nota sains tingkatan 4 bab 5

TENAGA DAN PERUBAHAN KIMIA

1. APA ITU PERUBAHAN KIMIA DAN PERUBAHAN FIZIK ?

Pembakaran kertas untuk menghasilkan debu adalah perubahan kimia manakala peleburan ais menjadi air ialah perubahan fizik. Jadi apakah sebenarnya perubahan kimia dan perubahan fizik ?.Perbezaan antara perubahan kimia dan perubahan fizik adalah seperti jadual di bawah

PERUBAHAN KIMIA	PERUBAHAN FIZIK
terbentuk bahan baru	tidak
perubahan tidak berbalik	perubahan berbalik
Komposisi kimia bahan asal berbeza dengan hasil	Komposisi kimia bahan asal sama dengan hasil
Jisim bahan asal berbeza dengan hasil	Jisim bahan asal mungkin sama atau berbeza dengan hasil
Ikatan antara zarah dipecahkan	zarah hanya berubah bentuk sahaja
Memerlukan tenaga haba yang tinggi	Memerlukan tenaga haba yang rendah

2. PERUBAHAN HABA SEMASA TINDAK BALAS KIMIA

Semasa tindak balas kimia berlaku dua jenis perubahan haba. Sesuatu tindakbalas yang menghasilkan haba ke persekitarannya dinamakan sebagai tindakbalas eksotermik. Tindak balas endotermik pula adalah sebaliknya.Perbezaan antara Tindak balas Eksotermik dengan Endotermik ditunjukkan seperti di bawah.

TINDAK BALAS EKSOTERMIK	TINDAK BALAS ENDOTERMIK
membebaskan tenaga haba	menyerap tenaga haba
persekitaran panas (tabung uji terasa panas)	persekitaran sejuk (tabung uji terasa sejuk)
hasil tindak balas mengandungi tenaga rendah	hasil tindak balas mengandungi tenaga tinggi
contoh : semasa melarutkan natrium hidroksida dalam air	contoh : semasa melarutkan ammonium sulfat dalam air

Tindak balas kimia berguna dalam industri. Pengetahuan mengenai jenis tindak balas telah menolong manusia mencipta pelbagai bahan lain yang sangat berguna kepada kita. Jadual berikut memperkenalkan beberapa industri popular yang menggunakan tindak balas kimia. Nama tindak balas tersebut selalunya mengambil mana saintis yang pertama kali menemui tindak balas tersebut.

PROSES	HASIL	PERSAMAAN T/B	JENIS T/B
Haber	ammonia	nitrogen + hidrogen ----> ammonia + haba	Eksotermik
Sentuh	sulfur trioksida untuk pembuatan asid sulfurik	sulfur dioksida + oksigen <====> sulfur trioksida + haba	Eksotermik
Ostwald	nitrogen oksida untuk pembuatan asid nitrik	ammonia + oksigen ----> nitrogen oksida + haba	Eksotermik

3. SIRI KEREAKTIFAN LOGAM

Kebanyakan tindak balas di dunia kita ini berpunca dari logam. Logam merupakan bahan yang sangat penting. Seterusnya kita mengkaji perlakuan logam- logam. Logam-logam mempunyai kereaktifan berbeza apabila ditindak balaskan dengan air, asid serta oksigen.Jika kita melakukan eksperimen dalam makmal, berikut adalah pemerhatian apabila logam bertindak balas
dengan air.

JENIS LOGAM	PEMERHATIAN	KECERGASAN
Natrium	bergerak pantas di atas permukaan air dan menghasilkan bunyi "hiss"	sangat cergas
Kalsium	tenggelam dan menghasilkan gelembung gas (hidrogen)	cergas
Magnesium	tenggelam dan menghasilkan sedikit gelembung gas (hidrogen)	kurang cergas
Kuprum	tiada tindak balas	tidak cergas

Dengan asid.

JENIS LOGAM	PEMERHATIAN	KECERGASAN
Magnesium	pembuakan sangat cergas dan menghasilkan gas (hidrogen)	sangat cergas
Ferum	pembuakan yang cergas dan menghasilkan gas (hidrogen)	cergas
plumbum	pembuakan dan menghasilkan sedikit gelembung gas (hidrogen)	kurang cergas
Kuprum	tiada tindak balas	tidak cergas

Dengan oksigen pula.

