Termokimia

Termokimia merupakan cabang ilmu yang mempelajari perubahan kalor yang menyertai suatu reaksi kimia. Pada umumnya, reaksi kimia sebagian besar menghasilkan energi kalor, baik kalor yang dilepas maupun kalor yang diterima. Hal ini sesuai dengan asas kekekalan energi, yaitu: “Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan tetapi dapat diubah dari bentuk energi yang satu menjadi bentuk energi yang lain”. Beberapa istilah yang berkaitan dengan termokimia antara lain: entalpi, sistem, dan lingkungan.

  1. ENTALPI
  1. Sistem dan Lingkungan

Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat pengamatan yang kita pelajari perubahan energinya. Sedangkan lingkungan adalah segala sesuatu yang berada di luar sistem/di luar yang kita amati. Contoh: reaksi antara logam dan seng dengan larutan HCl dalam suatu tabung reaksi disertai dengan munculnya gelembung-gelembung gas.

Sistem : Logam seng dan larutan

Lingkungan : tabung reaksi, suhu udara, dan tekanan udara

Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan, sistem dibedakan menjadi 3 macam, yaitu:

  1. Sistem Terbuka, yaitu suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan zat (materi) antara sistem dan lingkungan.
  2. Sistem Tertutup, yaitu suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor antara sistem dan lingkungannya, tetapi tidak terjadi pertukaran materi.
  3. Sistem Tertutup (tersekat), yaitu suatu sistem yang tidak memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara sistem dan lingkungan.
  1. Entalpi dan Perubahan Entalpi

Entalpi adalah jumlah dari semua energi dalam bentuk kalor yang terdapat dalam suatu sistem. Entalpi akan tetap/ konstan selama tidak ada energi yang masuk atau keluar dari sistem. Entalpi dinyatakan dengan huruf H, dengan satuan joule (1 joule = 4,18 kalori). Misalnya entalpi untuk air akan dituliskan sebagai H H2O(l). Besarnya entalpi tidak dapat ditentukan, yang dapat ditentukan adalah perubahan entalpinya.

Perubahan entalpi adalah perubahan kalor yang terjadi pada suatu reaksi kimia dan merupakan selisih antara entalpi produk (Hp) dengan entalpi reaktan (HR).

rumus1

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.

rumus2

  1. REAKSI ENDOTERM DAN EKSOTERM
  1. Reaksi Endoterm

Reaksi endoterm adalah reaksi yang menyerap kalor atau memerlukan energi dari lingkungan ke sistem. Entalpi sistem bertambah (hasil reaksi memiliki entalpi yanh lebih tinggi dari zat semula). Tanda reaksi endoterm adalah rumus3

Contoh reaksi secara umum:

rumus4

Maka persamaan reaksi endoterm yang bernilai positif dapat dituliskan:

r52

                   r6

 
   

         Contoh reaksi endoterm:

  1. Reaksi antara gas nitrogen dan oksigen

Reaksi ini berlangsung pada suhu tinggi. Setelah reaksi berlangsung, suhu sistem mengalami penurunan sehingga kalor mengalir dari lingkungan ke sistem.

  1. Urea yang dilarutkan dalam air

Reaksi ini berlangsung dengan cepat. Setelah urea larut, suhu sistem mengalami penurunan sehingga lebih rendah dari suhu lingkungan. Akibatnya kalor mengalir dari lingkungan ke sistem.

  1. Reaksi Eksoterm

Reaksi esoterm adalah reaksi yang melepaskan kalor dari sistem ke lingkungan, sehingga kalor dari sistem akan berkurang. Tanda reaksi eksoterm adalahr7  . Contoh reaksi secara umum adalah:

r8

Maka persamaan reaksi endoterm yang bernilai positif dapat dituliskan:

r9

Gambar diagram tingkat energi untuk reaksi endoterm adalah:

r10

 
   

Contoh reaksi eksoterm:

  1. Logam natrium yang dimasukkan ke dalam air

Reaksi tersebut berlangsung cepat dan disertai timbulnya ledakan. Setelah reaksi berlangsung, suhu larutan lebih tinggi dari suhu lingkungan. Sehingga kalor mengalir dari sistem ke lingkungan.

  1. Pembuatan etanol dari hasil fermentasi glukosa

Reaksi tersebut berlangsung lambat dengan hasil samping berupa gas karbondioksida. Setelah reaksi berlangsung, suhu larutan lebih tinggi dari suhu lingkungan. Sehingga kalor mengalir dari sistem ke lingkungan.

  1. PERSAMAAN TERMOKIMIA

Persamaan termokimia adalah persamaan yang menggambarkan suatu reaksi yang dilengkapi dengan perubahan entalpi. Persamaan termokimia juga mencantumkan jumlah mol zat yang dinyatakan dengan koefisian reaksi dan keadaan fasa zat yang terlibat dalam reaksi. Satuan yang digunakan adalah kJ, sedangkan perubahan entalpi dalam molar digunakan satuan kJ/mol.

