari ∆H dapat dikalkulasi dari tekanan uap dan data volumetrik. Panas latent dapat diukur melalui kalorimeter. Nilai percobaan tersedia pada pa da beb beber erapa apa suh suhu u ter terten tentu tu unt untuk uk beb bebera erapa pa sub substa stansi nsi.. Ko Korel relasi asi pa panas nas latent beberapa campuran sebagai temperatur diberikan oleh Daubert et al. Meskipun Mesk ipun,, dat data a tida tidak k sela selalu lu ters tersedia edia pada temp tempera eratur, tur, dan pada banyak kasus, data yang diperlukan untuk penggunaan persamaan 4.11 juga tidak diketahui. Pada kasus ini metode pendekatan digunakan untuk mengestim meng estimasi asi efek pan panas as yang mengiku mengikuti ti peru perubaha bahan n fase fase.. Kar Karena ena pana panas s penguapan sejauh ini adalah sangat penting dari segi praktis, panas penguapa peng uapan n menj menjadi adi sang sangat at dip diperha erhatikan tikan.. Sat Satu u pro prosedur sedur yang dig digunak unakan an sebagai seba gai meto metode de sumb sumbanga angan n kel kelomp ompok, ok, dike dikenal nal seba sebagai gai UNIV UNIVAP. AP. Meto Metode de alternatif menyediakan menyediakan 2 tujuan: • Prediksi panas penguapan pada titik didih normal,yaitu pada tekanan standar 1 atmosfer atau 101,325 Pa • Estimasi panas penguapan pada beberapa temperatur dari nilai yang diketahui pada sebuah temperatur tunggal Halaman 131

Halaman 132 4.3 PANAS STANDART DARI REAKSI Efek panas yang telah dibicarakan sejauh ini adalah mengenai proses fisik. Reaksi kimia diikuti dengan panas yang ditransfer atau perubahan temperatur selama reaksi, dilain kasus oleh keduanya. Efek ini merupakan hasil has il da dari ri per perbe beda daan an di mo molec lecula ularr str struct ucture ure da dan n dar darii ene energ rgii pr prod oduk uk da dan n reaktan.contohnya, reaktan di reaksi pembakaran menunjukkan energi yang lebih besar di jumlahnya daripada produknya dan energi ini harus dipi di pinda ndahka hkan n ke lingk lingkung ungan an seb sebag agai ai pa pana nas s ata atau u me memp mpro roduk duksi si pr prod oduk uk di temperatur tinggi. Masing-masing dari reaksi kimia yang dapat dimungkinkan dapat dikeluarkan di berbagai cara dan masing-masing reaksi yang dikeluarkan dengan cara tertentu, diikuti efek panas tertentu. Tabulasi dari efek panas yang dimungkinkan untuk semua reaksi yang dimungkinkan adalah tidak mungkin. Maka dari itu kita menghitungefek panas dari reaksi yang dikeluarkan dari data untuk reaksi yang dikeluarkan dalam cara standart. Hal ini membuat data yang dibutuhkan menjadi minimum.

 

Panas yan Panas yang g ber berhub hubung ungan an de denga ngan n rea reaksi ksi kim kimia ia ya yang ng spe spesif sifik ik ter tergan gantun tung g dengan temperatur dari reaktan dan produk. Dasar yang konsisten(standar) untuk perlakuan dari reaksi efek panas mempunyai hasil saat produk dan reaktan dari reaksi mempunyai temperatur yang sama. Menurut metode flow calorimeter untuk pengukuran panas pembakaran dari bahan ba han ba bakar kar ga gas. s. Bah Bahan an ba bakar kar ini be berca rcampu mpurr de denga ngan n uda udara ra tem tempe perat ratur ur terten ter tentu tu da dan n ca cair iran an ini men mengal galir ir me melal lalui ui rua ruang ng pe pemb mbaka akaran ran saa saatt re reaks aksii berlang ber langsung. sung. Pro Produk duk pemb pembakar akaran an mem memasuki asuki secti section on berl berlapis apis air dim dimana ana produk pembakarandidinginkan ke temperatur dari reaktan . sejak tidak ada kerja ker ja ya yang ng di dipr prod oduks uksii da dari ri pro proses ses,, da dan n cal calor orim imete eterr di diban bangun gun seh sehing ingga ga perubaha per ubahan n di ener energi gi pote potensial nsial dan ener energi gi kine kinetik tik diab diabaika aikan, n, kese keseluruh luruhan an kesetimbangan energi, persamaan (2.32) menjadi: Q = ∆H 

Maka panas yang diabsorbed dari air identik dengan perubahan entalpi yang diakibatkan diakibat kan dari reaksi pembakara pembakaran, n, dan praktek universal untuk mendesain perubahan entalpi dari reaksi H sebagai panas dari reaksi. 

