MAKALAH TERMODINAMIKAREAKSI PEMBAKARAN SIKLUS DAYA
DISUSUN OLEH :
Nama : IrwanNIM : 1301028Kelas : Geologi A
JURUSAN S1- TEKNIK PERMINYAKANKONSENTRASI TEKNIK GEOLOGI
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI MINYAK DAN GAS BUMIBALIKPAPAN
i
2014
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang sudahmemberi taufik, hidayah, serta inayahnya sehinggakita semua masih bisa beraktivitas sebagaimanaseperti biasanya termasuk juga dengan penulis,hingga penulis bisa menyelesaikan tugas pembuatanmakalah Termodinamika yang berjudul“Reaksipembakaransiklusdaya”.
Makalah ini berisi mengenai Reaksi pembakaransiklus daya pada umumnya serta pelajar padakhususnya yang disajikan di dalam bentuk makalah.Makalah ini disusun supaya para pembaca bisamenambah wawasan serta memperluas ilmupengetahuan yang ada mengenai Reaksi pembakaransiklus daya yang kami sajikan di dalam sebuahsusunan makalah yang ringkas, mudah untuk dibacasertamudah dipahami.
Penulis juga tak lupa mengucapkan banyak terimakasih pada rekan-rekan satu tim yang sudahmembantu serta bapak / ibu guru yang sudahmembimbing penulis supaya penulis bisa membuat
ii
makalah sesuai dengan ketentuan yang berlakuhingga jadi sebuah karya ilmiah yang baik dan
benar.
Semoga makalah ini bisa bermanfaat untuk parapembaca serta memperluas wawasan mengenai Reaksipembakaran siklus daya.Dan tidak lupa pulapenulis mohon maaf atas kekurangan di sana sinidari makalah yang penulis buat ini. Mohon kritikserta sarannya.Terimakasih
Penyusun
(Irwan)
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL.........................................iKATA PENGANTAR.......................................iiDAFTAR ISI..........................................iii
BAB 1. PENDAHULUAN...................................41.1. Latar belakang.........................41.2. Rumusan masalah........................41.3. Tujuan + Manfaat.......................4
BAB II. PEMBAHASAN................................5
iii
2.1. Siklus carnot, Siklus otto, dan Siklus diesel ………………………..5
a. mesin carnot ( siklus carnot ) ........5b. mesin otto ( siklus otto ).............8c. mesin diesel ( siklus rankine ).......11
2.2 Termokimia ............................13a.azas kekekalan energi..................13b. Pengertian Reaksi Eksoterm dan Endoterm15c. Persamaan Termokimia..................17d. Pembakaran Sempurna dan Tidak Sempurna……………….18e. Kalor Pembakaran………………………………………….. 19f. Entalpi Pembakaran………………………………………….21g.Entalpi Penguraian.................... 22h.Entalpi Pembentukan………………………………………. .22i .Perubahan Entalpi Berdasarkan Energi Ikatan………………24j .Perubahan Entalpi Berdasarkan Entalpi Pembentukan……...25
BAB III. PENUTUP..................................26Kesimpulan.....................................Saran..........................................
...........................................
DAFTAR PUSTAKA
iv
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LatarBelakang
Dalam makalah ini, saya mengambil tema tentang
Reaksi pembakaran siklus daya. Saya memilih tema ini
karena kami rasa materi ini sangat penting untuk
dipelajari karena Reaksi pembakaran siklus daya ini
merupakan salah satu materi dasar dalam kimia yang harus
dikuasai. Di dalam makalah ini saya membahas tentang
konsep dasar dari Reaksi pembakaran siklus daya yang saya
sajikan pada bagian awal dari isi makalah. Hal ini saya
lakukan karena saya menilai untuk memahami suatu materi,
kita harus tahu konsep dasarnya terlebih dahulu, setelah
itu baru masuk ke inti materinya. Reaksi pembakaran
siklus daya merupakan materi yang harus dipahami dengan
baik karena didalamnya mencakup cukup banyak materi. Maka
dari itu,saya berusaha untuk membuat materi Reaksi
pembakaran siklus daya dalam makalah ini menjadi ringkas
dan mudah dipahami.
1.2 .Rumusan Masalah
Apakah pengertian dari reaksi pembakaran siklus daya ?
5
Bagaimana sistem, proses, dan siklus thermodinamika
reaksi pembakaran?
1.3 Tujuan dan Manfaat
Dapat menganalisis reaksi yang di butuhkan dan yangdi hasilkan oleh reaksi pembakaran
Selain itu diharapkan juaga makalah ini dapat
digunakan untuk menambah pengetahuan dan bermanfaat
bagi kita semua. Oleh karena itu bagaimana kecilnya
suatu kegiatan mesti memiliki tujuan dan manfaat
tertentu.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 SIKLUS CARNOT, SIKLUS OTTO, DAN SIKLUS DIESEL
a) Mesin Carnot (Siklus Carnot)Sejak mesin uap ditemukan oleh James watt, orang selalu berusaha untuk memperoleh mesin yang memunyai efisiensi yang lebih tinggi. Pada tahun 1824, seoranginsinyur Perancis bernama Sardi Carnot (1796-1832) mempublikasikan teori tentang mesin kalor ideal.