Contoh:

Reaksi karbon dan gas hidrogen membentuk 1 mol C2H2 pada temperatur 25oCdan tekanan 1 atm membutuhkan kalor 226,7 kJ/mol. Maka persamaan termokimianya adalah:

r11

Untuk membentuk 2 mol gas C2H2 dibutuhkan kalor: 2 x 226,7 kJ/mol = 453,4 kJ/mol, sehingga persamaan termokimianya menjadi:

r12

  1. JENIS-JENIS PERUBAHAN ENTALPI STANDAR
  1. Perubahan Entalpi Pembentukan Standar r13

Perubahan entalpi pembentukan standar adalah perubahan entalpi pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya yang paling stabil, pada keadaan standar (T = 298 K dan P = 1 atm).

Contoh: r14

  1. Perubahan Entalpi Penguraian Standar

Perubahan entalpi pembentukan standar adalah perubahan entalpi pada penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya, pada keadaan standar.

Contoh: r15

  1. Perubahan Entalpi Pembakaran Standar r16

Perubahan entalpi pembakaran standar adalah perubahan entalpi pada pembakaran sempurna 1 mol unsur atau senyawa pada keadaan standar.

Contoh: r17

  1. Perubahan Entalpi Pelarutan Standar r18

Perubahan entalpi pelarutan standar adalah perubahan entalpi pada pelarutan 1 mol zat menjadi larutan encer.

Contoh: r19

  1. Adiabatis

Adiabatis adalah proses di mana tidak ada panas yang masuk maupun ke luar dari sistem. Maka Q1 = Q2. Bila tidak ada panas yang masuk, perubahan kalor:

r20

  1. HUKUM TERMODINAMIKA
  1. Hukum Termodinamika I

“Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain”.

Secara sistematis dapat dituliskan dengan:

21

Simbol Tanda Keterangan
Q Positif  Jika sistem mengeluarkan panas ke lingkungan
Negatif  Jika sistemdimasuki panas dari lingkungan
W Positif  Jika sistem melakukan kerja
Negatif  Jika sistem dikenai kerja
  1. Hukum Termodinamika II

Semua perubahan di alam semesta ini, cenderung pada meningkatnya entropi.

Rumus:

 23

  1. PERUBAHAN ENTALPI

Harga perubahan entalpi dapat ditentuksn dengan menggunakan perubahan entalpi pembentukan, hukum Hess dan kalorimetri.

  1. Berdasarkan Data Entalpi Pembentukan (Hf)

Entalpi pembentukan standar suatu senyawa dapat memberikan kemudahan dalam penentuan perubahan entalpi reaksi. Reaksi secara umum:

24

  1. Berdasarkan Hukum Hess

Pada tahun 1840 Henry Hess dari Jerman menyatakan “Perubahan entalpi reaksi hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem,tidak bergantung pada jalannya reaksi”.

Fungsi dari hukum Hess ini adalah untuk menghitung harga entalpi reaksi yang sulit diperoleh melalui percobaan.

Contoh :

Reaksi karbon dan oksigen membentuk CO2 dapat berlangsung dalam satu tahap(cara langsung) dan dapat juga dua tahap (cara tidak langsung).

25

Hukum Hess dapat dinyatakan dalam bentuk diagram siklus atau diagram tingkat energi. Diagram siklus dan diagram tingkat energi untuk reaksi pembakaran karbon adalah sebagai berikut :

26

27

  1. Berdasarkan Energi Ikatan

Energi ikatan adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan oleh satu molekul gas menjadi atom-atom dalam keadaan gas. Harga energi ikatan selalu positif, dengan satuan kJ/mol, serta diukur pada kondisi zat-zat berwujud gas.

  1. Energi Ikatan Rata-Rata

Energi ikatan rata-rata adalah energi rata-rata yang dibutuhkan untuk memutuskan 1 mol senyawa gas menjadi atom-atomnya. Oleh karena itu, perubahan entalpi dapat dicari dari selisih antara 28 pemutusan ikatan dan 28 pembentukan ikatan. Untuk molekul dwi atom, energi ikatan sama dengan energi atomisasinya.

29

  1. Energi Atomisasi

Energi atomisasi adalah energi yang dibutuhkan untuk memutus molekul kompleks dalam 1 mol senyawa menjadi atom-atom gasnya.

30

  1. Kalorimetri

Kalorimetri adalah suatu alat untuk mengukur jumlah kalor yang diserap atau dibebaskan oleh sistem. Kalorimeter sederhana dapat dibuat dari wadah yang bersifat isolator. Jumlah kalor yang dilepas atau diserap sebanding dengan massa, kalor jenis zat, dan perubahan suhu.

31



Untuk mendownload materi tersebut, klik link Download di bawah ini:

DOWNLOAD



 

Comments are closed