Untuk tujuan tabulais data dengan memperhatikan reaksi, aA + bB → lL + mM 

Panas standart dari reaksi didefinisikan sebagai perubahan entalpi saat a moles dari A dan b mole dari Bda dalam keadaan standart temperatur T bereaksi membentuk l moles L dan m moles M dalam keadaan standart temperatur yang sama.

Halaman 133 Keadaan Standar adalah keadaan suatu spesies pada temper tem peratu atur r T dan pad pada a Tek Tekana anan,k n,kom ompos posisi isi dan kon kondi disi si fi fisik  sik  tertentu seperti misalnya gas,liquid atau solid. Tekanan pada Keadaan standar  standar  dari 1 standar atmosphere (101,325 Pa) telah digunakan selama bertahun tahun, dan data tabulasi yang lebih tua diperuntukan untuk tekanan ini. Standar pada amasa sekarang adalah 1 bar (105 Pa), Pa),tetap tetapii untuk tuju tujuan an dar darii chapte chapterr ini,pe ini,perbed rbedaanny aannya a merup merupakan akan konsekuensi yang dapat diabaikan. Dengan memperhatikan komposisi sebagai hal yang utama,keadaan standar yang digunakan pada chapter ini merupakan merupa kan kead keadaa aan n da dari ri spe spesis sis mur murni. ni. Untuk ga gas,k s,kead eadaa aan n fis fisik ik ad adala alah h keada ke adaan an ga gas s ideal ideal dan unt untuk uk liqui liquid d da dan n sol solid id,ke ,kead adaan aan seb sebena enarny rnya a saa saatt

 

tekanan pada keadaan standar dan pada temperatur dalam sistem. Kesimpulannya,Keadaan standar yang digunakan pada chapter ini adalah :

•

Gas : Substansi murni saat keadaan gas ideal pada 1 bar. • Liquid dan solid : Liquid dan solid murni pada 1 bar. Nilai properti pada keadaan standar ditandai dengan simbol derajat. Sebagai symbol derajat. Sebagai contoh, Cp0 merupakan kapasitas panas pada keadaan keadaan standar . Sej Sejak ak keadaa keadaan n standar untuk gas adalah kead keadaan aan 0

ig

standar pada gas ideal,Cp untuk gas identik dengan Cp , dan data dari Tabel Ta bel C.1 dis disert ertaka akan n ke kead adaan aan sta standa ndarr unt untuk uk ga gas. s. Sem Semua ua kon kondi disi si unt untuk uk keadaan standar telah ditetapkan kecuali temperatur,dimana selalu digunakan temperatur pada sistem. Properti keadaan standar hanya merupakan funsgsi dari suhu. Keadaan standar yang telah dipilih untuk gas hanyalah sebuah hipotesis,pada tekanan 1 bar gas yang sebenarnya tidaklah ideal. Meskipun begitu,properti jarang menerima banyak dari keadaan ideal,dan fakta yang paling mendukung enthalpi untuk keadaan gas nyata pada 1 bar dan keadaan gas ideal hanya memiliki sedikit perbedaan. Ketika panas reaksi telah diberikan untuk suatu reaksi, panas reaksi disertakan untuk koefisien stoikiometri begitu ditulis. Jika setiap koefisien stoikiometri digandakan,panas reaksi juga ikut digandakan. Sebagai contoh,Reaksi Sintesis Ammonia dapat ditulis : ½N2 + atau atau