6
Gambar diagram asli mesin CarnotSetiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian-rangkaian yang berbeda dan akhirnya kembali ke keadaan semula. Dalamproses melalui sistem ini, sistem tersebut dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara memindahkan energi dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin, dan dalam prosesnya, mengubah sebagian energi menjadi usaha mekanis. Sistem yang bekerja sebaliknya, dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada suatu mesin kalor dapat menyebabkan proses yang memindahkan energi panas dari daerah yang lebih dingin ke energi panas disebut mesin refrigerator.Mesin kalor ideal Carnot bekerja pada siklus reversible di antara dua tandon suhu (reservoir). Mesin kalor Carnot menyerap kalor dari reservoir (tandon) panas T1 sebesar Q1 dan melepaskan kalor pada reservoir dingin T2 sebesar Q2. Seluruh proses pada siklus Carnot bersifat reversible. Siklus Carnotterdiri atas empat proses, yaitu:
1) Ekspansi isotermal reversible (A-B);2) Ekspansi adiabatik reversible (B-C);3) Kompresi isotermal reversible (C-D);4) Kompresi adiabatik reversible (D-A).
Gambar Siklus Carnot
Mula-mula kalor diserap selama pemuaian isotermal (a-b). Selama pemuaian isotermal, suhu gas dalam
7
silinder dijaga agar selalu konstan. Selanjutnya gas memuai secara adiabatik sehingga suhunya turun dari TH menjadi TL (b-c). TH = suhu tinggi (High temperatur), TL = suhu rendah (Low temperatur). Selama pemuaian adiabatik, tidak ada kalor yang masukatau keluar dari silinder. Setelah itu gas ditekan secara isotermal (c-d). Selama penekanan isotermal, suhu gas dijaga agar selalu konstan.Selama pemuaian isotermal dan penekanan isotermal, suhu gas dijaga agar selalu konstan. Tujuannya adalahmenghindari adanya perbedaan suhu. Adanya perbedaan suhu bisa menyebabkan terjadi perpindahan kalor (proses ireversibel). Agar proses isotermal bisa terjadi (suhu gas selalu konstan) maka gas harus dimuaikan atau ditekan secara perlahan-lahan. Dalam kenyataannya, pemuaian atau penekanan gas terjadi lebih cepat. Hal ini diakibatkan oleh adanya turbulensi, gesekan, viskositas (kekentalan dll). Akibatnya, proses isotermal yang sempurna tidak akan pernah ada. Sebaliknya, pemuaian dan penekanan adiabatik dilakukan dengan cepat. Tujuannya adalah menjaga agar kalor tidak mengalir menuju silinder atau kabur dari silinder. Adanya gesekan, viskositas ( kekentalan, dll) menyebabkan pemuaian dan penekananadiabatik sempurna tidak akan pernah ada.
Sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatusiklus pada temperatur TH and TC tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot. Sebuah mesin nyata (kiri) dibandingkan dengan siklus Carnot (kanan). Entropi dari sebuah material nyata berubah terhadap temperatur. Perubahan ini ditunjukkan dengan kurva pada diagram T-S. Pada gambar ini, kurva tersebut
8
menunjukkan kesetimbangan uap-cair (lihat siklus Rankine). Irreversible sistem dan kehilangan kalor kelingkungan (misalnya, disebabkan gesekan) menyebabkansiklus Carnot ideal tidak dapat terjadi pada semua langkah sebuah mesin nyata. Usaha yang dihasilkan mesin kalor Carnot adalah
W = usaha yang dihasilkanQ1= kalor yang diserap/dimasukkan (J)Q2= kalor yang hilang/tidak terpakai (J)
Teorema Carnot adalah pernyataan formal dari fakta bahwa: Tidak mungkin ada mesin yang beroperasi diantara dua reservoir panas yang lebih efisien daripada sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada duareservoir yang sama. Artinya, efisiensi maksimum yangdimungkinkan untuk sebuah mesin yang menggunakan temperatur tertentu diberikan oleh efisiensi mesin Carnot.atauEfisiensi mesin ( ) merupakan perbandingan usaha (W) yang dhasilkan dengan besar kalor masuk (Q1). Efisiensi mesin dapat dinyatakan dengan angka (dari 0sampai 1) atau dalam % yaitu efisiensi dikalikan 100 %.
