assignment_lateNotasi

• Tanda desimal dilambangkan dengan titik bukan koma. Contoh: 5.6, 10.25, 3.14, 2.17, dan 5.333….
• Tanda pemisah ribuan tidak digunakan. Contoh, satu juta ditulis 1000000. Kecuali jika diperlukan—seperti angka yang sangat besar—maka spasi penggabung (non-breaking space atau  ) akan digunakan. Contoh, satu triliun ditulis 1 000 000 000.
• Variabel dicetak miring. Contoh, $x = 3y$, $F = ma$, $V = IR$.
• Satuan tidak dicetak miring. Contoh, satu volt ditulis $1\;\mathrm{V}$, tiga ampere ditulis $3\;\mathrm{A}$, sepuluh kilogram ditulis $10\;\mathrm{kg}$.

0—Stoikiometri link

Stoikiometri (bahasa Inggris: stoichiometry) adalah ilmu yang membahas jumlah zat yang terlibat dalam suatu reaksi kimia.

Diagram di samping adalah diagram umum untuk mengubah sebuah besaran ke besaran lainnya. Semua berpusat pada mol.

assignment_lateMol

Mol adalah satuan tak berdimensi, ia bermakna jumlah. Sebagaimananya “lusin” tidak berdimensi.

Ditetapkan $\pu{1 mol}$ sama dengan $\pu{6.022140e23}$ atom, (molekul, atau ion).

Simbol variabel untuk mol adalah $n$, dan mol dari elemen $X$ adalah $n(X)$.

Mengapa perlu mol? Karena angka $\pu{6.022140e23}$ terlalu besar untuk penggunaan umum.

Mengapa $\pu{6.022140e23}$ (a seemingly random number)? Karena dalam 12 gram karbon-12 terdapat $\pu{6.022140e23}$ atom. Konstanta ini dinamai konstanta Avogadro (bahasa Inggris: Avogadro's number).

Mengapa karbon-12? Dahulu diperlukan standar untuk perhitungan, karbon-12 dipilih karena ia adalah zat yang sangat stabil. Karbon-12 ditemukan di 98.9% karbon di Bumi.

A. Perubahan Antarbesaran

i. Mol—Banyak Partikel (Atom, Molekul, atau Ion)

Dikarenakan $\pu{1 mol} = \pu{6.022e23}$, sehingga jika suatu zat memiliki $\pu{\mathit{x} mol}$, maka terdapat $x \cdot \pu{6.022e23}$ partikel pada zat tersebut.

ii. Mol—Massa

Untuk mengubah dari jumlah menjadi massa, kita perlu suatu “massa satuan,” yaitu seberapa berat sesuatu yang berjumlah satu.

Untuk mengubah mol ke gram, gunakan massa relatif atom atau molekul ($\Ar$ atau $\Mr$).

infoNotasi Massa Relatif

Pada dokumen ini, berikut adalah notasi yang akan digunakan.

• $\Ar(X)$ adalah massa relatif atom $X$.
• $\Mr(A_a B_b \cdots Z_z)$ adalah massa relatif molekul $A_a B_b \cdots Z_z$, sama dengan $a\Ar(A) + b\Ar(B) + \cdots z\Ar(Z)$.

Massa relatif atom adalah perbandingan rata-rata berat suatu atom dengan seperdua belas karbon-12. Karena terdapat $\pu{12 g}$ pada $\pu{1 mol \ce{^12C}}$, Sehingga $\Mr\left(\ce{^12C}\right) = \pu{12}$.

Massa relatif adalah besaran tak berdimensi, karena dia adalah sebuah perbandingan. Namun, pada mol—massa, massa relatif dianggap memiliki satuan $\pu{g/mol}$.

Sehingga, rumus mol—massa adalah

$$ m = n \cdot \Ar, \quad \text{atau} \quad m = n \cdot \Mr. $$

Simbol variabel dari massa adalah $m$, dan massa dari elemen $X$ adalah $m(X)$.

listContoh Mol—Massa Atom

Berapa massa dari $\pu{2 mol}$ oksigen?

Diketahui $\Ar(\ce{O}) = 16$, maka berat $\pu{2 mol \ce{O}}$ adalah $(\pu{2 mol}) \cdot \left(\pu{16 g // mol}\right) = \pu{32 g}$.

listContoh Mol—Massa Molekul

Diketahui

• $\Ar(\ce{H}) = \pu{1 g/mol}$; dan
• $\Ar(\ce{O}) = \pu{16 g/mol}$.

Jika $n(\ce{H2O}) = \pu{5 mol}$, tentukan $m(\ce{H2O})$.

---

Pertama-tama, tentukan $\Mr(\ce{H2O}) = 2 \Ar(\ce{H}) + \Ar(\ce{O}) = \pu{18 g/mol}$.

