Upload
tarara425
View
250
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
1/24
DASAR NERACA ENERGI
1
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
2/24
DASAR NERACA ENERGI2
- perubahan temperatur
- perubahan fasa- perubahan ikatan kimia
- perubahan jumlah dan bentuk
Kandungan energi
suatu benda atau
sistem
keadaan benda atau
sistem yang bersangkutan
Akibat interaksi ataupun tanpa interaksi bendaatau sistem tersebut dengan benda lain ataulingkungan
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
3/24
SISTEM & SIFAT-SIFAT DASAR
NERACA ENERGI3
SISTEMSatu bagian alam semesta yang mendapat
perhatian dalam penyelesaian suatu masalah
LINGKUNGAN
(environment atau
surrounding)
Bagian lain dari alam semesta yang mungkin
dapat berhubungan dengan sistem
SISTEM
TERBUKA
Jika sistem tersebut menerima masukan massaatau melepaskan massa keluar sistem, walaupun
jumlah dan komposisi massa dalam sistem
mungkin tidak mengalami perubahan
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
4/24
SISTEM & SIFAT-SIFAT DASAR
NERACA ENERGI4
SISTEM
TERTUTUP
Jika sistem tersebut tidak mengalami
pemasukan atau pengeluaran massa. Sebuah
sistem tertutup mungkin mengalami pemasukan
atau pengeluaran energi yang dapat berupa
panas, kerja, listrik atau magnet.
SISTEM
TERISOLIR
Merupakan sistem tertutup, Jika sistem tersebut
tidak mengalami pemasukan atau pengeluaran
massa dan energi dalam bentuk apapun.
SISTEM
ADIABATIK
Merupakan sistem terbuka maupun tertutup,
Jika sistem tersebut tidak mengalami
pemasukan atau pengeluaran energi dalam
bentuk panas.
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
5/24
SISTEM & SIFAT-SIFAT DASAR
NERACA ENERGI5
Energi dapat tersimpan dalam sebuah benda atau berpindah
dari satu benda ke benda lain.
Sifat intensif yang tergantung jumlah
massa benda. Misalnya temperatur,
tekanan, densitas, kapasitas panas.Sifat milik benda
digolongkan
Sifat ekstensif yang tidak tergantungjumlah massa benda
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
6/24
ENERGI TERSIMPAN DALAM BENDA6
ENERGI
KINETIK (Ek)
Energi yang dimiliki benda (bagian sistem atau
keseluruhan sistem) untuk berhubungan dengan
gerak relatifnya terhadap benda atau bagian
lain yang ikut menyusun sistem bersangkutan.
Nilai energi kinetik persatuan massa.
EK = .2
= kecepatan linier gerak benda, m/s
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
7/24
ENERGI TERSIMPAN DALAM BENDA7
1. Energi potensial sehubungan dengan posisi benda di dalam medan
grafitasi.EP= g . z
g = percepatan grafitasi, 9,8 m/s2
z = ketinggian benda terhadap permukaan bumi.
2. Energi potensial sehubungan dengan perubahan bentuk atau volumEP= P.V
P = tekanan yang diderita benda karena desakan benda disekitarnya,
N/m2
V = volum spesifik benda, m3/kg
ENERGI
POTENSIAL (Ep)
Dua tipe energi potensial yang penting untuk
diperhitungkan di dalam sistem pemroses kimia-
fisik adalah:
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
8/24
ENERGI TERSIMPAN DALAM BENDA8
ENERGI
DALAM (U)
Energi yang dimiliki benda untuk
mempertahankan struktur molekul-molekul
penyusunnya, serta mempertahankan gerakan-
gerakan translasi, vibrasi, dan rotasi molekul-
molekul tersebut. U = f(T)
ENTALPISebuah besaran yang diturunkan secara
matematik, yaitu kemudahan untuk menuliskan
(U + PV) yang sering muncul bersamaan.
Di dalam sistem tertutup,suku PV hanya berupaperkalian nilai tekanan dan volum yang memiliki
satuan sama dengan energi.
Di dalam sistem terbuka dengan aliran kontinyu, suku
PV benar-benar merupakan aliran energi yang
masuk dan keluar bersama aliran material
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
9/24
ENERGI YANG BERPINDAH9
Energi sistem dapat bertambah atau berkurang melalui cara
berikut:
1. Energi yang terbawa dalam materi yang masuk atau keluar sistem.
2. Panas (Q) yang masuk atau keluar sistem melalui dinding sistem akibatperbedaan temperatur sistem dengan lingkungan.
3. Kerja (W) yang berpindah melalui dinding sistem sebagai akibat:
- perbedaan tekanan sistem dan lingkungan, yang diwujudkan dengan
perubahan volum sistem.