Ditinjau dari besar usaha setiap proses:o Proses ekspansi isotermal reversible (A-B)(proses isotermal dU = 0)
o Proses ekspansi adiabatik reversible (B-C)
9
o Proses kompresi isotermal reversible (C-D)
o Proses kompresi adiabatik reversible (D-A)
Besar usaha total adalah
Untuk mencari efisiensi termal,
Untuk mengetahui apakah sama dengan , kita gunakan proses adiabatik (B-C) dan (D-A). kita gunakan persamaan sebagai berikut.Proses (B-C) Proses (D-A)
Sehingga,
Persamaan di atas menunjukkan bahwa,
Dengan demikian, persamaan efisiensi termal mesin kalor Carnot adalahatau
b) Mesin Bensin (Siklus Otto)Siklus Otto adalah siklus termodinamika yang paling banyak digunakan dalam kehidupan manusia. Mobil dan sepeda motor berbahan bakar bensin (Petrol Fuel) adalah contoh penerapan dari sebuah siklus Otto. Mesin bensin dibagi menjadi dua, yaitu mesin dua tak dan mesin empat tak. Mesin dua tak adalah mesin yang memerlukan dua kali gerakan piston naik turun untuk sekali pembakaran (agar diperoleh tenaga). Mesin
10
tersebut banyak digunakan pada motor-motor kecil. Mesin dua tak menghasilkan asap sebagai sisa pembakaran dari oli pelumas. Mesin empat tak memerlukan empat kali gerakan piston untuk sekali pembakaran. Pada motor-motor besar biasa menggunakan mesin empat tak. Akan tetapi, sekarang banyak motor-motor kecil bermesin empat tak. Mesin jenis ini sedikit menghasilkan sisa pembakaran karena bahan bakarnya hanya bensin murni.
Gambar di atas merupakan mesin pembakaran dalam empatlangkah (empat tak). Mula-mula campuran udara dan uapbensin mengalir dari karburator menuju silinder pada saat piston bergerak ke bawah (langkah masukan). Selanjutnya campuran udara dan uap bensin dalam silinder ditekan secara adiabatik ketika piston bergerak ke atas (langkah kompresi atau penekanan). Karena ditekan secara adiabatik maka suhu dan tekanancampuran meningkat. Pada saat yang sama, busi memercikkan bunga api sehingga campuran udara dan uapbensin terbakar. Ketika terbakar, suhu dan tekanan gas semakin bertambah. Gas bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi tersebut memuai terhadap piston danmendorong piston ke bawah (langkai pemuaian). Selanjutnya gas yang terbakar dibuang melalui katup pembuangan dan dialirkan menuju pipa pembuangan (langkah pembuangan). Katup masukan terbuka lagi dan keempat langkah tersebut diulangi kembali.Tujuan dari adanya langkah kompresi atau penekanan adiabatik adalah menaikkan suhu dan tekanan campuran udara dan uap bensin. Proses pembakaran pada tekanan yang tinggi akan menghasilkan suhu dan tekanan (P = F/A) yang sangat besar. Akibatnya gaya dorong (F =
11
PA) yang dihasilkan selama proses pemuaian menjadi sangat besar. Mesin motor atau mobil menjadi lebih bertenaga. Walaupun tidak ditekan, campuran udara danuap bensin bisa terbakar ketika busi memercikkan bunga api. Tapi suhu dan tekanan gas yang terbakar tidak terlalu tinggi sehingga gaya dorong yang dihasilkan juga kecil. Akibatnya mesin menjadi kurangbertenaga.Proses perubahan bentuk energi dan perpindahan energipada mesin pembakaran dalam empat langkah di atas bisa dijelaskan seperti ini : Ketika terjadi proses pembakaran, energi potensial kimia dalam bensin + energi dalam udara berubah menjadi kalor alias panas.Sebagian kalor berubah menjadi energi mekanik batang piston dan poros engkol, sebagian kalor dibuang melalui pipa pembuangan (knalpot). Sebagian besar energi mekanik batang piston dan poros engkol berubahmenjadi energi mekanik kendaraan (kendaraan bergerak), sebagian kecil berubah menjadi kalor aliaspanas sedangkan panas timbul akibat adanya gesekan.Secara termodinamika, siklus Otto memiliki 4 buah proses termodinamika yang terdiri dari 2 buah proses isokhorik (volume tetap) dan 2 buah proses adiabatis (kalor tetap).
Gambar siklus OttoProses yang terjadi adalah :1-2 : Kompresi adiabatis2-3 : Pembakaran isokhorik3-4 : Ekspansi / langkah kerja adiabatis4-1 : Langkah buang isokhorikSesuai hukum 1 termodinamika, kesetaraan panas dan gerak dapat dituliskan sebagai persamaan energi
12
sebagai berikut:
Keterangan:Q = panas yang keluar atau masuk sistem (joule)ΔU = perubahan energi dalam (joule)W= kerja yang diberikan sistem (joule)Rancangan motor bakar diinginkan agar mampu mengubah sebanyak-banyaknya energi panas menjadi gerak. Untuk itu diperlukan pengetahuan teori mengenai efisiensi sistem tersebut. Dalam hal ini, efisiensi dari siklusOtto ialah:
Dengan:Qin ialah panas yang dimasukkan ke dalam sistem.Pada siklus di atas D U = 0, karena pada akhir siklusposisi grafik kembali ke titik semula (atau keadaan fluida pada akhir siklus sama seperti pada awal siklus), sehingga:
Dengan:Qout ialah panas yang dikeluarkan dari sistemDengan demikian, efisiensi siklus akan sebesar:
Persamaan penambahan panas pada volume konstan pada siklus di atas ialah,
Sedang pengeluaran panas pada volume tetap ialah,
Dengan cv ialah panas spesifik udara pada volume tetap. (Notasi 1, 2, 3, dan 4 pada persamaan di atas adalah sesuai dengan titik-titik pada grafik dalam gambar 4 di atas.)Sehingga efisiensi siklus ialah,
13
Proses 1-2 dan 3-4 adalah adiabatik, sehingga
dan
Sedangkan dari grafik terlihat bahwa V1 = V4 dan V3 =V2, maka
Dengan demikian, maka
Sehingga efisiensi siklus pada persamaan (a) akan menjadi
Dalam hal in r = V1/V2 adalah perbandingan kompresi motor
c) Mesin Diesel (Siklus Rankine)
Gambar mesin diesel pertama
Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yangdihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untukmengenang ilmuan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.
