Termokimia

Pengertian Entalpi sistem dan lingkungan – Setiap materi mengandung energi yang disebut energi internal (U). Besarnya energi ini tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahannya. Mengapa energi internal tidak dapat diukur? Sebab materi harus bergerak dengan kecepatan sebesar kuadrat kecepatan cahaya sesuai persamaan Einstein (E = mc2). Di alam, yang tercepat adalah cahaya. Perubahan energi internal ditentukan oleh keadaan akhir dan keadaan awal ( ΔU = Uakhir – Uawal).

1. Pengertian Entalpi ( ΔH )

Perubahan energi internal dalam bentuk panas dinamakan kalor. Kalor adalah energi panas yang ditransfer (mengalir) dari satu materi ke materi lain. Jika tidak ada energi yang ditransfer, tidak dapat dikatakan bahwa materi mengandung kalor. Jadi, Anda dapat mengukur kalor jika ada aliran energi dari satu materi ke materi lain. Besarnya kalor ini, ditentukan oleh selisih keadaan akhir dan keadaan awal.

Contoh:

Tinjau air panas dalam termos. Anda tidak dapat mengatakan bahwa air dalam termos mengandung banyak kalor sebab panas yang terkandung dalam air termos bukan kalor, tetapi energi internal. Jika terjadi perpindahan panas dari air dalam termos ke lingkungan sekitarnya atau dicampur dengan air dingin maka akan terbentuk kalor. Besarnya kalor ini diukur berdasarkan perbedaan suhu dan dihitung menggunakan persamaan berikut.

Q = m c Δ T

Keterangan:

= kalor

m = massa zat

= kalor jenis zat

Δ = selisih suhu

Jika perubahan energi terjadi pada tekanan tetap, misalnya dalam wadah terbuka (tekanan atmosfer) maka kalor yang terbentuk dinamakan perubahan entalpi (ΔH). Entalpi dilambangkan dengan (berasal dari kata ‘Heat of Content’). Dengan demikian, perubahan entalpi adalah kalor yang terjadi pada tekanan tetap, atau Δ H = Qp (Qp menyatakan kalor yang diukur pada tekanan tetap).

2. Sistem dan Lingkungan

Secara prinsip, perubahan entalpi disebabkan adanya aliran panas dari sistem ke lingkungan, atau sebaliknya. Apakah yang disebut sistem dan lingkungan?

Secara umum, sistem didefinisiskan sebagai bagian dari semesta yang merupakan fokus kajian danlingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem yang bukan kajian.

Dalam reaksi kimia, Anda dapat mendefinisikan sistem. Misalnya pereaksi maka selain pereaksi disebut lingkungan, seperti pelarut, hasil reaksi, tabung reaksi, udara di sekitarnya, dan segala sesuatu selain pereaksi.

Contoh soal Sistem dan Lingkungan

Ke dalam gelas kimia yang berisi air, dilarutkan 10 g gula pasir. Jika gula pasir ditetapkan sebagai sistem, manakah yang termasuk lingkungan?

Jawab:

Karena gula pasir dipandang sebagai sistem maka selain dari gula pasir termasuk lingkungan, seperti air sebagai pelarut, gelas kimia, penutup gelas kimia, dan udara di sekelilingnya.

Contoh Aplikasi Hukum Hess – Hukum Hess muncul berdasarkan fakta bahwa banyak pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya tidak dapat diukur perubahan entalpinya secara laboratorium.

Contoh:

Reaksi pembentukan asam sulfat dari unsur-unsurnya.

S(s) + H2(g) + 2O2(g) → H2SO4( )

Pembentukan asam sulfat dari unsur-unsurnya tidak terjadi sehingga tidak dapat diukur perubahan entalpinya. Oleh karena itu, ahli kimia berusaha menemukan alternatif pemecahannya. Pada 1840, pakar kimia dari Swiss Germain H. Hess mampu menjawab tantangan tersebut.