JENIS LOGAM	PEMERHATIAN	KECERGASAN
Magnesium	membara sangat terang dan menghasilkan debu putih seletah sejuk	sangat cergas
Zink	membara dengan terang dan menghasilkan serbuk kekuningan setelah sejuk	cergas
Ferum	membara dan menghasilkan serbuk hitam setelah sejuk	kurang cergas
Kuprum	tiada tindak balas	tidak cergas

Jadi kita boleh membina Siri kereaktifan logam bermula dari yang paling reaktif ialah :-

Kalium (PALING REAKTIF)
Natrium
Kalsium
Magnesium
Aluminium
Zink
Ferum (besi)
Stanum (timah)
Plumbum
Kuprum (tembaga)
Merkuri (raksa)
Argentum
Aurum (emas) (TIDAK REAKTIF) 


Oleh kerana logam mempunyai kereaktifan yang berbeza tindak balas oksidanya dengan karbon lain juga menunjukkan perlakuan yang berbeza. Berikut adalah pemerhatian apabila oksida logam bertindak balas dengan karbon.

OKSIDA LOGAM	PEMERHATIAN	INFERENS/TH>
Plumbum (II) oksida	menghasilkan bintil-bintil logam berkilau	karbon boleh menurunkan plumbum (II) oksida. Karbon lebih reaktif dari plumbum
Aluminium oksida	tiada apa-apa terbentuk	karbon tidak boleh menurunkan aluminium oksida. Karbon kurang reaktif dari aluminium
Zink oksida	menghasilkan sedikit bintil-bintil logam berkilau	karbon boleh menurunkan zink oksida. karbon lebih reaktif dari zink

Ini bermaksud kita boleh meletakkan karbon dalam siri kereaktifan logam seperti berikut.

Kalium
Natrium
Kalsium
Magnesium
Aluminium

KARBON

Zink
Ferum (besi)
Stanum (timah)
Plumbum
Kuprum (tembaga)
Merkuri (raksa)
Argentum
Aurum (emas) 




Semua oksida logam (bijih) yang berada dibawah karbon boleh diekstrak (dikeluarkan) dengan memanaskannya dengan karbon. Karbon yang digunakan dalam industri pengekstrakan logam dari bijihnya ialah arang kok.Proses Pengekstrakan logam dengan menggunakan serbuk karbon (arang kok)telah dijadualkan seperti berikut.

LANGKAH	CARA	TUJUAN	HASIL
Memanggang bijih	Memanggang pada suhu tinggi	Menyingkirkan sulfur	Bijih terpanggang
Mencampur bijih dengan arang kok	Bijih dicampurkan dengan arang kok dan dimasukkan dalam "relau bagas"	Memulakan tindak balas	Campuran bijih + arang kok bersuhu tinggi
Tindak balas	Campuran dipanaskan pada suhu tinggi	Melengkapkan tindakbalas	Dua hasil terbentuk iaitu : a) Bendasing (sanga lebur) b)Logam tulen yang lebur
Pengasingan	Sanga disingkirkan dan leburan logam dialirkan keluar	Memisahkan logam tulen	Logam tulen
Mengacu dan Membekukan logam	Leburan logam dituang ke dalam acuan dan disejukkan	Mendapat jongkong/kepingan logam	Jongkong/Kepingan logam tulen

4. TINDAK BALAS DENGAN MENGGUNAKAN TENAGA ELEKTRIK

Elektrolisis merupakan satu tindak balas yang menggunakan tenaga elektrik. Tenaga elektrik memecahkan sebatian kimia untuk membentuk bahan yang baru. Terdapat 3 komponen utama dalam radas elektrolisis.

KOMPONEN	BAHAN	TUJUAN
Elektrolit	garam, asid atau alkali	membekalkan ion positif ("kation") dan ion negatif ("Anion")
Elektrod	2 elektrod yang terdiri dari bahan yang boleh mengkonduksi elektrik cth: karbon	membentuk a) elektrod positif (Anod)-bahagian yang disambung ke terminal positif bateri dan b) elektrod negatif (Katod)
Pembekal arus elektrik	bateri atau sumber arus terus	Mengerakkan elektron dalam litar

Elektrolisis mempunyai banyak kegunaan dalam kehidupan seharian manusia. Anatarah kegunaannya ialah

KEGUNAAN	ELEKTROLITNYA	ELEKTROD +	ELEKTROD -
Pengekstrakan Aluminium	Leburan Aluminium Oksida + Kriolit	karbon - gas oksigen terhasil	karbon - aluminium tulen terhasil
Penulenan argentum	argentum nitrat	kepingan argentum tak tulen - akan larut dalam elektrolit	kepingan argentum tulen - bertambah berat
Penyaduran sudu besi dengan argentum	argentum nitrat	kepingan argentum - jisim berkurangan	sudu besi - disadurkan oleh argentum

5. PENGHASILAN TENAGA ELEKTRIK DARI TENAGA KIMIA

Disebalik elektrolisis, tenaga elektrik pula boleh dihasilkan dari tenaga kimia dalam sel(bateri).

Untuk menghasilkan tenaga elektrik dari tenaga kimia, beberapa syarat harus dipenuhi oleh radas(set-up). 3 syarat supaya terhasilnya tenaga elektrik dalam sel ringkas ialah:-

a) Dua elektrod yang digunakan hendaklah berbeza.
b) Sel mesti mengandungi elektrolit.
c) Kedua-dua elektrod hendalah bersambung untuk melengkapkan litar.

Sangat menarik jika kita mengkaji dengan lebih mendalam komponen yang terdapat dalam sel kering. (mana tahu anda boleh mencipta sel sendiri di rumah.....). Komponen sel kering adalah seperti berikut.

KOMPONEN	BAHAN	TUJUAN
Terminal -	bekas zink	membebaskan elektron
Terminal +	rod karbon	menerima elektron
Elektrolit	ammonium klorida + zink klorida	landasan pergerakan elektron
Pencegah Pengutuban	serbuk karbon + mangan (IV) dioksida	menyerap hidrogen yang terbentuk dan menukarkannya menjadi air

Komponen sel asid-plumbum pula.

KOMPONEN	BAHAN	TUJUAN
Terminal -	plat plumbum tulen	membebaskan elektron
Terminal +	plat plumbum oksida	menerima elektron
Elektrolit	asid sulfurik pekat	landasan pergerakan elektron

Saintis telah menamakan sel kering sebagai sel primer manakala sel basah asid-plumbum pula ialah sel sekunder. (saintis sering mengklasifikasikan sesuatu ya..)Apakah maksud serta perbezaan kedua-dua jenis sel ini ?.
Perbezaan sel primer dan sel sekunder adalah seperti berikut.

SEL	PRIMER	SEKUNDER
Kelebihan	membekalkan arus tetap,	boleh dicas semula
Kelemahan	tidak boleh dicas semula	mengandungi elektrolit yang mudah tumpah
Contoh sel	sel kering, bateri alkali, bateri argentum oksida	akumulator asid-plumbum, Bateri nikel-kadmium, bateri litium
Cara di kitar semula	bekas logam dan karbon diasingkan dan dipakai semula	logam plumbum di kitar semula dan asid diganti semula

Walaupun sel-sel diatas berguna kepada manusia namun ianya boleh mendatangkan sedikit masalah jika dibuang ke alam sekitar. Ini adalah kerana ia mempunyai bahan bertoksik seperti logam rekatif serta bahan kimia lain.Kesan Pembuangan sel kimia ke alam sekitar ialah :-

a) Pencemaran ekologi
b) Menjejaskan kesihatan manusia
c) Logam toksik mencemarkan sumber air dan tanah
d) Bahan toksik masuk ke rantai makanan dan meracuni otak

6.TINDAK BALAS YANG MEMERLUKAN CAHAYA

Selain daripada tenaga elektrik, sesetengah tindak balas hanya memerlukan cahaya sebagai sumber tenaga.Beberapa contoh tindak balas yang memerlukan cahaya dalam kehidupan kita ialah :-

TINDAK BALAS	KESAN CAHAYA	APLIKASI
Fotosintesis	Memecahkan molekul air dalam tumbuhan.	Penghasilan glukosa semasa fotosintesis.
Penguraian Argentum Klorida	Argentum klorida terurai menjadi argentum dan klorin.	Bahan kimia argentum klorida hendaklah disimpan dalam botol gelap.
Kertas Fotografi	Pasta argentum bromida yang terdapat di permukaan kertas fotografi terurai menjadi argentum dan bromida.	Bahagian terdedah cahaya menjadi kelabu dan bahagian terlindung kekal putih. konsep ini digunakan untuk mencuci gambar foto.

7. JANGAN MEMBAZIR TENAGA

Apabila kita mengetahui bahawa semua tindak balas di dunia ini memerlukan tenaga (elektrik atau cahaya) maka kita sedar bahawa kita tidak boleh membazir tenaga. Kita hendaklah sentiasa mencari jalan agar sumber tenaga kita kekal lama