TERMOKIMIA

Termokimia adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari tentang kalor reaksi, yaitu pengukuran kalor yang menyertai reaksi kimia. Karena,  dalam sebagian besar reaksi kimia selalu disertai dengan perubahan energi yang berwujud perubahan kalor, baik kalor yang dilepaskan maupun diserap. Kalor merupakan salah satu bentuk dari energi.

Hukum termodinamika 1 berbunyi “energi di alam adalah kekal. Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan”

Termokimia merupakan penerapan hukum pertama termodinamika terhadap peristiwa kimia yang membahas tentang kalor yang menyertai reaksi kimia. Untuk memahami termokimia perlu dibahas tentang:

(a) Sistem, lingkungan,

(c) Hukum kekekalan energi.

A.           SISTEM dan LINGKUNGAN

Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian dari pengamatan  perubahan energinya. Sedangkan yang disebut lingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem.

Misalnya :

proses pelarutan garam dapur dalam air,menggunakan tabung reaksi maka garam dapur dan air merupakan sistem. sedangkan tabung reaksi, suhu udara, tekanan udara merupakan lingkungan.

Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan, sistem dibedakan menjadi tiga macam, yaitu:

b.    Sitem Terbuka, suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan zat (materi) antara lingkungan dan sistem.

Misalnya

•       melarutkan garam dapur di beker gelas yang terbuka.

•       Mereaksikan asam basa dalam tabung reaksi satu ke tabung reaksi lain.

c.     Sistem Tertutup, suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor antara sistem dan lingkungannya, tetapi tidak terjadi pertukaran materi.

Misalnya

mengamati perubahan panas pada reaksi pelarutan di tempat beker gelas yang  tertutup. Pada keadaan itu materi tidak dapat keluar atau masuk beker gelas, karena beker gelas dalam keadaan tertutup, tetapi energi masih dapat keluar masuk beker gelas tersebut. Hal ini ditandai dengan panas yang menempel pada dinding beker gelas atau sebaliknya energi panas dapat dialirkan ke dalam sistem tersebut dengan cara dipanaskan di atas nyala api.

d.  Sistem Terisolasi (tersekat), suatu sistem yang tidak memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara sistem dan lingkungan.

Misalnya

•       air dalam termos panas yang masih baik. Air panas yang disimpan dalam termos diharapkan tidak mengalami perubahan panas dan volume air tidak berkurang. Dengan demikian, baik benda maupun energi panas tidak mengalami perubahan.

Perbedaan sistem terbuka, tertutup, dan terisolasi

SISTEM	MATERI	ENERGI
Terbuka	Masuk	Masuk
Tertutup	Tidak	Masuk
Terisolasi	Tidak	Tidak

B.            Energi dan Entalpi

1.            ENERGI

Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha/kerja. Jadi, semua yang mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha merupakan energi. Secara garis besar energi dapat dibedakan menjadi energi potensial dan energi kinetik.

Energi potensial merupakan energi yang dimiliki karena letak posisi atau strukturnya terdapat dalam benda diam, sedangkan energi kinetik merupakan energi yang dimiliki karena geraknya.

Proses-proses kimia atau reaksi-reaksi kimia selalu disertai dengan perubahan energi. Energi yang menyertai proses-proses kimia dapat bermacam-macam, misal energi panas, energi cahaya, energi listrik, dan sebagainya. Keseluruhan energi yang dimiliki oleh suatu sistem dalam keadaan tertentu disebut energi dalam (U).

Hukum termodinamika pertama Berbunyi

“energi di alam adalah kekal. Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan”

Hukum ini jelas mengatakan bahwa manusia hanya mampu mengubah bentuk energi satu menjadi bentuk energi lain.

Dapat dirumuskan sebagai berikut

∆U = q + w

Dengan

∆U = perubahan energi dalam reaksi ............ (Joule)

q    = kalor....................................................... (Joule)

w  = kerja yang dilakukan sistem . ................. (Joule)

Kerja dapat dituliskan sebagai kerja volume dengan rumus

w = –p∆V

Dengan

w = kerja .............................................................. (J)

p = tekanan ........................................................ (atm)

V = volume ......................................................... (Liter)

Tanda minus diberikan agar sesuai dengan aturan bahwa kerja akan diberi notasi positif jika dikenai pada sistem, dan diberi notasi negatif, jika sistem melakukan kerja. Satuan volume menurut SI adalah liter dan disimbolkan L.

1.                   Entalpi

Entalpi (H) adalah banyaknya energi yang dimiliki sistem pada tekanan tetap. Secara termodinamika entalpi (H) adalah jumlah energi yang terkandung dalam sistem (U) dan kerja (w), dapat dituliskan

H = U + W

H = U + PV

dengan

W = P × V

U = energi (joule)                   W = kerja sistem (joule)

V = volume (liter)                   P = tekanan (atm)

B.            Reaksi eksoterm dan reaksi endoterm

1.                   Reaksi eksoterm

Reaksi  Eksoterm  adalah reaksi yang melepaskan kalor atau menghasilkan energi. Entalpi sistem berkurang (hasil reaksi memiliki entalpi yang lebih rendah dari zat semula).