- perbedaan tekanan lingkungan dengan sistem di tempat masukan, danperbedaan tekanan sistem dengan lingkungan di tempat keluaran.
- kerja poros yang berhubungan dengan perpindahan momentum antara
sistem dengan lingkungan, misalnya kerja pompa, kompresor atau
turbin.
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
10/24
TERMOFISIKA10
Termofisika berhubungan dengan perubahan
kandungan energi benda (sistem) berkaitan dengan
peristiwa fisik, yaitu: perubahan temperatur,
perubahan fasa atau pelarutan/pencampuran duasenyawa atau lebih tanpa disertai reaksi.
Panas Laten : perubahan harga entalpi yang cukup
besar diikuti perubahan fase, tanpa terjadi perubahan
suhu.
Panas Sensibel : perubahan harga entalpi yang cukup
besar tanpa diikuti perubahan fase, hanya terjadi
perubahan suhu
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
11/24
PANAS LATEN11
Panas laten berkaitan dengan perubahan kandunganenergi benda yang mengakibatkan perubahan fasa,seperti: penguapan, pengembunan, peleburan dan jugabentuk kristal. Perubahan fasa di dalam pemrosesan gas
alam kebanyakan hanya melibatkan penguapan danpengembunan, sehingga materi yang akan disampaikandibatasi dengan masalah perubahan fasa cair-uap.
Perubahan fasa untuk benda murni berlangsung padatekanan dan temperatur tetap, tetapi perubahan fasa
campuran senyawa berlangsung pada berbagai tekanandan temperatur, tergantung pada komposisinya. Nilaipanas laten penguapan tergantung pada tekanan dantemperatur.
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
12/24
PANAS LATEN12
Contoh temperatur, tekanan, dan panas laten
penguapan air sebagai berikut:
Data Penguapan Air
Temperatur, oC 30 100 120,2 151,8 179,9
Tekanan, bar 0,0424 1,0131 2 5 10
Panas penguapan , kJ/kg 2430,7 2257,0 2201,6 2107,4 2013,6
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
13/24
PANAS SENSIBEL13
Jika sebuah benda dipanasi atau didinginkan, maka kandungan
energinya teramati sebagai perubahan temperatur. Hubungannya dapat
dinyatakan dengan persamaan berikut:
Jika pemanasan dilakukan pada volum tetap (proses isometrik)
dU = Cv.dT
Jika pemanasan dilakukan pada tekanan tetap (isobar)
dH = Cp.dT
Persamaan tersebut dapat diartikan bahwa perubahan temperatur benda
menunjukan perubahan energi-dalam (U) untuk sistem yang mengalamiproses isometrik, dan perubahan entalpi (H) untuk proses isobar. Konstanta
Cv dan Cp merupakan kapasitas panas pada volum tetap dan tekanan
tetap.
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
14/24
PANAS SENSIBEL14
Secara termodinamika kapasitas panas ini didefinisikan sebagaiberikut:
Cv = [dU/dT], banyaknya panas yang diperlukan untuk menaikkantemperatur benda pada volum tetap.
Cp = [dH/dT], banyaknya panas yang diperlukan untuk menaikkan
temperatur benda pada tekanan tetap.Khusus untuk senyawa yang memiliki sifat mendekati gas ideal berlaku:
Cp = Cv + R
Cp = 7/2 R untuk gas beratom dua, seperti N2, O2
R = tetapan gas universal= 8,314 J/(mol.K)
= 1,987 cal/(mol.K)
= 0,082 L.atm/(mol.K)
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
15/24
TERMOKIMIA15
Semua reaksi melibatkan penyerapan atau
pelepasan panas dengan nilai yang berbeda-beda
Reaksi eksotermik reaksi yang melepaskan
panas.
Reaksi endotermikreaksi yang menyerap panas
Reaksi atermik reaksi yang melepaskan atau
menyerap panas sedikit dan nilainya dapatdiabaikan.
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
16/24
TERMOKIMIA16
Panas reaksi
panas yang terlibat dalam reaksi dan sering diberi
nama yang lebih spesifik, yaitu:
Panas pembentukan reaksi pembentukansuatu senyawa dari elemen (atom) penyusunnya.
Panas pembakaran reaksi pembakaran, yaitu
reaksi suatu senyawa dengan molekul O2. nilaipanas ini bergantung dari fasa air yang
terbentuk dari reaksi pembakaran.
