Home / Kimia / termokimia

Termokimia

  • 10 min read

Penulis : Fathur Rachman FMIPA Kimia UI 2018

Pengertian Termokimia

Termokimia adalah bagian dari subjek yang lebih luas yang biasa kita sebut termodinamika, yaitu studi ilmiah tentang interkonversi panas dan jenis energi lainnya.

Hukum dari termodinamika memberikan pedoman yang berguna untuk memahami energetika dan arah proses. Pada bagian ini kita akan berkonsentrasi pada hukum pertama termodinamia, yang sangat relevan dengan studi termokimia.

Dalam termodinamika, kita akan mempelajari perubahan dalam keadaan sistem, yang didefinisikan oleh nilai-nilai semua sifat makroskopik yang relevan, misalnya komposisi, energi, suhu tekanan dan volume.

Energi, tekanan dan volume dan suhu diketahui sebagai fungsi keadaan sistem, dimana nilainya bergantung dan ditentukan oleh keadaan sistem. Terlepas dari bagaimana kondisi itu dicapai. Dengan kata lain, perubahaannya hanya dilihat berdasarkan keadaan awal dan akhir bukan dilihat bagimana perubahan tersebut dilakukan.

Baca juga tulisan lain dari bacaboy:

Sistem Pada Termokimia

Sistem terbuka

Contoh sistem terbuka mungkin dapat di ilutrasikan dengan sejulmah air yang berada pada wadah terbuka. Sistem ini juga dapat memungkinkan terjadinya transfer energi (panas) dan transfer massa.

sistem terbuka

Gambar ilustrasi sistem terbuka

Sistem tertutup

Agar tidak ada uap air yang dapat keluar maka wadah tersebut ditutup sehigga kini sistemnya menjadi sistem tertutup. Sistem ini memungkinkan terjadinya transfer energi (panas) namun tidak memungkinkan terjadinya transfer massa.

sistem tertutup

Gambar ilustrasi sistem tertutup

Sistem terisolasi

Dengan menempatkan air kedalam wadah yang benar-benar terisolasi artinya menutup semua kemungkinan interaksi dengan lingkungan luar. Maka transfer energi (panas) dan transfer massa tidak akan terjadi.

Sistem Terisolasi

Gambar Ilustrasi Sistem Terisolasi

Hukum I Termodinamika

Hukum I termodinamika didasarkan pada hukum kekekalan energi, yang menyatakan bahwa energi dapat di konversikan dari satu bentuk ke bentuk yang lain, namun energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan.

Hukum I termodinamika berbunyi “Jumlah kalor pada suatu sistem ialah sama dengan perubahan energi didalam sistem tersebut ditambah dengan usaha yang dilakukan sistem

Kita dapat menguji validitas hukum I termodinamika dengan hanya mengukur perubahan energi internal suatu sistem antara keadaan awal dan keadaan akhir suatu proses. Perubahan energi internal dapat dinyatakan sebagai beirkut :

Perubahan energi internal

Dimana,

Et = Energi akhir proses

Ei = Energi awal proses

Selain itu, yang kita dapatkan dari hukum 1 termodinamika ini adalah rumus berikut

rumus hukum 1 termodinamika

Dimana,

ΔE = Perubahan energi dalam

Q = Kalor yang diberikan

W = Kerja yang dilakukan

gambar termokimia 2 gambar termokimia 3

Perubahan Energi Dalam

Proses Endoterm

  • Jika panas diberikan kepada sistem (q>0) maka proses tersebut adalah Proses Endoterm
  • Jika panas dikeluarkan oleh sistem (q<0) maka proses tersebut adalah Proses Eksoterm

Proses Eksoterm

Jika terjadi perubahan volume mengartikan bahwa ada kerja yang dilakukan oleh sistem (w)

ada kerja yang dilakukan oleh sistem (w)

W = negatif jika

W = negatif

W = positif jika

W = positif

Kompresi terjadi pada fluida yang berwujud gas ketika tekanan dinaikan sehingga terjadi pemampatan dan mengakibatkan meningkatnya suhu.

Ekspansi terjadi ketika tekanan fluida berwujud gas diturunkan dan mengakibatkan turunnya suhu.

