Chemical Engineering Thermodynamics · PDF file`Entalpi Reaksi: ΔH dari suatu persamaan...

of 50 /50
9/27/2011 1 Chemical Engineering Thermodynamics Chemical Engineering Thermodynamics Prepared by Prepared by: Dr Dr NINIEK INIEK Fajar Fajar Puspita Puspita M Eng August M Eng August 20 2011 11 Prepared by Prepared by: Dr . Dr . NINIEK INIEK Fajar Fajar Puspita Puspita, M.Eng August, , M.Eng August, 20 2011 11 2011Gs_III_Heat Effects 2011Gs_III_Heat Effects 1 Lesson Topics Descriptions Lesson 3A Lesson 3A Internal Energy & E hl Mendiskusikan definisi energi dalam dan entalpi untuk l b id l i d d Enthalpy real substances, gas-gas ideal, cairan dan padatan incompresible. Lesson 3B Lesson 3B Thermo Properties: NIST WebBook Mempelajari bagaimana menggunakan NIST Webbook untuk mencapai data termodinamika. Lesson 3C Lesson 3C Heat Capacities Mempelajari 2 definisi kapasitas panas: kapasitas panas volume konstan dan kapasitas panas tekanan konstan. L 3D L 3D H th ti l M lj i l hi t tik tk tk Lesson 3D Lesson 3D Hypothetical Process Paths Mempelajari alur proses hipotetik untuk menentukan perubahan sifat termal dari keadaan awal ke keadaan akhir. Lesson 3E Lesson 3E Phase Changes Mempelajari bahwa alur proses hipotetik untuk alat yang bermanfaat dalam mempertimbangakan perubahan sifat terkait dengan perubahan fase. 2

Embed Size (px)

Transcript of Chemical Engineering Thermodynamics · PDF file`Entalpi Reaksi: ΔH dari suatu persamaan...

  • 9/27/2011

    1

    Chemical Engineering ThermodynamicsChemical Engineering ThermodynamicsPrepared byPrepared by:: DrDr NNINIEKINIEK FajarFajar PuspitaPuspita M Eng AugustM Eng August 20201111Prepared byPrepared by:: Dr. Dr. NNINIEKINIEK FajarFajar PuspitaPuspita, M.Eng August, , M.Eng August, 20201111

    2011Gs_III_Heat Effects2011Gs_III_Heat Effects

    1

    Lesson Topics Descriptions

    Lesson 3ALesson 3A Internal Energy & E h l

    Mendiskusikan definisi energi dalam dan entalpi untuk l b id l i d d Enthalpy real substances, gas-gas ideal, cairan dan padatan

    incompresible.

    Lesson 3BLesson 3B Thermo Properties: NIST WebBook

    Mempelajari bagaimana menggunakan NIST Webbookuntuk mencapai data termodinamika.

    Lesson 3CLesson 3C Heat Capacities Mempelajari 2 definisi kapasitas panas: kapasitas panas volume konstan dan kapasitas panas tekanan konstan.

    L 3DL 3D H th ti l M l j i l hi t tik t k t k Lesson 3DLesson 3D Hypothetical Process Paths

    Mempelajari alur proses hipotetik untuk menentukan perubahan sifat termal dari keadaan awal ke keadaan akhir.

    Lesson 3ELesson 3E Phase Changes Mempelajari bahwa alur proses hipotetik untuk alat yang bermanfaat dalam mempertimbangakan perubahan sifat terkait dengan perubahan fase.

    2

  • 9/27/2011

    2

    Three Principle Phases, RevisitedThree Principle Phases, RevisitedIn Chapter 2, Lesson B, we discussed the difference between the three principle phases: gas, liquid, and solid. Just to refresh your memory, move the mouse pointer over the sketch of each phase to see a description of that phase.

    We also learned that, in all the phases, molecules move randomly with three different types of motion: vibration, rotation and translation.

    Molecules move randomly with three different types of motion: vibration, rotation and translation. Molecules are separated by large distances and travel a long way between collisions.

    Molecules move randomly with all three types of motion, but they are much closer together and cannot travel very far between collisions

    phase.

    Atoms or molecules have all three types of motion, but they are very close together. As a result, they cannot travel far at all before they collide. Each molecule moves about within a small space and does not tend to wander.

    The internal energy of the system is defined as the sum of the kinetic energies in the vibrational, rotational and translational motion of molecules.

    closer together and cannot travel very far between collisions.