14
Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa tekanan yang mengarah pada keadaan super kritis, range temperatur akan cukup kecil. Uap memasuki turbin pada temperatur 565 °C (batas ketahanan stainless steel) dan kondenser bertemperatur sekitar 30°C. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%, namun kenyataannya efisiensi pada pembangkit listrik sebesar 42%.
Gambar Mesin Diesel (Siklus Rankine)Diagram ini menunjukkan siklus diesel ideal (sempurna). Mula-mula udara ditekan secara adiabatik (a-b), lalu dipanaskan pada tekanan konstan – penyuntik (injector) menyemprotkan solar dan terjadilah pembakaran (b-c), gas yang terbakar mengalami pemuaian adiabatik (c-d), pendinginan pada volume konstan – gas yang terbakar dibuang ke pipa pembuangan dan udara yang baru, masuk ke silinder (d-a).Asumsi yang digunakan pada siklus diesel ini sama dengan pada siklus Otto, kecuali langkah penambahan panas. Pada siklus diesel langkah 2-3 merupakan penambahan panas pada tekanan konstan.Sebagaimana pada siklus Otto, efisiensi siklus adalah:
Persamaan penambahan panas pada tekanan konstan pada siklus di atas ialah:Qin = M cp (T3 – T2)Sedang pengeluaran panas pada volume tetap ialahQout = M cv (T4– T1)Sehingga efisiensi siklus ialah Dalam hal ini cv/cp =
15
k, sehingga Proses penambahan panas pada 2-3 adalah pada tekanan tetap, sehingga atau Proses 3-4 adalah adiabatik, sehingga ataudengan mengganti T3 dengan ruas kanan pada persamaan (c), maka
Karena proses 1-2 adalah adiabatik, sedang V4=V1 (lihat grafik), maka
Dengan demikian persamaan (d) akan menjadi
Atau
Dengan demikian efisiensi siklus pada persamaan (b) akan menjadi
Karena telah diketahui bahwa:
Maka,Dengan (V1/V2)k-1 = r adalah perbandingan kompresi motor, maka efisiensi bisa ditulis menjadi Dari persamaan di atas terlihat bahwa efisiensi siklus diesel tergantung pada perbandingan kompresi dan perbandingan V3/V2 (untuk memudahkan, diberi notasi b). Efisiensi akan bertambah dengan memperbesar perbandingan kompresi, dan akan berkurangdengan bertambahnya b. Pada persamaan di atas, jika harga b mendekati 1 maka efisiensi siklus akan mendekati harga efisiensi siklus Otto. Dari persamaantersebut terlihat juga bahwa pada perbandingan kompresi dan pemasukan panas yang sama, efisiensi siklus Otto lebih tinggi dibanding efisiensi siklus Diesel.
16
2.2 TERMOKIMIA
a) Azas Kekekalan EnergiDitulis oleh Bambang Sugianto pada 11-06-2009Telah disebutkan bahwa jumlah energi yang dimiliki sistemdinyatakan sebagai energi dalam (U). Hukum I termodinamika menyatakan hubungan antara energi sistem dengan lingkungannya jika terjadi peristiwa. Energi dalamsistem akan berubah jika sistem menyerap atau membebaskankalor. Jika sistem menyerap energi kalor, berarti lingkungan kehilangan kalor, energi dalamnya bertambah (ΔU > 0), dan sebaliknya, jika lingkungan menyerap kaloratau sistem membebasakan kalor maka energi dalam sistem akan berkurang (ΔU < 0), dengan kata lain sistem kehilangan kalor dengan jumlah yang sama.
Energi dalam juga akan berubah jika sistem melakukan ataumenerima kerja. Walaupun sistem tidak menyerap atau membebaskan kalor, energi dalam sistem akan berkurang jika sistem melakukan kerja, sebaliknya akan bertambah jika sistem menerima kerja.
17
Sebuah pompa bila dipanaskan akan menyebabkan suhu gas dalam pompa naik dan volumenya bertambah. Berarti energi dalam gas bertambah dan sistem melakukan kerja. Dengan kata lain, kalor (q) yang diberikan kepada sistem sebagian disimpan sebagai energi dalam (ΔU) dan sebagian lagi diubah menjadi kerja (w).
