Nota Kimia T5 Bab 3: Termokimia SPM
Nota lengkap Termokimia Tingkatan 5 KSSM — tindak balas eksotermik dan endotermik, gambar rajah aras tenaga, haba pemendakan, penyesaran, peneutralan, pembakaran, nilai bahan api.
3.1 Perubahan Haba dalam Tindak Balas
| Tindak Balas Eksotermik | Tindak Balas Endotermik | |
|---|---|---|
| Haba | Dibebaskan ke persekitaran | Diserap dari persekitaran |
| Suhu persekitaran | Meningkat (bekas panas) | Menurun (bekas sejuk) |
| ΔH | Negatif (−) | Positif (+) |
| Kandungan tenaga | Hasil < bahan tindak balas | Hasil > bahan tindak balas |
| Contoh | Pembakaran, peneutralan, respirasi, NaOH larut dalam air | Fotosintesis, penguraian karbonat, NH₄NO₃ larut dalam air |
Gambar Rajah Aras Tenaga
- ΔH = H(hasil tindak balas) − H(bahan tindak balas)
- Eksotermik: Bahan tindak balas di atas, hasil di bawah, anak panah turun, ΔH = −x kJ mol⁻¹
- Endotermik: Hasil di atas, bahan tindak balas di bawah, anak panah naik, ΔH = +x kJ mol⁻¹
Perubahan Tenaga: Pemutusan & Pembentukan Ikatan
- Pemutusan ikatan → menyerap tenaga haba
- Pembentukan ikatan → membebaskan tenaga haba
- Eksotermik: tenaga pembentukan > tenaga pemutusan
- Endotermik: tenaga pemutusan > tenaga pembentukan
Contoh: H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) ΔH = −185 kJ mol⁻¹
Tenaga diserap (H−H + Cl−Cl): 436 + 243 = 679 kJ
Tenaga dibebaskan (2 × H−Cl): 2 × 432 = 864 kJ
ΔH = 679 − 864 = −185 kJ mol⁻¹ (eksotermik)
3.2 Haba Tindak Balas
Formula Pengiraan
Q = mcθ
m = jisim larutan (g) = jumlah isi padu (cm³) × ketumpatan (1 g cm⁻³)
c = muatan haba tentu larutan = 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹
θ = perubahan suhu (°C)
ΔH = −Q/n (kJ mol⁻¹), n = mol bahan yang terlibat
Anggapan dalam pengiraan: ketumpatan larutan = 1 g cm⁻³; c = 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹; tiada kehilangan haba ke persekitaran.
Haba Pemendakan
Perubahan haba apabila 1 mol mendakan terbentuk daripada ion-ionnya dalam larutan akueus.
Ba²⁺(ak) + SO₄²⁻(ak) → BaSO₄(p) ΔH = −42 kJ mol⁻¹
Ag⁺(ak) + Cl⁻(ak) → AgCl(p) ΔH = −65.5 kJ mol⁻¹
n = mol mendakan yang terbentuk
Haba Penyesaran
Perubahan haba apabila 1 mol logam disesarkan daripada larutan garamnya oleh logam yang lebih elektropositif.
Fe(p) + Cu²⁺(ak) → Fe²⁺(ak) + Cu(p) ΔH = −250 kJ mol⁻¹
Logam Mg menyesarkan Cu menghasilkan haba lebih besar daripada Zn kerana Mg lebih elektropositif daripada Zn (perbezaan E⁰ lebih besar).
Haba Peneutralan
Perubahan haba apabila 1 mol air terbentuk daripada tindak balas peneutralan antara asid dan alkali.
H⁺(ak) + OH⁻(ak) → H₂O(ce) ΔH = −57 kJ mol⁻¹
| Kombinasi | ΔH (kJ mol⁻¹) | Sebab |
|---|---|---|
| Asid kuat + Alkali kuat | −57 | Kedua-dua mengion penuh; semua haba untuk pembentukan air |
| Asid lemah + Alkali kuat | −55 | Sebahagian haba digunakan untuk mengionkan asid lemah |
| Asid kuat + Alkali lemah | −52 | Sebahagian haba digunakan untuk mengionkan alkali lemah |
| Asid lemah + Alkali lemah | −50 | Haba digunakan untuk mengionkan kedua-dua asid dan alkali lemah |
Asid diprotik: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O ΔH = −114 kJ
Tetapi haba peneutralan tetap −57 kJ mol⁻¹ (per mol air terbentuk)
Haba Pembakaran
Haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan dibakar dengan lengkap dalam oksigen berlebihan.