    3

    U(T,P) for Real SubstancesU(T,P) for Real Substances

    Real Substances: Kenaikan T meningkatkan gerakan molekuler a.l. vibrasi, rotasi dan

    l i d j k ikk Utranslasi, dan juga akan menaikkan U.Kenaikan P sedikit menurunkan U pada sebagian besar nilai T dan P.Fenomena ini terjadi karena interaksi molekuler yang kompleks.

    UUUUEnergi Internal

    sangat dipengaruhioleh T

    Energi Internal kurang dipengaruhioleh P

    U = U(T, P)

    U as a Function of T at Constant P U as a Function of P at Constant T

    TT PP4

  • 9/27/2011

    3

    U(T) for Ideal GasesU(T) for Ideal Gases

    Ideal Gases: Kenaikan T meningkatkan gerakan molekuler vibrasi, rotasi dan translasi.Kenaikan T juga menaikkan U.Perubahan P tidak mempengaruhi U karena tidak adanya interaksip g ymolekuler.U = U(T)

    5

    U(T) for Incompressible LiquidsU(T) for Incompressible LiquidsIncompressible Liquids & Solids :

    Kenaikan T meningkatkan gerakan molekuler secara vibrasi, rotasi and translasi.Kenaikan T juga meningkatkan U.Perubahan P tidak mempengaruhi U karena volume molar dari senyawa incompressible tidak dipengaruhi oleh perubahan tekanan. Konsekuensinya, tidak ada perubahan pada ekstensinya dan sifat interkasi molekuler dankarena itu, U tidak berubah juga.

    U = U(T)

    6

  • 9/27/2011

    4

    Internal Energy_Energi dalam(E dalam) adalah total energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep) yang ada didalam sistem. Formula E = Ek + Ep. Namun karena besar energi kinetik dan energi potensial pada sebuah sistemNamun karena besar energi kinetik dan energi potensial pada sebuah sistemtidak dapat diukur, maka besar energi dalam sebuah sistem juga tidak dapatditentukan, yang dapat ditentukan adalah besar perubahan energi dalam(E) suatu sistem.Perubahan energi dalam dapat diketahui dengan mengukur kalor (q) dankerja (w), yang akan timbul bila suatu sistem bereaksi. Oleh karena itu, perubahan energi dalam dirumuskan dengan persamaan :

    E = q - w.q q

    Jika sistem menyerap kalor, q +. Jika sistem mengeluarkan kalor q

    w Jika sistem melakukan kerja, w+Jika sistem dikenai kerja oleh lingkungan, w-

    7

    Energi dalamJadi bila suatu sistemmenyerap kalor darilingkungan sebesar 10 kJ, dansistem tersebut juga

    E = q - wj g

    melakukan kerja sebesar 6 kJ, maka perubahan energidalam-nya akan sebesar 16 kJ.

    q =+10 kJ w = - 6 kJ

    w + (dilakukan)jika jumlah kalor yang masuk =jumlah kerja yang dilakukan,

    PERUBAHANPERUBAHAN ENERGIENERGI DALAMDALAM BERNILAIBERNILAI 0 0

    SISTEM

    SISTEMq + (masuk)

    q (dikeluarkan)

    dan

    jika jumlah kalor yang dikeluarkan = jumlah kerja yang dikenakan pada sistem.

    Artinya, tidak ada PERUBAHAN ENERGI DALAM yang terjadi pada sistem.

    SISTEM w - (dikenakan)

    8

  • 9/27/2011

    5

    EnthalpyEntalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energiinternal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakanuntuk melakukan kerja. Entalpi tidak bisa diukur, tetapi nilai perubahannya bisa dihitung.Secara matematis, perubahan entalpi dapat dirumuskan sebagai berikut:H = U + PV

    di mana:H = entalpi sistem (joule) U = energi dalam (joule) P k d (P ) P = tekanan dari sistem (Pa) V = volume sistem (m3)

    http://id.wikipedia.org/wiki/Entalpi"9

    Enthalpy reaksiEntalpi = H

    = Kalor reaksi pada tekanan tetapPerubahan entalpi adalah

    perubahan energi yang menyertai peristiwa perubahan kimiapada tekanan tetap.

    a. Pemutusan ikatan membutuhkan energi (= endoterm)Contoh: H2 2H - A kJ ; H= + A kJ

    b. Pembentukan ikatan memberikan energi (= eksoterm)C h 2H H + A kJ H A kJContoh: 2H H2 + A kJ ; H = - A kJ

    http://id.wikipedia.org/wiki/Entalpi"10

  • 9/27/2011

    6

    Entalpi Pembentukan Standar ( Hf ):H untuk membentuk 1 mol persenyawaan langsung dari unsur-unsurnyayang diukur pada 298 oK dan tekanan 1 atm.