Secara matematis hubungan antara energi dalam, kalor dan kerja dalam hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut:
ΔU = q + W (6)
Persamaan (6) menyatakan bahwa perubahan energi dalam (ΔU) sama dengan jumlah kalor yang diserap (q) ditambah dengan jumlah kerja yang diterima sistem (w). Rumusan hukum I termodinamika dapat dinyatakan dengan ungkapan atau kata-kata sebagai berikut.
” Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah darisatu bentuk ke bentuk yang lain, atau energi alam semesta adalah konstan.” Karena itu hukum ini disebut juga hukum kekekalan energi .
Berdasarkan hukum I termodinamika, kalor yang menyertai suatu reaksi hanyalah merupakan perubahan bentuk energi. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi kalor. Energi kimia dapat diubah menjadi energi listrik dan energi listrik dapat diubah menjadi energi kimia. Agar tidak terjadi kekeliruan dalam menggunakan rumus diatas, perlu ditetapkan suatu perjanjian. Maka perjanjian itu adalah:
1. Yang diutamakan dalam ilmu kimia adalah sistem, bukan lingkungan
2. Kalor (q) yang masuk sistem bertanda positif (+),
18
sedangkan yang keluar bertanda negatif (-)
3. Kerja (w) yang dilakukan sistem (ekspansi) bertanda negatif (-) , dan yang dilakukan lingkungan (kompresi) bertanda positif.
Gambar 8 Ekspansi gas pada tekanan eksternal konstan.
Tanda untuk q dan w dapat dilihat pada Gambar 9 berikut
Gambar 9. Tanda untuk q dan w
4. Yang diutamakan dalam ilmu kimia adalah sistem, bukan lingkungan.
5. Kerja dihitung dengan rumus:
W=-P(V1-V2) (7)
19
Dimana w = kerja (pada tekanan 1 atm), V1 = volume awal,dan V2 = volume akhir, dan P = tekanan yang melawan gerakan piston pompa (atm), P untuk ekspansi adalah P ex dan untuk kompresi adalah P in . Penerapan hukum termodinamika pertama dalam bidang kimia merupakan bahan kajian dari termokimia.
Contoh:Suatu sistem menyerap kalor sebanyak 1000 kJ dan melakukan kerja sebanyak 5 kJ. Berapakah perubahan energidalam sistem ini?
Jawab:Karena sistem menyerap kalor, maka q bertanda positif, tetapi karenasistem m elakukan kerja, maka w bertanda negatif.
ΔU= q + w
=100 kJ – 5 kJ
= 95 kJ
b)Pengertian Reaksi Eksoterm dan EndotermDitulis oleh Bambang Sugianto pada 07-06-2009Perubahan entalpi (ΔH) positif menunjukkan bahwa dalam perubahan terdapat penyerapan kalor atau pelepasan kalor.
Reaksi kimia yang melepaskan atau mengeluarkan kalor disebut reaksi eksoterm, sedangkan reaksi kimia yang menyerap kalor disebut reaksi endoterm. Aliran kalor pada kedua jenis reaksi diatas dapat dilihat pada gambar 11 berikut:
20
Gambar 11 Aliran kalor pada reaksi eksoterm dan endoterm
Pada reaksi endoterm, sistem menyerap energi. Oleh karenaitu, entalpi sistem akan bertambah. Artinya entalpi produk (Hp) lebih besar daripada entalpi pereaksi (Hr). Akibatnya, perubahan entalpi, merupakan selisih antara entalpi produk dengan entalpi pereaksi (Hp -Hr) bertanda positif. Sehingga perubahan entalpi untuk reaksi endotermdapat dinyatakan:
ΔH = Hp- Hr > 0 (13 )
Sebaliknya, pada reaksi eksoterm , sistem membebaskan energi, sehingga entalpi sistem akan berkurang, artinya entalpi produk lebih kecil daripada entalpi pereaksi. Oleh karena itu , perubahan entalpinya bertanda negatif. Sehingga p dapat dinyatakan sebagai berikut:
ΔH = Hp- Hr < 0 ( 14 )
Perubahan entalpi pada reaksi eksoterm dan endoterm dapatdinyatakan dengan diagram tingkat energi. Seperti pada gambar 12. berikut
21
c)Persamaan TermokimiaDitulis oleh Bambang Sugianto pada 09-06-2009Persamaan reaksi yang mengikutsertakan perubahan entalpinya disebut persamaan termokimia. Nilai ΔH yang dituliskan pada persamaan termokimia disesuaikan dengan stokiometri reaksi. Artinya jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi sama dengan koefisien reaksinya.