C₂H₅OH(ce) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(ce) ΔH = −1376 kJ mol⁻¹
Semakin bertambah bilangan atom karbon per molekul alkohol → semakin tinggi haba pembakaran (kerana lebih banyak CO₂ dan H₂O terbentuk).
3.3 Nilai Bahan Api & Aplikasi
Nilai Bahan Api
Nilai bahan api (kJ g⁻¹) = Haba pembakaran (kJ mol⁻¹) ÷ Jisim molar (g mol⁻¹)
| Bahan Api | Nilai Bahan Api (kJ g⁻¹) |
|---|---|
| Kayu | 20 |
| Metana | 27 |
| Arang / Etanol | 30 |
| Petrol | 34 |
| Kerosin | 37 |
| Gas Asli | 50 |
| Hidrogen | 143 |
Faktor Pemilihan Bahan Api
- Nilai bahan api (tenaga per gram)
- Kos dan ketersediaan
- Kesan terhadap alam sekitar (CO₂, jelaga)
- Kemudahan penyimpanan dan pengangkutan
Aplikasi dalam Kehidupan Harian
| Produk | Jenis Tindak Balas | Cara Kerja |
|---|---|---|
| Hot Can (tin pemanas kendiri) | Eksotermik | CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + haba; memanaskan minuman |
| Tindak balas termit | Eksotermik | Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + Fe; untuk kimpalan |
| Pembakaran bahan api | Eksotermik | Menghasilkan haba untuk memasak, enjin |
| Pad gel / pek panas | Eksotermik | Penyalutan semula kalsium asetat melepaskan haba |
| Tin minuman sejuk kendiri | Endotermik | NH₄NO₃ larut dalam air menyerap haba |
| Pek sejuk | Endotermik | Garam ammonium larut menyerap haba; meredakan bengkak |
| Serbat | Endotermik | Penyejatan alkohol menyerap haba dari lidah |
| Perpeluhan | Endotermik | Penyejatan peluh menyerap haba dari kulit |
Soalan lazim
Apakah perbezaan antara tindak balas eksotermik dan endotermik?
Eksotermik membebaskan haba ke persekitaran (ΔH negatif, suhu meningkat, bekas panas). Endotermik menyerap haba dari persekitaran (ΔH positif, suhu menurun, bekas sejuk). Contoh eksotermik: pembakaran, peneutralan. Contoh endotermik: penguraian karbonat, fotosintesis.
Bagaimana mengira haba tindak balas menggunakan Q = mcθ?
Langkah 1: Kira mol bahan. Langkah 2: Q = mcθ, di mana m = jisim larutan (cm³ × 1 g/cm³), c = 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹, θ = perubahan suhu. Langkah 3: ΔH = −Q/n. Tanda negatif jika eksotermik (suhu naik), positif jika endotermik.
Mengapa haba peneutralan antara asid lemah dan alkali lemah lebih rendah?
Asid lemah dan alkali lemah mengion secara separa dalam air. Apabila bertindak balas, sebahagian haba yang dibebaskan semasa pembentukan air digunakan untuk mengionkan molekul asid lemah dan alkali lemah secara lengkap. Oleh itu, haba bersih yang dibebaskan lebih rendah (kira-kira −50 kJ mol⁻¹ berbanding −57 kJ mol⁻¹).
Apakah perbezaan antara haba pembakaran dan nilai bahan api?
Haba pembakaran (kJ mol⁻¹) ialah haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan dibakar dengan lengkap. Nilai bahan api (kJ g⁻¹) ialah haba yang dibebaskan per gram bahan = Haba pembakaran ÷ Jisim molar. Nilai bahan api lebih berguna untuk membandingkan kecekapan bahan api secara praktikal.
Mengapa haba pembakaran alkohol meningkat apabila bilangan atom karbon bertambah?
Semakin bertambah bilangan atom C, semakin banyak mol CO₂ dan H₂O terbentuk semasa pembakaran lengkap. Pembentukan setiap ikatan C=O dan O-H membebaskan tenaga. Peningkatan antara ahli berturutan hampir seragam kerana setiap ahli berbeza satu kumpulan CH₂.