Tabel tanda ΔE, Q dan W

 

Tanda

Artinya

Tanda

Artinya

ΔE

+

Menerima energi total dari sistem

Melepas energi total dari sistem

Q

+

Sistem menerima panas

Sistem melepaskan panas

W

+

Sistem dilakukan kerja

Sistem melakukan kerja

Enthalpy (ΔH)

Enthalpy adalah energi dalam ditambah hasil kali dari tekanan dan volume, dengan rumus :

rumus Enthalpy

Karena kebanyakan perubahan kimia dan fisika berlangsung pada tekanan konstan (p konstan) maka perubahan enthaly (ΔH) adalah :

ΔH = Δ(E+PV)

Atau

ΔH = ΔE + PΔV

Karena beradasarkan Hk. I termodinamika kita dapat memperoleh persamaan :

ΔE = Q + W dan W = -PΔV

Dan bila kita substitusikan maka di dapatkan persamaan sebagai berikut :

ΔE = Q + -PΔV

ΔE + PΔV = Q

ΔH = Q

Sehingga dapat kita simpulkan bahwa pada tekanan konstan perubahan enthalpy adalah panas yang diterima atau dikeluarkan.

Endoterm & Eksoterm

Jika suatu proses reaksi kimia memiliki ΔH (positif)/ ΔH>0 artinya proses reaksi kimia tersebut bersifat endoterm.

endoterm

Jika suatu proses reaksi kimia memiliki ΔH (negatif)/ ΔH<0 artinya proses reaksi kimia tersebut bersifat eksoterm.

eksoterm

Enthalpy (ΔH) Reaksi

Karena kebayakan reaksi terjadi pada proses tekanan konsta, kita dapat menyamakan perubahan panas dalam kasus ini dengan perubahan enthalpi untuk reaksi jenis apapun.

Reaktan –> Produk

Kita dapat mendefinisikan perubahan enthalpy (ΔHr) sebagai selisih antara entalpi produk dan entalpi reaktan.

ΔHr = ΔH produk – ΔH reaktan

Panas Spesifik dan Kapasitas Panas

Panas spesifik (s) suatu zat dalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu satu gram zat dengan satu derajat celcius. Panas spesifik memiliki satuan (J/g °C)

Kapasitas panas (C) suatu zat adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu dari jumlah tertentu zat dengan satu derajat celcius. Kapasitas panas memiliki satuan J / °C

Panas spesifik merupakan properti intensif sedangkan kapasitas pana merupakan properti yang luas. Hubungan antara panas spesifik dan kapasitas panas dapat dinyatakan sebagai berikut :

Hubungan antara panas spesifik dan kapasitas panas

Jika kita mengetahui panas spesifi dan jumlah zat maka perubahan suhu sampel (ΔT) akan melengkapi persamaan agar kita dapat mengetahui jumlah panas (q) yang telah diserap atau dihasilkan.

Persaman untuk mengetahui perubahan panas (q) dapat diketahui sebagai berikut :

perubahan panas

perubahan panas 2

Diketahui bahwa :

q = perubahan panas

m = massa

C = Kapasitas panas

Hubungan Antara ΔH dan ΔE

Cara lain untuk menghitung perubahan energi internal dari suatu reaksi gas adalah dengan mengasumsikan perilaku gas ideal dan suhu konstan. Pada kasus ini dapat dinyatakan sebagai berikut.

ΔE = ΔH – Δ(PV)

= ΔH – Δ (nRT)

= ΔH – RTΔn

menghitung perubahan energi internal dari suatu reaksi gas

Penerapan Termokimia Di Dalam Kehidupan

a. Semua kendaraan yang kita gunakan seperti motor, mobil, kapal laut dan pesawat menggunakan prinsip kerja hukum II termodinamika dan siklus karnot.

Bunyi Hukum II Termodinamika : “kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas

Rumus efisiensi mesin carnot :

Rumus efisiensi mesin carnot

b. Termodinamika juga melibatkan studi tentang berbagai jenis pembangkit listrik seperti, pembangkit listrik termal, pembangkit listrik nuklir dan pembangkit listrik hydroelectric.dan pembangkit listrik tenaga uap.