Lalu,

$$ \begin{align*} m &= n \Mr \\ &= (\pu{5 mol})(\pu{18 g/mol}) \\ &= \pu{90 g}. \end{align*} $$

Diperoleh massa $\ce{H2O}$ adalah $\pu{90 g}$.

iii. Mol—Volume

closeBelum ditulis

Simbol variabel untuk volume adalah $V$, dan volume dari elemen $X$ adalah $V(X)$.

iv. Mol—Molaritas

Molaritas adalah berapa ‘pekat’ suatu zat di dalam larutan. Sehingga dimensi (satuan) dari molaritas adalah banyak zat per volume, di mana SI-nya adalah $\pu{mol/m3}$. Namun satuan molar (disimbolkan dengan $\pu{M}$) lebih sering digunakan, di mana $\pu{1 M} = \pu{1 mol/L}$.

Simbol variabel untuk molaritas adalah $M$, dan molar dari elemen $X$ adalah $M(X)$ atau $[X]$.

warningHati-Hati

Bedakan $M$ sebagai variabel dan $\pu{M}$ sebagai satuan!

Sehingga, rumus dari molaritas adalah

$$ M = \frac{n}{V}. $$

B. Reaksi Pembatas

I—Ikatan Kimia link

II—Termokimia link

A. Kalor

infoKalor

Kalor (bahasa Inggris: heat) adalah energi yang dibutuhkan/dilepaskan karena perubahan suhu.

• Dilambangkan dengan $q$ untuk quantity.
• Satuan SI adalah joule ($\pu{J} = \pu{kg m2 s-2}$), berdimensi $\pu{\m M \m L2 \m T-2}$.

Di ingat kembali energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suatu zat bermassa $m$ dengan kalor jenis $c$ sebanyak $\Delta T$ adalah

$$ q = m c \Delta T. $$

infoKalor Jenis

Kalor jenis (atau bisa dibilang kalor satuan, bahasa Inggris: specific heat capacity) adalah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu $\pu{1 kg}$ (atau $\pu{1 g}$) zat sebanyak $\pu{1 K}$ (atau sama dengan $\pu{1 \oC}$).

• Satuan umumnya adalah $\dfrac{\pu{J}}{\pu{kg . K}}$ atau $\dfrac{\pu{J}}{\pu{kg . {\oC}}}$.
• Kalor jenis air adalah $\pu{4184 J/(kg . \oC)}$ atau $\pu{4.184 J/(g . \oC)}$.

B. Sistem dan Lingkungan

Energi yang dilepaskan akan pergi ke mana?

Zat pada gelas piala di samping disebut sebagai sistem dan semua yang di luar sistem disebut sebagai lingkungan.

Misal zat tersebut lebih panas dari pada sekitarnya, maka sistem melepaskan kalor ke lingkungan. Sebaliknya, jika zat tersebut lebih dingin dari pada sekitarnya, maka sistem menyerap kalor dari lingkungan.

C. Entalpi

Entalpi (bahasa Inggris: enthalpy) adalah total kalor dari suatu zat:

$$ H = U + PV $$

di mana

• $U$: energi internal;
• $P$: tekanan; dan
• $V$: volume;

Untuk suatu zat diletakkan pada tekanan tertentu (misalkan pada tekanan udara), zat tersebut perlu ‘mendorong’ udara di sekitarnya, energi yang diperlukan tersebut adalah $PV$.

Lalu, apa itu energi internal? Energi internal adalah total energi pada atom-atom zat. Atom-atom zat bergerak dan bergetar (energi kinetik), dan atom-atom memiliki ikatan atom dan ikatan nuklir (energi potensial). Total seluruh energi tersebut disebut sebagai energi internal.

Energi internal suatu zat tidak dapat dihitung, karena kita perlu menghitung energi kinetik dan potensial per atom. Dalam satu tetes air saja sudah memiliki $5 \times 10^{21}$ atom.

Namun, kita bisa mengukur perubahan entalpi $\Delta H$ (yang berarti kita dapat mengukur perubahan energi internal $\Delta U$) dari suatu reaksi. Nah, salah satu bentuk energi adalah kalor. Kita dapat mengukur suhu reaktan dan suhu produk, lalu mengukur kalornya.

$$ \boxed{\ce{(\text{reaktan}) -> (\text{produk})}} $$

Perubahan entalpi adalah

$$ \begin{align} \Delta H &= \Delta U + \Delta (PV) \\ &= \Delta U + (\Delta P)V + P (\Delta V) + (\Delta P)(\Delta V) \end{align} $$

Pada tekanan tetap ($\Delta P = 0$), maka $\Delta H = \Delta U + P \Delta V$. Lalu berdasarkan Hukum 1 Termodinamika, substitusikan $\Delta U = q + W$:

$$ \begin{align} \Delta H &= (q + W) + P \Delta V \\ &= (q + (-P \Delta V)) + P \Delta V \\ \Aboxed{\Delta H &= q}. \end{align} $$

assignmentTL;DR

• Entalpi adalah total energi suatu zat.
• Entalpi tidak dapat diukur.
• Namun, perubahan entalpi dapat diukur (salah satunya) menggunakan kalor.