N2 +

/2H2

3

3H2

NH3

ΔH0298 = -46,110 J

2NH3

ΔH0298 = -92,220 J

------

------

Simbol ΔH0298 menunjukan bahwa panas reaksi itu standar untuk temperatut 298.15 K (250C). 4.4 Standar Panas Pembentukan Tabulasi data pada panas reaksi standar untuk semua bilangan yang sangat besar pada reaksi yang mungkin merupakan keadaan yang nyata. Untung Unt ungnya nya,pa ,pana nas s sta standa ndarr unt untuk uk set setiap iap re reaks aksii dap dapat at di dihit hitung ung jika jika pan panas as pembe pe mbentu ntuka kan n sta standa ndarr da dari ri ko kompo mponen nen yan yang g am ambil bil bag bagian ian dal dalam am re reaks aksii diketahui dike tahui.. Seb Sebuah uah reaksi pemb pembentuk entukan an didefi didefinisik nisikan an sebagai rea reaksi ksi yang membentuk suatu komponen dari konstituen elemen komponen itu sendiri. Sebagai contoh, reaksi C + ½O2→CH3OH merupakan reaksi pembentukan untuk metanol. Reaksi H2O + SO3→H2SO4 buka bu kan n me meru rupa paka kan n re reak aksi si pembentukan,karena terbentuknya sam sulfat bukan dari elemen tetapi dari komponen lain. Reaksi pembentukan dipahami sebagai reaksi untuk menghasilkan menghasilka n pembentukan 1 mol dari komponen;panas pembentukan didasarkan pada 1 mol komponen yang terbentuk.

Halaman 134 Panas dari suatu reaksi pada semua temperature dapat dihitung dari data ka data kapa pasit sitas as pa panas nas ke ketik tika a nil nilai ai da dari ri sat satu u tem temper peratu ature re tel telah ah dik diketa etahui hui;; peng pe ngol olah ahan an da dari ri su suat atu u da data ta da dapa patt dtur dturun unka kan n ke ko komp mpil ilas asii da dari ri pa pana nas s standard stand ard dar darii suatu formasi pada temp temperat eratur ur tung tunggal. gal. Pil Pilihan ihan yang lazim

 

untuk temp untuk temper eratu ature re ini ad adala alah h 298. 298.15 15 K atau 25 oC. Panas standard dari suatu formasi formasi pembentukan pada temperatur temperature e ini ditunjukkan oleh ∆Hf 298. Symbol Sym bol dera derajat jat mengi mengindik ndikasik asikan an nila nilaii standar standard, d, subscri subscript pt f menu menunjukk njukkan an bahwa ba hwa ini me merup rupaka akan n pan panas as sua suatu tu for formas masi, i, da dan n 29 298 8 ad adala alah h tem temper peratu ature re absol ab solute ute dala dalam m ke kelvi lvins. ns. Tabe Tabell dar darii nil nilai ai terse tersebut but untuk subs substa tans ns umu umum m dapat dap at dite ditemuka mukan n dal dalam am stand standard ard hand book, teta tetapi pi kom kompila pilasi si ada dalam reference work yang khusus. Sebuah data nilai abridged diberikan pada tabel C.4 dari app. C. Ketika persamaan kimia dikombinasikan dengan penambahan, panas standard dari reaksi dapat mungkin juga ditambahkan untuk memberikan panas standard dari hasil. Ini reaksi mungkin karena enthalpy merupakan sebuah properties dan perubahan didalamnya merupakan garis bebas. Pada keadaan khusus persamaan formasi dan panas standard dari suatu formasi mungkin selalu dikombinasikan untuk menghasilkan persamaan yang diinginkan(bukan persamaan formasi sendiri) dan ditemani panas standard dari suatu persamaa persamaan n reaksi yang ditulis untuk tujuan ini selalu memasu mem asukk kkan an ind indika ikasi si da dari ri ben bentuk tuk fis fisik ik da dari ri ma masin sing g ma masin sing g rea reakta ktan n da dan n produk. Contohnya huruf g,l, atau s ditempatkan dalam tanda kurung setelah rumus rum us rea reaksi ksi unt untuk uk men menunj unjukk ukkan an ap apak akah ah itu ga gas, s, cai cairan ran ata atau u so solid lid.. Ini mungin terlihat tidak begitu penting sejak jenis kimia murni pada temper tem peratu ature re khu khusus sus dan 1 ba barr bia biasan sanya ya da dapa patt exi exist st han hanya ya da dala lam m sat satu u bentuk fisik. Bagaimanapun juga,bentuk samar sering diasumsikan sebaik baiknya. Mengingat reaksi CO2(g) + H2 (g) ------------------ CO(g CO(g)) + H2O(g) pada 25oC. Reaksi Rea ksi pe perub rubaha ahan n air – ga gas s ini bi biasa asanya nya di ditem temui ui da dalam lam ind indust ustry ry kim kimia, ia, terlebih dahulu dahulu mengam mengambil bil tempat hany hanya a pada temperature di atas 25o C. Bagaim Bag aimana anapun pun jug juga, a, da data ta yan yang g di digun gunaka akan n pa pada da 25o , da dan n lang langka kah h aw awal al dalam dala m bbe bberbag rbagai ai perh perhitung itungan an dar darii peng pengaruh aruh pana panas s meny menyangku angkutt deng dengan an reaksi ini untuk mengevaluasi reaksi panas standard dari 25o C. Berhubungan dengan dengan reaksi pe pembentukan mbentukan dan panas pem pembentukan bentukan mere mereka ka dari tabel C4 adalah : CO2 (g) :