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
17/24
TERMOKIMIA17
Panas reaksi standar panas yang dilepaskan ataudiserap oleh suatu reaksi secara stokiometrik, jikareaksi yang bersangkutan dilaksanakan padatemperatur acuan (25oC atau 298K).
Panas reaksi dihitung dari panas pembentukan ataupanas pembakaran senyawa-senyawa yang terlibat.
Perhitungan panas reaksi standar dari panaspembentukan standar
HR.298= (Hf.298 produk) - (Hf.298 reaktan)
atau HR.298= (s Hf.298s)
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
18/24
TERMOKIMIA18
Perhitungan panas reaksi standar dari panas pembakaranstandar
HR.298= -[(Hc.298 reaktan) - (Hc.298 produk)]
HR.298= - (s Hc.298s)
Dengan:
HR.298= panas reaksi pada 298K
Hf.298= panas pembentukan pada 298K, data tersedia.
Hc.298= panas pambakaran pada 298K, data tersedia.
s = koefisien persamaan reaksi untuk setiapsenyawa s, dengan nilai negatif untukreaktan dan positip untuk produk
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
19/24
Soal-119
Hitung panas pembakaran standar CH4dari datapanas pembentukan standar. Reaksi pembakaranmetana adalah sebagai berikut:
CH4+ 2O2
CO2+ 2H2Odiketahui:
Hf.298CO2 = -94,05 kcal/mol
Hf.298H2O(l) = -68,32 kcal/mol
Hf.298 CH4 = -17,89 kcal/mol
Hf.298 O2 = 0
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
20/24
Penyelesaian Soal-120
Hc.298= [Hf.298CO2+ 2xHf.298H2O]
[Hf.298 CH4+2xHf.298 O2]= [-94,05 + 2x -68,32] [-17,89 + 2x0]
= -212,8 kcal/mol
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
21/24
Soal-221
Hitung panas pembentukan standarpropan (C3H8) dari data
pembakaran standar berikut:
Reaksi 1 : 3C + 4H2C3H8
Hf.298C3H8= ?Reaksi 2 : C3H8+ 5O23CO2+ 4H2O
Hc.298C3H8= -530,61 kcal/mol
Reaksi 3 : C + O2CO2
Hc.298C = -94,05 kcal/mol
Reaksi 4 : H2+ O2H2O
Hc.298H2= -68,32 kcal/mol
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
22/24
Penyelesaian Soal-222
Persamaan reaksi 1 dapat disusun dari penjumlahanpersamaan 2, 3, dan 4 berikut:
3CO2+ 4H2OC3H8+ 5O2 -1 x (reaksi 2)
3C + 3O23CO2 3 x (reaksi 3)
4H2+ 2O24H2O 4 x (reaksi 4)3C + 4H2C3H8 Reaksi 1Reaksi Pembentukkan
Sehingga:
Hf.298C3H8 = [(-1)x
Hc.298C3H8]
[(3x
Hc.298C) +(4xHc.298H2)]
= [(-1)x(- 530,61)] [(3x(-94,05)) + (4x(-68,32))]
= [530,61] [-555,43]
= 1086,04 kcal/mol
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
23/24
PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP
PANAS REAKSI23
Kandungan energi benda sangat tergantung pada temperatur. Dengan demikian
panas yang timbul atau diserap oleh suatu reaksi juga tergantung pada
temperatur reaksi, atau temperatur reaktan dan produk reaksi.
Persamaan perhitungan panas reaksi di luar temperatur acuan dapat ditulis
dalam dua bentuk, yaitu:
Penggunaan panas reaksi standar
HR.T= HR.298+(Hs,T.produk) - (Hs,T.reaktan)dengan:
HR.T
= panas reaksi pada temperatur T
HR.298 = panas reaksi standar (pada temperatur 298K)
(Hs,T.produk) = entalpi sensibel senyawa produk reaksi(Hs,T.reaktan) = entalpi sensibel senyawa reaktan
Penggunaan panas pembentukan standar (atau panas pembakaran standar)
HR.T= (Hf.298+Hs,T)produk- (Hf.298+Hs,T)reaktan
8/13/2019 2.Neraca Energi Dasar
24/24
Soal Quis24
Hitung panas reaksi standaretanol (C2H5OH) dari data pembakaran
standar berikut:
Reaksi 1 : 2C + 3H2+ O2C2H5OH
Hf.298C2H5OH = ?Reaksi 2 : C + O2CO2
Hc.298C = -393,5 kJ/mol
Reaksi 3 : H2+ O2H2O
Hc.298H2= -286 kJ/mol
Reaksi 4 : C2H5OH + 3O22CO2 +3H2O
Hc.298C2H5OH = -1367 kJ/mol