Berdasarkan hasil pengukuran dan sifat-sifat entalpi, Hess menyatakan bahwa entalpi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi maka perubahan entalpi tidak bergantung pada jalannya reaksi (proses).

Pernyataan ini dikenal dengan hukum Hess. Dengan kata lain, perubahan entalpi reaksi hanya ditentukan oleh kalor pereaksi dan kalor hasil reaksi. Tinjau reaksi pembentukan CO2 (perhatikanGambar 3.7).

Gambar 3.7 Bagan tahapan reaksi pembakaran karbon.

Gambar 3.7 Bagan tahapan reaksi pembakaran karbon.

ΔH1 = ΔH2+ΔH3

Reaksi keseluruhan dapat ditulis dalam satu tahap reaksi dan perubahan entalpi pembentukan standarnya dinyatakan oleh Δ H°1. Persamaan termokimianya:

C(s) + O2(g) → CO2(g) Δ H°1= –394 kJ

Reaksi ini dapat dikembangkan menjadi 2 tahap reaksi dengan perubahan entalpi standar adalah Δ H°2 dan Δ H°3:

C(s) + ½ O2(g) → CO(g) Δ H°2 = –111 kJ

CO(g) + ½ O2(g) → CO2(g) Δ H°3 = –283 kJ

Reaksi total: C(g) + O2(g) → CO2(g) Δ H°2+ Δ H°3 = –394 kJ

Pembentukan asam sulfat dapat dilakukan melalui 4 tahap reaksi:

S(s) + O2(g) → SO2(g) Δ H°1= –296,8 kJ

SO2(g) + ½ O2(g) → SO3(g) Δ H°2= –395,7 kJ

H2(g) + ½ O2(g) → H2O( l) Δ H°3= –285,8 kJ

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4( l) Δ H°4= +164,3 kJ

S(s) + 2O2(g) + H2(g) → H2SO4( l) Δ H° = –814,0 kJ

Contoh Hukum Hess

Pembentukan gas NO2 dari unsur-unsurnya dapat dilakukan dalam satu tahap atau dua tahap reaksi. Jika diketahui:

½ N2(g) + ½ O2(g)→ NO(g) ΔH° = +90,4 kJ

NO(g) + ½ O2(g)→ NO2(g) ΔH° = +33,8 kJ

Berapakah ΔH°pembentukan gas NO2?

Jawab:

Reaksi pembentukan gas NO2 dari unsur-unsurnya:

½ N2(g) + O2(g) → NO2(g) ΔH° = ? kJ

Menurut hukum Hess, ΔH° hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi. Dengan demikian, ΔH° pembentukan gas NO2 dapat ditentukan dari dua tahap reaksi tesebut.

½ N2(g) + ½ O2(g) → NO(g) ΔH°1= +90,4 kJ

NO(g) + ½ O2(g) → NO2(g) ΔH°2= +33,8 kJ

½ N2(g) + O2(g) → NO2(g) ΔH°1 + ΔH°2 = +124,2 kJ

Hukum Hess dapat diterapkan untuk menentukan perubahan entalpi reaksi zat-zat kimia, dengan catatan bahwa setiap tahap reaksi diketahui perubahan entalpinya.

Contoh Aplikasi Hukum Hess

Asetilen (C2H2) tidak dapat diproduksi langsung dari unsur-unsurnya:

2C(s) + H2(g) → C2H2(g)

Hitung ΔH° untuk reaksi tersebut berdasarkan persamaan termokimia berikut.

(a) C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH°1= –393,5 kJ mol–1

(b) H2(g) + ½ O2(g) → H2O( l) ΔH°2= –285,8 kJ mol–1

(c) C2H2(g) + 5/2 O2(g) → 2CO2(g) + H2O( l) ΔH°3= –1.299,8 kJ mol–1

Jawab:

Aturan yang harus diperhatikan adalah

1. Posisi pereaksi dan hasil reaksi yang diketahui harus sama dengan posisi yang ditanyakan. Jika tidak sama maka posisi yang diketahui harus diubah.