Oleh karena entalpi reaksi juga bergantung pada wujud zatharus dinyatakan, yaitu dengan membubuhkan indeks s untukzat padat , l untuk zat cair, dan g untuk zat gas. Perhatikan contoh berikut . Contoh: Pada pembentukan 1a mol air dari gas hidrogen dengan gas oksigen dibebaskan 286 kJ. Kata “dibebaskan” menyatakan bahwa reaksi tergolong eksoterm. Oleh karena itu ?H = -286 kJ Untuk setiap mol air yang terbentuk. Persamaan termokimianya adalah:
H2 (g) + 1/2 O2 (g) ——> H2O (l) ΔH = -286 kJ
Atau
2 H2 (g) + O2 (g) ——> 2 H2O (l) ΔH = -572 kJ
22
(karena koefisien reaksi dikali dua, maka harga ΔH juga harus dikali dua).
d) Pembakaran Sempurna dan Tidak SempurnaDitulis oleh Bambang Sugianto pada 16-06-2009Pembakaran bahan bakar dalam mesin kendaraan atau dalam industri tidak terbakar sempurna. Pembakaran sempurna senyawa hidrokarbon (bahan bakar fosil) membentuk karbon dioksida dan uap air. Sedangkan pembakaran tak sempurna membentuk karbon monoksida dan uap air. Misalnya:
a. Pembakaran sempurna isooktana:
C8H18 (l) +12 ½ O2 (g) –> 8 CO2 (g) + 9 H2O (g) ΔH = -5460 kJ
23
b. Pembakaran tak sempurna isooktana:
C8H18 (l) + 8 ½ O2 (g) -> 8 CO (g) + 9 H2O (g) ΔH = -2924,4 kJ
Dampak Pembakaran tak Sempurna
Sebagaimana terlihat pada contoh di atas, pembakaran tak sempurna menghasilkan lebih sedikit kalor. Jadi, pembakaran tak sempurna mengurangi efisiensi bahan bakar.kerugian lain dari pembakaran tak sempurna adalah dihasilkannya gas karbon monoksida (CO), yang bersifat racun. Oleh karena itu, pembakaran tak sempurna akan mencemari udara.
e)Kalor PembakaranDitulis oleh Bambang Sugianto pada 15-06-2009Reaksi kimia yang umum digunakan untuk menghasilkan energi adalah pembakaran, yaitu suatu reaksi cepat antarabahan bakar denga oksigen yang disertai terjadinya api. Bahan bakar utama dewasa ini adalah bahan bakar fosil, yaitu gas alam, minyak bumi, dan batu bara. Bahan bakar fosil itu berasal dari pelapukan sisa organisme, baik
24
tumbuhan atau hewan. Pembentukan bahan bakar fosil ini memerlukan waktu ribuan sampai jutaan tahun.
Bahan bakar fosil terutama terdiri atas senyawa hidrokarbon, yaitu senyawa yang hanya terdiri atas karbondan hidrogen. Gas alam terdiri atas alkana suku rendah terutama metana dan sedikit etana, propana, dan butana. Seluruh senyawa itu merupakan gas yang tidak berbau. Olehkarena itu, kedalam gas alam ditambahkan suatu zat yang berbau tidak sedap, yaitu merkaptan, sehingga dapat diketahui jika ada kebocoran. Gas alam dari beberapa sumber mengandung H2S, suatu kontaminan yang harus disingkirkan sebelum gas digunakan sebagai bahan bakar karena dapat mencemari udara. Beberapa sumur gas juga mengandung helium.
Minyak bumi adalah cairan yang mengandung ratusan macam senyawa, terutama alkana, dari metana hingga yang memiliki atom karbon mencapai lima puluhan. Dari minyak bumi diperoleh bahan bakar LPG (Liquified Petroleum gas),bensin, minyak tanah, kerosin, solar dan lain-lain. Pemisahan komponen minyak bumi itu dillakukan dengan destilasi bertingkat. Adapun batu bara adalah bahan bakarpadat, yang terutama, terdiri atas hidrokarbon suku tinggi. Batu bara dan minyak bumi juga mengandung senyawadari oksigen, nitrogen, dan belerang.
Bahan bakar fosil, terutama minyak bumi, telah digunakandengan laju yang jauh lebih cepat dari pada proses pembentukannya. Oleh karena itu, dalam waktu yang tidak terlalu lama lagi akan segera habis. Untuk menghemat penggunaan minyak bumi dan untuk mempersiapkan bahan bakar pengganti, telah dikembangkan berbagai bahan bakar lain, misalnya gas sintesis (sin-gas) dan hidrogen. Gas sintetis diperoleh dari gasifikasi batubara. Batu bara merupakan bahan bakar fosil yang paling melimpah, yaitu
25
sekitar 90 % dari cadangan bahan bakar fosil. Akan tetapipenggunaan bahan bakar batubara menimbulkan berbagai masalah, misalnya dapat menimbulkan polusi udara yang lebih hebat daripada bahan bakar apapun. Karena bentuknyayang padat terdapat keterbatasan penggunaannya. Oleh karena itu, para ahli berupaya mengubahnya menjadi gas sehingga pernggunaannya lebih luwes dan lebih bersih.Gasifikasi batubara dilakukan dengan mereaksikan batubara panas dengan uap air panas. Hasil proses itu berupa campuran gas CO,H2 dan CH4.