1. Jenis-Jenis Perubahan Entalpi

Misalkan $H$ adalah suhu awal, $H'$ adalah suhu akhir, dan $\Delta H = H' - H$. Terdapat dua jenis perubahan entalpi, yaitu jika $\Delta H > 0$ (positif) dan jika $\Delta H < 0$ (negatif).

i. Reaksi Eksoterm

Reaksi eksoterm (bahasa Inggris: exothermic reaction) terjadi apabila entalpi sistem berkurang, di mana sistem melepaskan kalor ke lingkungan. Karena sistem melepaskan kalor ke lingkungan, maka suhu akan memanas.

Perhatikan contoh berikut. Reaction of calcium oxide with water.

Reaksi $\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}$ akan menghasilkan panas. Atom $\ce{CaO}$ dan $\ce{H2O}$ berikatan menjadi zat yang lebih stabil, yaitu $\ce{Ca(OH)2}$. Karena zat yang lebih stabil membutuhkan energi yang lebih sedikit, sisa energi akan dilepaskan menjadi panas, yang menyebabkan entalpi sistem berkurang: $\Delta H < 0$.

ii. Reaksi Endoterm

Sebaliknya, reaksi endoterm (bahasa Inggris: endothermic reaction) terjadi apabila entalpi sistem bertambah, di mana sistem menyerap kalor dari lingkungan. Karena sistem menyerap kalor dari lingkungan, suhu akan mendingin.

Perhatikan contoh berikut. Dissolving ammonium nitrate in water.

Melarutkan amonium nitrat di dalam air, $\ce{NH4NO3 ->[H2O] NH4+ + NO3-}$, akan menjadi dingin. Memecahkan atom $\ce{NH4NO3}$ membutuhkan energi, sehingga kalor dari lingkungan akan diserap, yang menyebabkan entalpi sistem bertambah: $\Delta H > 0$.

2. Metode Menghitung Perubahan Entalpi

Ingat ada dua tipe perubahan entalpi, perubahan entalpi $\Delta H$, dan perubahan entalpi standar $\Delta H\o$.

Perubahan entalpi standar dihitung per satuan zat, yaitu per mol, sehingga

$$ \Delta H\o = \frac{\Delta H}{n}. $$

i. Kalorimeter

Dalam kalorimeter bom, karena sistem kalorimeter bom tertutup, tidak ada perpindahan kalor ke luar:

$$ \begin{align*} \sum q &= 0 \\ q_\text{reaksi} + q_\text{pelarut} + q_\text{kalorimeter} &= 0 \\ q_\text{reaksi} &= -(q_\text{pelarut} + q_\text{kalorimeter}), \end{align*} $$

di mana

• $q_\text{reaksi}$ adalah kalor reaksi atau sistem yang bereaksi;
• $q_\text{pelarut}$ adalah kalor pelarut (biasanya air) di mana reaksi terjadi; dan
• $q_\text{kalorimeter}$ adalah kalor kalorimeter.

Komponen $q_\text{pelarut}$ dan $q_\text{kalorimeter}$ bisa diabaikan dalam kondisi tertentu.

Misal pada suatu reaksi, kapasitas kalorimeter sangat kecil sehingga $q_\text{kalorimeter}$ dianggap nol.

Atau pada suatu reaksi, tidak ada pelarut, hanya zat murni yang direaksikan, sehingga $q_\text{pelarut}$ dianggap nol.

helpContoh Soal Kalorimeter Bom

Sebanyak $\pu{2 g}$ gas metana $\ce{CH4}$ dibakar sempurna di dalam kalorimeter bom berisi $\pu{1000 g}$ air. Kapasitas kalor kalorimeter adalah $C_\text{kal} = \pu{1050 J/K}$ dan kalor jenis air adalah $c_\text{air} = \pu{4.2 J/(g.K)}$. Kenaikan suhu yang diamati adalah $+\pu{4 \oC}$. Berapa perubahan entalpi pembakaran standar $\ce{CH4}$?

Diketahui bahwa $\Mr(\ce{CH4}) = \pu{16 g/mol}$.

Di sini, semua komponen kalorimeter ada, sehingga

$$ \begin{align*} q_\text{reaksi} &= -(q_\text{pelarut} + q_\text{kalorimeter}) \\ &= -(m_\text{air} c_\text{air} \Delta T + C_\text{kal} \Delta T). \end{align*} $$

di mana $\Delta T$ adalah perubahan suhu, yaitu $\Delta T = \pu{4 \oC} = \pu{4 K}$.^[1] Sehingga

$$ \begin{align*} q_\text{reaksi} &= -(\pu{1000 g} \cdot \pu{4.2 J // g.K} \cdot \pu{4 K} + \pu{1050 J // K} \cdot \pu{4 K}) \\ &= -\pu{21000 J} \\ \Aboxed{q_\text{reaksi} &= -\pu{21 kJ}}. \end{align*} $$

Sehingga $\Delta H = q_\text{reaksi} = -\pu{21 kJ}$.

Ada $\pu{2 g}$ gas metana, sehingga

$$ \begin{align*} n(\ce{CH4}) &= \frac{m(\ce{CH4})}{\Mr(\ce{CH4})} \\ &= \frac{\pu{2 g}}{\pu{16 g / mol}} \\ &= \pu{0.125 mol}. \end{align*} $$

Diperoleh

$$ \begin{align*} \Delta H_c\o &= \frac{\Delta H}{n(\ce{CH4})} \\ &= \frac{-\pu{21 kJ}}{\pu{0.125 mol}} \\ \Aboxed{\Delta H_c\o &= -\pu{168 kJ/mol}}. \end{align*} $$

ii. Hukum Hess

iii. Data Entalpi

Dalam metode ini, perubahan entalpi pembentukan standar $\Delta H_f\o$ diberi tahu dalam soal. Kita medekomposisi reaktan, dan membentuknya lagi dalam produk. Nah, untuk medekomposisi reaktan, kita membalikkan pembentukan, $-\sum\Delta H_f\o_\text{reaktan}$. Dan membentuknya lagi, $+\sum\Delta H_f\o_\text{produk}$. Sehingga perubahan entalpi

$$ \Delta H = -\sum n_\text{reaktan} \Delta H_f\o_\text{reaktan} + \sum n_\text{produk} \Delta H_f\o_\text{produk}. $$

helpContoh Soal Data Entalpi

Diketahui entalpi pembentukan standar ($\Delta H_f\o$)

• $\Delta H_f\o[\ce{C2H5OH}] = \pu{-278 kJ/mol}$
• $\Delta H_f\o[\ce{CO2}] = \pu{-393.5 kJ/mol}$
• $\Delta H_f\o[\ce{H2O}] = \pu{-242 kJ/mol}$

Berapa perubahan entalpi pembakaran sempurna $\pu{2.3 g}$ etanol ($\ce{C2H5OH}$)?

Diketahui $\Mr(\ce{C2H5OH}) = \pu{46 g/mol}$.

Berikut persamaan reaksi pembakaran sempurna etanol.

$$ \ce{C2H5OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O} $$

Sehingga

$$ \begin{align*} \Delta H &= - (n(\ce{C2H5OH}) \cdot \Delta H_f\o [\ce{C2H5OH}] + n(\ce{O2}) \cdot \Delta H_f\o [\ce{O2}]) \\ & \qquad + (n(\ce{CO2}) \cdot \Delta H_f\o [\ce{CO2}] + n(\ce{H2O}) \cdot \Delta H_f\o [\ce{H2O}]) \\ &= -(\pu{1 mol} \cdot \pu{-278 kJ/mol} + \pu{3 mol} \cdot \pu{0 kJ/mol}) \\ & \qquad + (\pu{2 mol} \cdot \pu{-393.5 kJ/mol} + \pu{3 mol} \cdot \pu{-242 kJ/mol}) \\ &= -(\pu{-278 kJ} + \pu{0 kJ}) + (\pu{-787 kJ} + (\pu{-726 kJ})) \\ \Aboxed{\Delta H &= \pu{-1235 kJ}}. \end{align*} $$

iv. Energi Ikatan

III—Laju Reaksi link

Laju reaksi diukur dengan seberapa banyak reaktan berubah menjadi produk (jumlah zat), volume larutan, dan waktu.

Satuan dari laju reaksi adalah $\pu{M/s}$ atau $\pu{mol/(L.s)}$.

Untuk suatu reaksi

$$ \ce{$aA$ + $bB$ -> $cC$ + $dD$}, $$

kecepatan reaksinya adalah

$$ v = -\frac{1}{a} \frac{\Delta [A]}{\Delta t} = -\frac{1}{b} \frac{\Delta [B]}{\Delta t} = \frac{1}{c} \frac{\Delta [C]}{\Delta t} = \frac{1}{d} \frac{\Delta [D]}{\Delta t} $$

atau

$$ v = k \cdot [A]^x \cdot [B]^y $$

di mana

• $k$ adalah konstanta laju reaksi; dan
• $x$ dan $y$ adalah orde reaksi untuk masing-masing $A$ dan $B$ berturut-turut.