2. Koefisien reaksi (mol zat) yang diketahui harus sama dengan yang ditanyakan. Jika tidak sama maka harus disamakan terlebih dahulu dengan cara dibagi atau dikalikan, demikian juga dengan nilai entalpinya.

a. Persamaan (a) harus dikalikan 2 sebab reaksi pembentukan asetilen memerlukan 2 mol C.

b. Persamaan (b) tidak perlu diubah sebab sudah sesuai dengan persamaan reaksi pembentukan asetilen ( 1 mol H2)

c. Persamaan (c) perlu dibalikkan arahnya, sebab C2H2 berada sebagai pereaksi.

Persamaan termokimianya menjadi:

2C(s) + 2O2(g) → 2CO2(g) ΔH°1= 2(–393,5) kJ mol–1

H2(s) + ½ O2(g) → H2O( l) ΔH°2= –285,8 kJ mol–1

2CO2(g) + H2O( l) → 2C2H2(g) + 5/2 O(g) ΔH°3= +1.299,8 kJ mol–1

2C(s) + H2(g) → C2H2(g) ΔH°1+ ΔH°2+ ΔH°3= + 227,0 kJ mol–1

Jadi, perubahan entalpi pembentukan standar asetilen dari unsur-unsurnya adalah 227 kJ mol–1. Persamaan termokimianya:

2C(s) + H2(g) → C2H2(g) ΔH°f = 227,0 kJ mol–1.

Menghitung Kalor Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi – Anda pasti pernah memasak air, bagaimana menentukan kalor yang diperlukan untuk mendidihkan air sebanyak 2 liter? Untuk mengetahui ini, Anda perlu mengukur suhu air sebelum dan sesudah pemanasan. Dari selisih suhu, Anda dapat menghitung kalor yang diserap oleh air, berdasarkan persamaan:

Q = m c ΔT

Keterangan:

m = massa air (dalam gram)

c = kalor jenis zat, yaitu jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram zat sebesar 1°C

ΔT = perubahan suhu

Metode lain menentukan kalor adalah didasarkan pada hukum kekekalan energi yang menyatakan bahwa energi semesta tetap. Artinya, kalor yang dilepaskan oleh zat X sama dengan kalor yang diterima oleh zat Y. Anda sering mencampurkan air panas dan air dingin, bagaimana suhu air setelah dicampurkan? Pada proses pencampuran, kalor yang dilepaskan oleh air panas diserap oleh air dingin hingga suhu campuran menjadi sama. Secara matematika dirumuskan sebagai berikut.

QAir panas = QAir dingin

Jadi, pertukaran kalor di antara zat-zat yang berantaraksi, energi totalnya sama dengan nol.

QAir panas + QAir dingin = 0

Contoh soal Menghitung Kalor Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi

Sebanyak 75 mL air dipanaskan dengan LPG. Jika tidak ada kalor yang terbuang, berapa kalor yang dilepaskan oleh LPG jika suhu air naik dari 25°C menjadi 90°C?

Kalor jenis air, c = 4,18 J g –1°C–1, massa jenis air 1 g mL–1

Jawab:

• Ubah satuan volume air (mL) ke dalam berat (g) menggunakan massa jenis air.

• Hitung kalor yang diserap oleh air

• Hitung kalor yang dilepaskan dari hasil pembakaran gas LPG

ρ air = 1g mL–1 atau mair = ρ air × volume air

mair = 1 g mL–1 × 75 mL= 75 g

Kalor yang diserap air:

Qair = 75 g × 4,18 J g –1°C–1 × (90–25)°C

= 20,377 kJ

Kalor yang diserap air sama dengan kalor yang dilepaskan oleh pembakaran gas LPG.

Qair = QLPG atau QLPG = 20,377 kJ

Jadi, kalor yang dilepaskan oleh hasil pembakaran gas LPG sebesar 20,377 kJ.