Sedangkan bahan sintetis lain yang juga banyak dipertimbangkan adalah hidrogen. Hidrogen cair bersama-sama dengan oksigen cair telah digunakan pada pesawat ulang-alik sebagai bahan bakar roket pendorongnya. Pembakaran hidrogen sama sekali tidak memberi dampak negatif pada lingkungan karena hasil pembakarannya adalahair. Hidrogen dibuat dari air melalui reaksi endoterm berikut:
H2O (l) —> 2 H2 (g) + O2 (g) ΔH = 572 kJ
Apabila energi yang digunakan untuk menguraikan air tersebut berasal dari bahan bakar fosil, maka hidrogen bukanlah bahan bakar yang konversial. Tetapi saat ini sedang dikembangkan penggunaan energi nuklir atau energi surya. Jika proyek itu berhasil, maka dunia tidak perlu khawatir akan kekurangan energi. Matahari sesungguhnya adalah sumber energi terbesar di bumi, tetapi tekonologipenggunaan energi surya belumlah komersial. Salah satu kemungkinan penggunaan energi surya adalah menggunakan tanaman yang dapat tumbuh cepat. Energinya kemudian diperoleh dengan membakar tumbuhan itu. Dewasa ini, penggunaan energi surya yang cukup komersial adalah untukpemanas air rumah tangga (solar water heater). Nilai kalor dari berbagai jenis bahan bakar diberikan pada tabel 4
26
berikut.
Tabel 4. Komposisi dan nilai kalor dari berbagai jenisbahan bakar
f )Entalpi PembakaranKata Kunci: Entalpi Pembakaran, Entalpi PenguraianDitulis oleh Bambang Sugianto pada 14-06-2009Reaksi suatu zat dengan oksigen disebut reaksi pembakaran. Zat yang mudah terbakar adalah unsur karbon, hidrogen, belerang, dan berbagai senyawa dari unsur tersebut. Pembakaran dikatakan sempurna apabila karbon (c) terbakarmenjadi CO2, hidrogen (H) terbakar menjadi H2O, belerang(S) terbakar menjadi SO2.
Perubahan entalpi pada pembakaran sempurna 1 mol suatu zat yang diukur pada 298 K, 1 atm disebut entalpi pembakaranstandar (standard enthalpy of combustion), yang dinyatakandengan ΔHc0 . Entalpi pembakaran juga dinyatakan dalam kJ mol -1 .
Harga entalpi pembakaran dari berbagai zat pada 298 K, 1
27
atm diberikan pada tabel 3 berikut.
Tabel 3 . Entalpi Pembakaran dari berbagai zat pada 298 K,1 atm
Pembakaran bensin adalah suatu proses eksoterm. Apabila bensin dianggap terdiri atas isooktana, C8H18 (salah satukomponen bensin) tentukanlah jumlah kalor yang dibebaskanpada pembakaran 1 liter bensin. Diketahui entalpi pembakaran isooktana = -5460 kJ mol-1 dan massa jenis isooktan = 0,7 kg L -1 (H = 1; C =12).
Jawab:Entalpi pembakaran isooktana yaitu – 5460 kJ mol-1 .Massa 1 liter bensin = 1 liter x 0,7 kg L-1 = 0,7 kg = 700 gram . Mol isooktana = 700 gram/114 gram mol-1 = 6,14 mol. Jadi kalor yang dibebaskan pada pembakaran 1 liter bensin adalah: 6,14 mol x 5460 kJ mol -1 = 33524,4 kJ.
g )Entalpi Penguraian
28
Reaksi penguraian adalah kebalikan dari reaksi pembentukan. Oleh karena itu, sesuai dengan azas kekekalan energi, nilai entalpi penguraian sama dengan entalpi pembentukannya, tetapi tandanya berlawanan.
Contoh:
Diketahui ΔHf 0 H2O (l) = -286 kJ mol -1, maka entalpi penguraian H2O (l) menjadi gas hidrogen dan gas oksigen adalah + 286 kJ mol-1
H2O (l) ——> H2 (g) + ½ O2 (g) ΔH = + 286 kJ
h.Entalpi PembentukanDitulis oleh Bambang Sugianto pada 12-06-2009Perubahan entalpi pada pembentukan 1 mol zat langsung dari unsur-unsurnya disebut entalpi molar pembentukan atau entalpi pembentukan. Jika pengukuran dilakukan pada keadaan standar (298 k, 1 atm) dan semua unsur-unsurnya dalam bentuk standar, maka perubahan entalpinya disebut entalpi pembentukan standar (ΔHf 0). Entalpi pembentukan dinyatakandalam kJ per mol (kJ mol -1).
Supaya terdapat keseragaman, maka harus ditetapkan keadaanstandar, yaitu suhu 25 0 C dan tekanan 1 atm. Dengan demikian perhitungan termokimia didasarkan pada keadaan standar.
Pada umumnya dalam persamaan termokimia dinyatakan:
AB + CD ———-> AC + BD Δ H0 = x kJ/mol
29
Δ H0 adalah lambang dari perubahan entalpi pada keadaan itu. Yang dimaksud dengan bentuk standar dari suatu unsuradalah bentuk yang paling stabil dari unsur itu pada kondisi standar (298 K, 1 atm).