Untuk mengahasilkan uap, maka haruslah ada proses pembakaran untuk memanaskan air. Disinilah termodinamika berperan. PLTU memiliki prinsip kerja dengan menggunakan siklus air-uap-air yang merupakan suatu sistem tertutup air dari kondensat atau air dari hasil proses pengondensasian di kondensor dan air make up water (air yang dimurnikan) dipompa oleh pump condensat ke pemanas tekanan rendah. Disini air dipanaskan kemudian dimasukkan oleh daerator untuk menghilangkan oksigen, kemudian air ini dipompa oleh boiler feed water pump masuk ke economizer.

c. Dapat dimanfaatkan untuk membuat sumber energi terbarukan, Menurut Departemen Energi AS, hanya 39.000 kilometer persegi (sekitar 0,4% dari massa daratan AS) AS atau kurang dari 17 dari area yang digunakan untuk menanam jagung) dapat menghasilkan cukup bahan bakar alga untuk menggantikan semua bahan bakar berbasis petrol yang digunakan di AS. Biaya bahan bakar alga menjadi lebih kompetitif.

Misalnya, Angakatan Udara AS memproduksi bahan bakar jet dari alga dengan biaya total di bawah $ 5 per galon. Proses yang digunakan untuk menghasilkan bahan bakar ganggang adalah sebagai berikut: menumbuhkan ganggang (yang menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi mereka dan CO2 sebagai bahan baku); panen ganggang; mengekstrak senyawa bahan bakar (atau senyawa prekursor); proses seperlunya (mis., lakukan reaksi transesterifikasi untuk membuat biodiesel), memurnikan, dan mendistribusikan

gambar termokimia 1

Contoh Soal Latihan

  1. Sebuah sampel air bermassa 466 gram dipanaskan dari 8,5° C hingga 74.60° C. Hitunglah jumlah panas yang diserap (dalam kilojoule) oleh air!
  2. Kerja yang dilakukan ketika gas dikompresi dalam silinder seperti gambar berikut adalah sebesar 462 J. Selama proses ini, terjadi perpidahan panas sebesar 128 J dari gas ke lingkungan. Hitunglah perubahan energi yang terjadi pada proses ini!

3. Hitung perubahan energi internal ketika 2 mol CO dikonversi menjadi 2 mol .CO menjadi 2 mol CO2 pada 1 atm dan 25 °C

2CO (g) + O2 (g) 2CO2(g) ΔH = -566 KJ/mol

Jawaban :

  1. Dik:

massa air = 466 gram

Δt = 74.6°C- 8.5° C = 66.1 °C

S H2O (lihat pada tabel) = 4.184 (J/g °C)

Dit: q?

gambar termokimia 5

= 466 gram x 4.184 (J/g °C) x 66.1 °C

= 129463 Joule

= 129.463 KJ

  1. Dik :

Kerja (W) = 462 Joule

Perpindahan panas (q) = -128 Joule (negatif karena dari gas ke lingkungan)

Dit : ΔE?

ΔE = q + w

= -128 Joule + 462 Joule

= 334 Joule

  1. Dik :

ΔH = -566 KJ/mol

Δn = 2 – 3 = -1

Δt = 25°C = 298

Dit :

ΔE = ΔH – RTΔn

= -566 KJ/mol – 8.314 J/Kmol . 298K. (-1)

= -563.5 KJ/mol

Pertanyaan umum

Apa yang dimaksud termokimia?

Termokimia adalah bagian dari subjek yang lebih luas yang biasa kita sebut termodinamika, yaitu studi ilmiah tentang interkonversi panas dan jenis energi lainnya.

Apa ciri-ciri proses suatu reaksi endoterm dan eksoterm?

Jika panas diberikan kepada sistem (q>0) maka proses tersebut adalah Proses Endoterm, Jika panas dikeluarkan oleh sistem (q<0) maka proses tersebut adalah Poses Eksoterm.

Apa yang dimaksud kapasitas panas?

Kapasitas panas (C) suatu zat adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu dari jumlah tertentu zat dengan satu derajat celcius. Kapasitas panas memiliki satuan J / °C.

Daftar Pustaka

  1. Chang, Raymond. 2010. Chemistry 10th Edition. Mc-GrawHill : New York.

Baca juga: