Nota Sains Tambahan Tingkatan 5 Bab 4: Tenaga Dan Perubahan Kimia
Bab 4: Tenaga dan Perubahan Kimia
Penerokaan interaktif tindak balas berasaskan tenaga cahaya, perubahan haba eksotermik/endotermik, serta sains litar elektrolisis industri.
Tindak Balas Kimia yang Memerlukan Cahaya
Sebahagian tindak balas kimia tidak boleh berlaku secara spontan melainkan ia menyerap tenaga daripada cahaya (seperti cahaya matahari atau lampu ultraungu). Sebatian yang sensitif terhadap cahaya ini dikenali sebagai sebatian fotosensitif.
1. Pemprosesan Filem Fotografi Klasik
Permukaan filem fotografi disaluti lapisan nipis garam argentum bromida ($\text{AgBr}$) yang sangat sensitif terhadap cahaya. Apabila terdedah kepada cahaya, ia terurai membentuk butiran logam argentum hitam:
2. Pemeliharaan Ubat-ubatan & Bahan Kimia
Kebanyakan ubat-ubatan cair, hidrogen peroksida ($\text{H}_2\text{O}_2$), dan larutan argentum nitrat ($\text{AgNO}_3$) akan rosak atau reput jika terkena pancaran cahaya matahari. Oleh itu, bahan ini wajib disimpan di dalam botol gelap (amber bottle) bagi menghalang penembusan cahaya.
Ujian Dedahan Cahaya Matahari
Pilih jenis botol di bawah, kemudian tekan butang untuk mengaktifkan pancaran cahaya matahari bagi melihat kesannya terhadap larutan argentum bromida, $\text{AgBr}$.
Pilih jenis botol dan klik butang dedahan cahaya untuk memulakan eksperimen.
GLOSARI SAINS DIGITAL
Eksotermik
Tindak balas kimia yang membebaskan tenaga haba ke persekitaran, menyebabkan suhu meningkat.
Endotermik
Tindak balas kimia yang menyerap tenaga haba dari persekitaran, menyebabkan suhu menurun.
Haba Penyesaran
Haba dibebaskan apabila 1 mol logam disesarkan daripada larutan garamnya oleh logam lebih elektropositif.
Elektrolisis
Proses penguraian sebatian (elektrolit) dalam keadaan lebur/akueus oleh pengaliran arus elektrik.
Sel Elektrolitik
Radas yang menukarkan tenaga elektrik kepada tenaga kimia melalui elektrod dan elektrolit.
Sel Kimia
Sel yang menghasilkan tenaga elektrik secara spontan daripada tindak balas kimia di dalamnya.
Penyaduran
Menyalut permukaan logam dengan lapisan nipis logam lain melalui elektrolisis untuk perlindungan/hiasan.
Penulenan
Proses mengasingkan bendasing daripada logam tidak tulen untuk mendapatkan hasil yang lebih bersih.
Pengekstrakan
Proses mendapatkan logam daripada bijih mentah melalui kaedah kimia atau elektrikal.
Fotokromik
Kaca mengandungi argentum halida yang menjadi gelap secara automatik apabila terkena cahaya matahari.
Fotolisis Air
Pemecahan molekul air kepada ion hidrogen dan oksigen menggunakan tenaga cahaya (dalam fotosintesis).
Fotosensitif
Bahan kimia yang peka terhadap cahaya dan mudah terurai apabila terdedah kepada sinaran cahaya.
HOTS / KBAT
ZON PEMIKIRAN KRITIS
Analisis mendalam mengenai aplikasi tenaga haba, elektrik, dan cahaya dalam sistem kimia.
Mengapakah botol gelap diperlukan untuk penyimpanan Argentum Bromida?
Botol Gelap
Menghalang cahaya daripada memulakan tindak balas fotosensitif. Argentum bromida dikekalkan dalam bentuk sebatian tulen.
Kesan Cahaya
Mencetuskan penguraian:
2AgBr $\rightarrow$ 2Ag + $Br_2$
Menghasilkan argentum hitam dan gas bromin.
Analisis Perbezaan Sel Kimia Ringkas vs Sel Elektrolitik (Penulenan)
| Ciri Perbandingan | Sel Kimia (Mg-Cu) | Sel Elektrolitik (Penulenan) |
|---|---|---|
| Perubahan Tenaga | Kimia $\rightarrow$ Elektrik | Elektrik $\rightarrow$ Kimia |
| Terminal Negatif | Magnesium (Anod) | Katod (Cu Tulen) |
| Aliran Elektron | Mg $\rightarrow$ Cu (Litar Luar) | Anod $\rightarrow$ Bateri $\rightarrow$ Katod |
| Hasil di Katod | Enapan Kuprum (Tebal) | Enapan Kuprum Tulen (Tebal) |
Reka bentuk susunan radas penyaduran sudu besi dengan kromium.
Terminal Negatif (Katod)
Sudu besi disambungkan di sini untuk menarik ion $Cr^{3+}$.
Terminal Positif (Anod)
Logam kromium tulen digunakan untuk membekalkan ion ke dalam larutan.
Elektrolit Khusus
Gunakan larutan Kromium(III) Sulfat untuk memastikan aliran ion yang betul.
Bandingkan Fotosintesis dengan Pembakaran Magnesium.
Fotosintesis
Proses Endotermik. Menyerap tenaga cahaya untuk membentuk glukosa. Aras tenaga hasil > Aras tenaga bahan.
Pembakaran Mg
Proses Eksotermik. Membebaskan haba ke persekitaran. $\Delta H = -1204$ kJ $mol^{-1}$.
Mengapa pengekstrakan aluminium sangat intensif tenaga?
-
1
Takat Lebur Ekstrim: Aluminium oksida memerlukan tenaga haba yang sangat besar untuk melebur (lebih $2000^\circ$C).
-
2
Ikatan Kimia Stabil: Ikatan dalam $Al_2O_3$ sangat kuat, memerlukan arus elektrik yang tinggi untuk pemecahan elektrolitik.
-
3
Kitar Semula (9% Tenaga): Hanya melibatkan peleburan semula logam, bukan pemecahan ikatan kimia asal.