Untuk unsur yang mempunyai bentuk alotropi, bentuk standarnya ditetapkan berdasarkan pengertian tersebut. Misalnya, karbon yang dapat berbentuk intan dan grafit, bentuk standarnya adalah grafit, karena grafit adalah bentuk karbon yang paling stabil pada 298 K, 1 atm. Dua hal yang perlu diperhatikan berkaitan dengan entalpi pembentukan yaitu bahwa zat yang dibentuk adalah 1 mol dan dibentuk dari unsurnya dalam bentuk standar.
Contoh: Entalpi pembentukan etanol (C2H5OH) (l) adalah -277,7 kJ per mol. Hal ini berarti: Pada pembentukan 1 mol(46 gram) etanol dari unsur-unsurnya dalam bentuk standar, yaitu karbon (grafit), gas hidrogen dan gas oksigen, yang diukur pada 298 K, 1 atm dibebaskan 277,7 kJ dengan persamaan termokimianya adalah:2 C (s, grafit)+ 3H2 (g) + ½ O2 (g) –> C2 H5 OH (l) ΔH = -277,7kJ
Nilai entalpi pembentukan dari berbagai zat serta persamaan termokimia reaksi pembentukannya diberikan padatabel 2 berikut.
Tabel 2. Nilai entalpi pembentukan berbagai zat & Persamaan termokimia reaksi pembentukannya
30
i )Perubahan Entalpi Berdasarkan Energi IkatanDitulis oleh Bambang Sugianto pada 08-06-2009Energi ikatan didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas. Energi ikatan dinyatakan dalam kilojoule per mol (kJ mol -1 )
Energi berbagai ikatan diberikan pada tabel 1.
Tabel 1. Harga Energi ikatan berbagai molekul (kJ/mol)
31
j ) Perubahan Entalpi Berdasarkan Entalpi PembentukanKalor suatu reaksi dapat juga ditentukan dari data entalpi pembentukan zat pereaksi dan produknya. Dalam halini, zat pereaksi dianggap terlebih dahulu terurai menjadi unsur-unsurnya, kemudian unsur-unsur itu bereaksimembentuk zat produk. Secara umum untuk reaksi:
32
m AB + n CD —–> p AD + q CB
ΔH0 = jumlah ΔH0 f (produk) - jumlah ΔH0 f (pereaksi)
Perubahan Entalpi Berdasarkan Hukum Hess
Banyak reaksi yang dapat berlangsung secara bertahap. Misalnya pembakaran karbon atau grafit. Jika karbon dibakar dengan oksigen berlebihan terbentuk karbon dioksida menurut persamaan reaksi:
C(s) + O2 (g) —–> CO2 (g) Δ H = – 394 kJ
Reaksi diatas dapat berlangsung melalui dua tahap. Mula-mula karbon dibakar dengan oksigen yang terbatas sehinggamembentuk karbon monoksida. Selanjutnya, karbon monoksidaitu dibakar lagi untuk membentuk karbon dioksida. Persamaan termokimia untuk kedua reaksi tersebut adalah:
C(s) + ½ O2 (g) —–> CO (g) ΔH = – 111 kJ
CO (g) + ½ O2 (g) —–> CO2 (g) Δ H = – 283 kJ
Jika kedua tahap diatas dijumlahkan, maka diperoleh:
C(s) + ½ O2 (g) —–> CO (g) ΔH = – 111 kJ
CO (g) + ½ O2 (g) —–> CO2 (g) ΔH = – 283 kJ
————————————————————————- +
C(s) + O2 (g) —–> CO2 (g) ΔH = – 394 k
BAB III
33
PENUTUP
Kesimpulan
Inti dari reaksi pembakaran siklus daya adalah
Reaksi yng membutuhkan 02 dan akan menghasilkan H20 +c02.
Pembakaran sempurna terjadi jika semua unsur C, H dan S
yang terkandung dalam bahan bakar bereaksi membentuk CO2,
H2O dan SO2. memberikan gambaran mengenai unjuk kerja
dalam kondisi pengendaraan yang lebih berat.
Kecenderungan bahan bakar untuk mengalami ketukan
bergantung pada struktur kimia hidrokarbon yang menjadi
penyusun bensin. Pada umumnya, hidrokarbon aromatik,
olefin dan isoparafin mempunyai sifat antiketuk yang
relatif baik, sedangkan n – paraffin mempunyai angka
oktan yang kurang baik, kecuali yang berat molekulnya
rendah.
SARAN
Berdasarkan kesimpulan di atas, penulis dapat memberikan
saran kepada pembaca sebagai berikut:
1. Sebagai generasi muda hendaknya kita memiliki
pengetahuan yang luas dengan banyak membaca referensi-
referensi yang akurat dan dapat dipercaya.
34
2. Sebagai generasi penerus bangsa hendaknya kita mampu
dan mau menyalurkan ilmu yang dimiliki untuk dibagi
kepada sesama sehingga bermanfaat dan tercipta
kelestarian lingkungan hidup
DAFTAR PUSTAKA
Referensi:http://id.wikipedia.org/wiki/berkas:Real_vs_Carnot.pnghttp://www.gurumuda.com
http://syairpuisiku.files.wordpress.com
http://dsupardi.wordpress.com/kimia-xi/termokimia/
BAB
35