    Contoh: H2(g) + 1/2 O2(g) H20 (l) ; Hf = -241.8 kJ

    11

    Entalpi Penguraian Standar:H dari penguraian 1 mol persenyawaan langsung menjadi unsur-unsurnya(= Kebalikan dari H pembentukan).

    Contoh: H2O (l) H2(g) + 1/2 O2(g) ; H = +241.8 kJ

    12

  • 9/27/2011

    7

    Entalpi Pembakaran Standar (Hc ):H untuk membakar 1 mol suatu senyawa dengan O2 dari udara yang diukur pada keadaan standar (298 oK dan tekanan 1 atm).

    Contoh: CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) ; Hc = -802 kJ

    13

    Entalpi Reaksi:H dari suatu persamaan reaksi, di mana zat-zat yang terdapat dalampersamaan reaksi dinyatakan dalam satuan mol dan koefisien-koefisien

    k i h b l t d hpersamaan reaksi harus bulat sederhana.

    Contoh: 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 ; H = -1468 kJ

    http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/3080/3154819/blb0507.html14

  • 9/27/2011

    8

    Entalpi Netralisasi:H yang dihasilkan (selalu eksoterm) pada reaksi penetralan asam ataubasa.

    Contoh: NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l) ; H = - 890.4 kJ/mol

    Hukum Lavoisier-Laplace:"Jumlah kalor yang dilepaskan pada pembentukan 1 mol zat dari unsur-unsurya = jumlah kalor yang diperlukan untuk menguraikan zat tersebutmenjadi unsur-unsur pembentuknya.Contoh:N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ; H = - 92.220 J2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ; H = + 92.220 J

    15

    Table: Enthalpy of Formation (Hf)

    http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/3080/3154819/blb0507.html16

  • 9/27/2011

    9

    Table: Enthalpy of Formation (Hf), Gibbs Function (G), and Absolute Entropy (S) of Various Substances at 298 oK dan tekanan 1 atm

    Hf G SSubstance Formula

    Hf dan G (kJ/kmol) ; S (kJ/kmol.oK)

    http://schoolworkhelper.net/2010/07/standard-enthalpies-of-formation/17

    Table: Enthalpy of Formation (Hf), Gibbs Function (G), and Absolute Entropy (S) of Various Substances at 298 oK dan tekanan 1 atm

    Hf G SSubstance Formula

    http://schoolworkhelper.net/2010/07/standard-enthalpies-of-formation/

    Hf dan G (kJ/kmol) ; S (kJ/kmol.oK)

    18

  • 9/27/2011

    10

    Determine the standard heat of each of the following reactions at 298.15 K (25C)

    Ref. Smith V Ness p. 14419

    20

  • 9/27/2011

    11

    21

    Definition of EnthalpyDefinition of Enthalpy

    Enthalpy, H, is a thermodynamic property, or state variable, and it is defined by:

    H U PV

    EnthalpyEnthalpy(kJ)(kJ)

    Molar EnthalpyMolar Enthalpy(kJ/mole)(kJ/mole)

    Differential FormDifferential Form Integral FormIntegral Form

    H = U + PV.

    (kJ/mole)(kJ/mole)

    Specific EnthalpySpecific Enthalpy(kJ/kg)(kJ/kg)

    22

  • 9/27/2011

    12

    H(T,P) for Real SubstancesReal Substances

    U is a strong function of TU is a weak function of PU is a weak function of PH is a function of both T & P

    Note : At most, but not all values of T & P, H increases as P increases

    23

    H(T) for Ideal GasesIdeal GasesMolar enthalpy:

    Specific enthalpy:

    Since U of an ideal gas is a function of T only and R and MW are constants, H of an ideal gas is also a function of T only.

    24

  • 9/27/2011

    13

    H(T,P) for Incompressible Liquids and Solids

    U is a function of T only, but

    H is