BERBAGAI PERISTIWA TERMOKIMIA

Misalkan kita akan melakukan reaksi kimia dalam suatu tempat tertutup sehingga tak ada panas yang dapat keluar atau masuk kedalam campuran reaksi tersebut. Atau reaksi dilakukan sedemikian rupa sehingga energi total tetap sama. Juga misalkan energi potensial dari hasil reaksi lebih rendah dari energi potensial pereaksi sehingga waktu reaksi terjadi ada penurunan energi potensial. Tetapi energi ini tak dapat hilang begitu saja karena energi total (kinetik dan potensial) harus tetap konstan. Sebab itu, bila energi potensialnya turun, maka energi kinetiknya harus naik berarti energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Penambahan jumlah energi kinetik akan menyebabkan harga rata-rata energi kinetik dari molekulmolekul naik, yang kita lihat sebagai kenaikan temperatur dari campuran reaksi. Campuran reaksi menjadi panas.

Kebanyakan reaksi kimia tidaklah tertutup dari dunia luar. Bila campuran reaksi menjadi panas seperti digambarkan dibawah, panas dapat mengalir ke sekelilingnya. Setiap perubahan yang dapat melepaskan energi ke sekelilingnya seperti ini disebut perubahan eksoterm. Perhatikan bahwa bila terjadi reaksi eksoterm, temperatur dari campuran reaksi akan naik dan energi potensial dari zat-zat kimia yang bersangkutan akan turun.

Kadang-kadang perubahan kimia terjadi dimana ada kenaikan energi potensial dari zat-zat bersangkutan. Bila hal ini terjadi, maka energi kinetiknya akan turun sehingga temperaturnya juga turun. Bila sistem tidak tertutup di sekelilingnya, panas dapat mengalir ke campuran reaksi dan perubahannya disebut perubahan endoterm. Perhatikan bahwa bila terjadi suatu reaksi endoterm, temperatur dari campuran reaksi akan turun dan energi potensial dari zat-zat yang ikut dalam reaksi akan naik.

APLIKASI TERMOKIMIA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Penggunaan elpiji pada kompor gas. Utamanya adalah butana bereaksi dengan udara.

C4H10 + Udara –> CO2 + H20 + N2
Untuk mempermudah udara sepenuhnya bergantung dari oksigen.
C4H10 + (13/2)O2 –> 4CO2 + 5H2O

Untuk reaksi sempurna dengan udara,
C4H10 + (O2 + 3,76 N2) –> CO2 + H20 + 3,76N2
Penyetaraan,
C4H10 + 13/2(O2 + 3,76 N2) –> 4CO2 + 5H2O + (13/2)*3,76N2

Reaksi juga bisa melibatkan bentuk tidak sempurna, misal memerlukan 200% udara.
C4H10 + 13(O2 + 3,76 N2) –> 4CO2 + 5H2O + (13/2)O2 + (13/2)*3,76N2

Pembakaran ini pun bisa melibatkan beberapa fraksi, karena elpiji biasanya tidak murni hanya bahan bakar butana.

Contoh lain semisal perkaratan baja karbon, penggunaan/pembakaran bensin, pendidihan air, dsb