C(s) + O2(g)

∆Hof298 = -393,5091 J

H2 (g) : karena hydrogen merupakan sebuah element ∆Hof298 = 0 CO(g) : C(s) 1/2O2----------CO

∆Hof298= - 110,525

J H2O(g) : H2 (g) + ½ O2(g) ---------- H2O (g)

∆Hof298 =

-241,8181 J

Karena reaksi sebenarnya mewakili seluruh bentuk gas pada temperature tinggi, convenience mengindikasikan bahwa bentuk standard untuk semua produk dan reaktan pada 25 oC dapat diambil sebagai bentuk ideal gas pada 1 bar, meskipun air tidak bisa exist sebagai gas pada kondisi tersebut. Menuliskn Menuli skna a re reaks aksii pem pembe bentu ntukan kan seh sehing ingga ga jumla jumlah h yield yield mere mereka ka , reaksi yang diinginkan, memerlukan reaksi pembentukan untuk CO2 dap[at dituliskan sebaliknya; panas dari reakis kemudian berkebalikan tanda menuju ke panas pembentuka pembentukan. n.

 

Halaman 135 CO2(g)



ΔHo298 = 393,509 J

C(s) + O2(g)

C(s) + ½ O2(g)



CO(g)

ΔHo298 = -110,525 J

H2(g) + ½ O2(g)



H2O(g)

ΔHo298 = -241,818 J

CO2(g) + H2(g)



CO(g) + H2O(g)

ΔHo298 = 41,166 J

Maksud dari hasil ini adalah entalpi dari 1 mol CO2 ditambah 1 mol H2O lebih besar daripada entalpi dari 1 mol CO2 ditambah 1 mol H2 yang 41,616 Jketika setiap produk dan reaktan merupakan gas murni pada suhu 25oC dan dalam keadaan gas ideal pada 1 bar. Pada contoh ini, panas pembentukan standard dari H2O tersedia untuk keadaan hipotetis standardnya sebagai gas pada suhu 25oC. Sebagai fakta, hasil untuk kedua keadaan diberikan pada tabel C.4 karena keduanya sering digunakan. Hal ini benar untuk banyak ikatan yang secara normal berbentuk cairan pada suhu 25oC dan keadaan tekanan standard. Banyak kasus yang timbul, bagaimanapun, yang mana hasil diberikan hanya untuk keadaan standard sebagai cairan adau sebagai ideal gas ketika apa yang dibutuhkan adalah hasil yang lain. Perkirakan bahwa ini adalah kasus untuk contoh terdahulu dan hanya panas pembentukan standard dari H2O cair yang diketahui. Sekarang kita harus memasukkan persamaan untuk perubahan fisik yang mengubah air dari keadaan standard sebagai liquid menuju keadaan standard sebagai gas. Perubahan entalpi untuk proses fisik adalah perbedaan antara panas pembentukan air dalam dua keadaan standard : -241,818 – (-285,830) = 44,012 J Hal ini merupakan perkiraan panas penguapan laten dari air pada suhu 25oC. Urutan langkah sekarang adalah: CO2(g)



ΔHo298 = 393,509 J

C(s) + O2(g)

C(s) + ½ O2(g)



CO(g)

ΔHo298 = -110,525 J

H2(g) + ½ O2(g)



H2O(l)

ΔHo298 = -285,830 J

H2O(l)



CO2(g) + H2(g)

H2O(g) 

ΔHo298 = 44,012 J CO(g) + H2O(g)

ΔHo298 = 41,166 J

Hasil ini merupakan persetujuan dari hasil asli

 

Halaman 136 Halaman 137

 

Halaman 138 Untuk rea Untuk reaksi ksi sta standa ndard rd,, pr prod oduk uk da dan n re reakt aktan an sel selalu alu bea beada da di kon kondi disi si tekana tek anan n sta standa ndard rd 1 bar bar.. Ole Oleh h kar karena ena itu itu,, ent entalp alpii ko kondi ndisi si sta standa ndard rd han hanya ya mrupakan fungsi dari temperatur, dan oleh persamaan (2.21): dH iO

= C PiO dT 

dimana subscript i menunjukkan sebuah produk atau reaktan tertentu. Bila dikal Bila dikalika ikan n den denga gan n v da dan n sem semua ua pr prod oduk uk da dan n reakt reaktan an di dijum jumlah lahka kan n i

diperoleh: ∑vi dH iO = ∑vi C PiO dT  i

i

Karena v sebuah konstanta, maka dapat diletakkan di dalam persamaan diferensial: i

∑d (v H  i

O i

i

) = d ∑v H  = ∑v C  i

O i

O Pi

i

i

dT 

i

Sebutan dari

∑v H 

O i

i

i

adalah panas reaksi standard, yang didefinisikan

oleh pers.(4.14) sebagai ∆H  O . Perubahan kapasitas perubahan panas reaksi didefinisikan didefinisika n sama seperti:

∆C P O ≡ ∑vi C PiO

(4.16)

i

Sebagai hasil dari definisi tersebut, persamaan sebelumnya menjadi: d ∆H O = ∆C P O dT  (4.17) Ini ada adalah lah per persama samaan an funda fundament mental al yang berhubun berhubungan gan deng dengan an pana panas s reaksi terhadap temperatur. Diberikan integrasi: T 

∆C P O

∆H  = ∆H  + R ∫  O

O

0

To

dimana

∆ H 

O

dT  (4.18)

R

dan ∆H 0O merupakan panas reaksi pada temperature T

dan temperature referensi T0. Jika temperatur bergantung pada kapasitas panas dari setiap produk dan reaktan yang diberikan oleh persamaan (4.4), kemudian integral diberikan secara analog oleh pers.(4.7)(τ   = T  / T O ): T 

∆C P O

∫ 

To

dT  = ( ∆A)T O (τ   − 1) +

R

∆B

T O2 (τ  2

− 1) +

∆C 

2

T O3 (τ  3

− 1) +

3

∆D  τ   − 1      (4.19) τ   O T     

∆A ≡ ∑vi Ai

dimana menurut definisi,

i

dengan definisi analog untuk ΔB, ΔC, dan ΔD. Sebuah hasi Sebuah hasill form formulasi ulasi alte alternat rnatif if keti ketika ka sebua sebuah h per perubah ubahan an kap kapasita asitas s panas reaksi rata-rata didefinisikan dalan analogi dengan pers (4.8):

( ∆C  ) O

P 

R

H 

= ∆A +

∆B

2

T O

(τ   + 1) +

∆C 

3

2

T O

(

τ  

2

)

+ τ   + 1 +

∆D 2

τ  T O

persamaan (4.18) kemudian menjadi: ∆H 

O

O

(

O

= ∆H 0 + ∆C P 

) ( T  − T  ) H 

O

(4.21)

(4.20)

 

Halaman 139 Sisi kanan dari Persamaan 4.19 memberikan fungsi untuk evaluasi integral yang sebenarnya merupakan bentuk yang sama seperti pada persaman 4.7. Salah satunya berasal dari penggantian sederhana Cp dengan Δ C°p dan dari A dsb oleh Δ A dsb. Program komputer yang sama untuk itu mempermudah untuk unt uk pen penil ilaia aian n tia tiap p int integ egral ral.. Per Perbe bedaa daanny nnya a han hanya ya ter terda dapa patt pad pada a nam nama a T 

∆C p

fungsi: ∫  T 0



R

dT  = IDCPH  (T 0, T ; DA , DB , DC , DD

di mana “D” menyatakan “Δ”. Sebagaimana Sebagaim ana fungsi MCPH ditegaskan untuk menggambarkan (Cp)H / R , maka fungsi MDCPH secara analogi ditegaskan untuk menyatakan (ΔC°p)H  / ∆C p 

R; sehingga

H 

R

= MDCPH  (T 0, T ; DA , DB , DC  , DD )

Halaman 140 Halaman 147 Pada contoh-contoh contoh-contoh yang telah lalu dari reaksi di mana terjadi pada sekitar 1 bar, secara implisit kita telah mengasumsikan bahwa efek dari reaksi adalah sama baik untuk campuran gas maupun gas murni, sebuah prosedur yang dapat diterima untuk tekanan rendah. Untuk reaksi dengan tekanan tinggi, ini mungkin bukan kasus yang terjadi, dan ini mungkin membutuhkan untuk menghitung

efek

tekanan

dan

pencampuran

Bagaimanapun juga, efek ini biasanya kecil.

pada

panas

reaksi.