H_akhir < H_awal,   H_akhir – H_awal < 0,  H berharga negatif

Contoh:

Reaksi antara kalsium oksida (kapur tohor) dengan air. Kapur tohor dimasukkan ke dalam air dalam tabung reaksi. Reaksi ini berlangsung ditandai dengan kenaikan suhu campuran (sistem). Karena suhu sistem lebih tinggi dari lingkungan, maka kalor akan keluar dari sistem ke lingkungan sampai suhu keduanya menjadi sama.

CaO(s) + H₂O(l)      →       Ca(OH)₂(aq)

2.                   Reaksi endoterm

Reaksi Endoterm adalah reaksi yang menyerap kalor atau memerlukan energi. Entalpi sistem bertambah (hasil reaksi memiliki entalpi yang lebih tinggi dari zat semula).

Hakhir > Hawal,          Hakhir – Hawal > 0,    H berharga positif

Contoh:

Reaksi antara kristal barium hidroksida oktahidrat dengan kristal amonium klorida. Ketika kristal barium hidroksida oktahidrat, Ba(OH)₂. 8H₂O dicampur dengan kristal amonium klorida (NH₄Cl), reaksi segera berlangsung yang ditandai dengan penurunan suhu campuran dan pembentukan gas amonia. Oleh karena suhu campuran (sistem) menjadi lebih rendah daripada lingkungan, maka kalor akan mengalir dari lingkungan ke dalam sistem sampai suhu keduanya menjadi sama.

Ba(OH)₂. 8H₂O(s) + 2NH₄Cl  → BaCl₂.2H₂O(s) + 2NH₃(g) + 8H₂O(l)

C.           Perubahan entalpi

Jika suatu reaksi berlangsung pada tekanan tetap, maka perubahan entalpinya sama dengan kalor yang harus dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya agar suhu sistem kembali ke keadaan semula.

•       H = q_p

•       (q_p = kalor reaksi pada tekanan tetap)

Perubahan entalpi (∆H) merupakan selisih  Entalpi akhir dengan entalpi awal, yang secara matematika dapat dituliskan sebagai berikut

                                    H = H_akhir – H_awal

Perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi dipengaruhi oleh:

•       Jumlah zat

•       Keadaan fisis zat

•       Suhu (T)

•       Tekanan (P)

ΔH = Hp – Hr

dengan:

                        ΔH = perubahan entalpi

                        H_p = entalpi produk

                        H_r = entalpi reaktan atau pereaksi

•       Bila H _produk > H _reaktan, maka ΔH bertanda positif, berarti terjadi penyerapan kalor dari lingkungan ke sistem.

•       Bila H _reaktan > H _produk, maka ΔH bertanda negatif, berarti terjadi pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan.

Sebaiknya anda tahu

Fotosintesis

Reaksi fotosintesis merupakan reaksi endoterm karena menyerap energi sebesar  2.820 kJ/mol.

Reaksi yang terjadi adalah:

6 CO_2(g) + 6 H₂O_(l) ⎯⎯→ C₆H₁₂O_6(s) + 6 O_2(g)       ΔH = + 2.820 kJ/mol

            Energi diserap dari cahaya matahari oleh zat hijau daun (disebut klorofil) yang digunakan membentuk glukosa. Glukosa bertindak sebagai cadangan energi dan kemudian akan melepaskan energi dengan membalik reaksi di atas. Beberapa energi yang dilepas akan muncul pada molekul sebagai adenosine triphosphat (ATP), yang merupakan bahan bakar untuk banyak reaksi pada kehidupan sel-sel termasuk sistesis protein dan pergerakan otot-otot. Fotosintesis merupakan sumber energi murni dalam bahan bakar fosil.

Secara matematis, perubahan entalpi (ΔH) dapat diturunkan sebagai berikut.

H = U + PV

∆H = ∆U + V.∆P + P. ∆V

Reaksi-reaksi kimia umumnya dilakukan di tempat yang terbuka. Oleh karena itu, tekanan sistem dapat  Dianggap tetap atau tekanan awal sama dengan tekanan akhir. Berarti tidak ada perubahan tekanan (∆P = 0) sehingga persamaan dapat ditulis sebagai berikut.

H = U + PV
∆H = ∆U + V.∆P + P. ∆V

∆ H = ∆ U + P ∆ V

dengan

∆H = perubahan entalpi ...................................... (J)

∆ U = perubahan energi dalam ........................... (J)

P = tekanan ........................................................ (atm)

V = volume ......................................................... (L)

Dari hukum pertama termodinamika telah diketahui bahwa

∆H = q (p tetap)

∆U + P.∆ V = q

PERSAMAAN TERMOKIMIA

            adalah persamaan reaksi yang menyertakan perubahan entalpinya (ΔH). Nilai perubahan entalpi yang dituliskan pada persamaan termokimia harus sesuai dengan stoikiometri reaksi, artinya jumlah mol zat yang terlibat dalam reaksi sama dengan koefisien reaksinya.

•       Contoh:

Diketahui persamaan termokimia:

H_2(g) + ½ O_2(g) ⎯⎯→ H₂O_(l)  ΔH = –285,85 kJ/mol

Artinya, pada pembentukan 1 mol H₂O dari gas hidrogen dan gas oksigen dibebaskan energi sebesar 285,85 kJ (reaksi eksoterm).