Cara Kerja Termokimia didalam Buli-buli

            Prinsip kerja pada buli-buli (kantong air) ini sama halnya seperti prinsip kerja termokimia pada termos tempat penyimpanan air panas. Buli-buli biasanya digunakan untuk mengompres. Cairan yang dimasukan kedalam buli-buli ini biasanya HO bersuhu tinggi (panas) atau H2O bersuhu rendah (dingin).
            Air yang dimasukan kedalam buli-buli biasanya bersuhu 36̊ C sampai 38̊ C jika panas. Buli-buli ini biasanya dipergunakan untuk meredakan sakit kepala, sakit perut, gigi, keram dan pegal dibagian otot kaki.
            Secara konduksi dimana terjadi pemindahan panas dari buli-buli kedalam tubuh sehingga akan menyebabkan pelebaran pembuluh darah, sehingga akan terjadi penurunan ketegangan otot. Kompres ini dilakukan dengan menggunakan buli-buli panas yang dibungkus dengan kain, dengan suhu berkisar antara 36̊ C sampai 38̊ C yang ditempelkan pada sisi kanan atau sisi kiri pada bagian tubuh yang dirasa sakit atau pegal akibat ketegangan otot.
            Air panas yang ada didalam buli-buli ini harus diganti secara berkala sekitar tiap 5 menit sekali. Supaya suhu buli-buli dapat bertahan (tetap). Hal seperti ini dapat kita sebut dengan reaksi eksoterm, karena suhu di luar buli-buli serta merta mempengaruhi keadaan suhu didalam buli-buli. Yang pada akhirnya mengakibatkan suhu buli-buli menurun, karena suhu diluar buli-buli lebih rendah daripada suhu yang ada didalam buli-buli.
            Jika anda seorang yang mengendarai mobil silakan buka jendela setelah anda masuk mobil dan jangan terburu-buru menyalakan AC. Hal ini dilakukan agar udara yang ada di dalam mobil bisa segera keluar dan tergantikan dengan udara yang lebih segar. Ternyata udara yang ada di dalam mobil (saat diparkir) mengandung Benzene/Bensol. Dari manakah Benzene ini berasal?
Menurut penelitian yang dilakukan oleh UC; dashboard mobil, sofa, air
freshener akan memancarkan Benzene, hal ini bisa disebabkan oleh suhu
ruangan yang meninggi.
a) Penerapan termokimia dalam kabin
Tingkat Benzene yang dapat diterima dalam ruangan adalah 50mg per sqft. Sebuah mobil yg parkir di ruangan dengan jendela tertutup akan berisi 400-800mg dari Benzene. Jika parkir di luar rumah di bawah sinar matahari pada suhu di atas 60̊ F, tingkat Benzene berjalan sampai 2000-4000mg, 40kali dengan tingkat yang dapat diterima. Orang-orang di dalam mobil pasti akan menyedot kelebihan jumlah toksin (racun).
b)  Bahaya Benzene
Jika korban menghirup toksin ini pada high level benzene dapat mengakibatkan kematian, sedangkan menghirup low level benzene dapat menyebabkan kantuk, pusing, mempercepat denyut jantung, sakit kepala, tremors, kebingungan, dan ketidaksadaran.
Long term efeknya bisa menyebabkan kerusakan pada sumsum tulang dan dapat menyebabkan penurunan sel darah merah, yang mengarah ke anemia. Hal ini juga dapat menyebabkan perdarahan yang berlebihan dan menurunkan sistem kekebalan, meningkatkan kesempatan infeksi, menyebabkan leukemia dan lainnya yang terkait dengan kanker darah dan pra-kanker dari darah.
Benzene adalah toksin yang menyerang hati, ginjal, paru-paru, jantung dan otak dan dapat menyebabkan kerusakan kromosonal. Saat ini sedang diadakan penelitian tentang pengaruh benzene terhadap tingkat kesuburan pria dan wanita.
Benzene adalah racun yang berbahaya karena tubuh kita kesulitan untuk
mengeluarkan jenis racun ini. Karena itu sangat disarankan agar anda membuka jendela dan pintu untuk memberikan waktu pada udara yang ada di dalam agar keluar sebelum Anda masuk.
Kelemahannya yaitu jika seseorang semakin mempelajari energi ini dalam skala yang lebih besar dan mendalam maka orang tersebut ditakutkan dapat menjadi ancaman sebagai sumber kehancuran dunia. Karena ilmu tentang termokimia ini bila kita kaji lebih dalam lagi, kita akan menemukan hal-hal yang dapat merubah dunia ini ke dalam kehancuran.
Contohnya mempelajari energi nuklir.

TIPS BELAJAR TERMOKIMIA

Apakah kamu mengalami kesulitan dalam belajar bab Termokimia?

Kalau jawaban kamu “Ya” maka saya rasa kamu wajib untuk membaca kelanjutan artikel ini.

Gimana dengan kamu yang sudah lancer mengerjakan soal-soal Termokimia?

Saya rasa teruskan saja membaca artikel ini, barangkali saja bisa menambah referensi kamu, tul kan he he he hehe.

Menurut pengalaman saya ada 4 macam rumus utama yang bisa digunakan untuk menyelesaikan soal-soal termokimia, yaitu:

1. Rumus Kalorimeter

Q = m. c.∆T = C. .∆T

Rumus ini sering dipakai apabila kita ingin mencari energi panas yang dihasilkan dari pencampuran dua buah larutan atau untuk mencari energi panas yang terlibat dalam reaksi yang dilakukan dengan menggunakan calorimeter. Contoh soal seperti ini misalnya larutan NaOH dicampur dengan larutan H2SO4 dan kemudian kita disuruh mencari panas netralisasi, atau suatu zat dibakar dalam calorimeter kemudian panas yang dihasilkan ditransfer dalam air didalam calorimeter dan kita disuruh mencari panas pembakaran zat tersebut.

Oh ya jika diketahui kalor jenis ( c ) zat maka gunakan rumus Q=mc? T tapi kalau yang diketahui kapasitas panasnya ( C ) maka gunakan rumus Q=C? T

2. Rumus Entalpi Pembentukan

∆H = ∆H produk – ∆H reaktan

Rumus ini dipakai apabila dalam soal kita disuruh mencari entalpi suatu reaksi dan yang diketahui adalah data-data entalpi pembentukan dari masing-masing spesies dalam reaksi. Contoh tipe soal dengan penyelesaian rumus ini adalah sebagai berikut:

“Hitung entalpi reaksi A + B -> C + D jika diketahui entalpi pembentukan A =….KJ/mol, B= …KJ/mol, C = …KJ/mol dan D=…KJ/mol”

3. Rumus Energi Ikatan

∆H = ∆H pemutusan – ∆H pembentukan

Rumus ini dipakai untuk menyelesaikan soal-soal yang diketahui data energi pemutusan ikatan / data pembentukan ikatan. Contoh dari soal ini adalah sebagai berikut:

“Hitung reaksi CH4 + O2 -> CO2 + H2O jika diketahui data energi ikatan C-H = …KJ, O=O=…KJ, H-O=…KJ dan seterusnya.”

4. Rumus mencari entalpi reaksi dengan dasar hukum Hess

Soal-soal dengan penyelesaian seperti ini tandanya adalah terdapat data sejumlah reaksi dan akhirnya kita disuruh mencari entalpi reaksi tertentu. Cara nya adalah dengan mengatur kembali reaksi-reaksi yang ada sehingga jika reaksi-reaksi tersebut dijumlahkan amaka akan kita peroleh reaksi yang ditanyakan. Contoh soalnya adalah memiliki cirri-ciri sebagai berikut:

“ hitunglah entalpi reaksi A + E -> B + F jika diketahui;

A + D -> C + B   ∆H = …KJ/mol
B + D -> F          ∆H = …KJ/mol
E + F -> C + D    ∆H = …KJ/mol”

Nah yang perlu diingat disini adalah bahwa data entalpi yang ditulis di buku adalah dalam satuan KJ/mol, contohnya entalpi pembentukan CO2 adalah ∆H = -394 KJ/mol, ini berarti pembentukan 1 mol CO2 akan membebaskan energi sebanyak 394 KJ. Jika di dalam soal yang ditanyakan misalnya 0,5 mol, 2 mol, atau 3 mol maka tentunya kamu harus mengkonversi terlebih dahulu besar entalpi ini.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: