Termokimia

          A. Sistem dan Lingkungan

Sistem merupakan reaksi atau tempat yang dijadikan pusat perhatian. Lingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem. Misal dalam segelas air, yang dinamakan sistem adalah air yang berada di dalam gelas tersebut. Sementara itu, gelas dan udara di sekitarnya merupakan lingkungan. Berdasarkan transformasi materi dan energi, sisem dibagi menjadi tiga sebagai berikut.

1.       Sistem terbuka, yaitu sistem yang di dalamnya dapat terjadi pertukaran materi dan energi keluar dan masuk. Misal percobaan reaksi antara Zn dengan larutan HCl dalam wadah terbuka. Gas H₂ yang dihasilkan akan dapat berpindah ke lingkungan udara dengan sangat mudah.

2.       Sistem tertutup, yaitu, sistem yang didalamnya hanya dapat terjadi ppertukaran energi atau materi satu arah. Misal air panas yang terdapat dalam gelas tertutup. Dalam sistem tersebut, hanya energi panas dari dalam gelas yang bergerak ke lingkungan, seperti gelas.

3.       Sistem terisolasi, yaitu sistem yang di dalamnya tidak terjadi pertukaran materi dan energi sama sekali. Misal air dalam termos.

B.      Reaksi Eksoterm dan Endoterm

        Energi panas mengalami perpindahan melalui dua cara sebagai berikut.

1.    Reaksi Eksoterm

        Reaksi eksoterm terjadi ketika kalor berpindah dari sistem ke lingkungan. Reaksi eksoterm menghasilkan energi (melepas kalor), sehingga ∆H bertanda negatif (∆H<0).

2.    Reaksi Endoterm

        Reaksi endoterm terjadi ketika kalor berpindah dari lingkungan ke sistem. Reaksi endoterm memerlukan energi (menyerap kalor), sehingga ∆H bertanda positif (∆H>0).

B.    Perubahan Entalpi

        Entalpi (H) adalah energi yang terkandung di dalam suatu zat. Reaksi kimia selalu disertai perubahan entalpi (∆H).

Catatan penting mengenai ∆H sebagai berikut.

1.    Pada reaksi kimia yang dilengkapi harga ∆H, koefisien reaksi selalu menyatakan jumlah mol.

2.    Harga ∆H tergantung pada jumlah zat.

3.    Jika reaksi dibalik, maka tanda ∆H juga harus dibalik.

4.    Jika reaksi dikali x, maka harga ∆H juga harus dikali x.

5.    Harga ∆H tidak bergantung pada jumlah tahap reaksi.

6.    ∆H selalu dipengaruhi oleh suhu dan tekanan.

7.    Semakin tinggi suhu maka semakin besar perubahan entalpinya.

Perubahan entalpi standar (∆H^o) adalah perubahan entalpi yang diukur pada suhu 25 ^oC dan tekanan 1 atm. Berdasarkan jenis reaksinya, perubahan entalpi dibagi menjadi beberapa macam sebagai berikut.

1.    Perubahan entalpi pembentukan standar (∆H^o_f) adalah perubahan entalpi yang diperlukan atau dilepaskan pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya pada suhu dan keadaan standar.

2.    Perubahan entalpi penguraian standar (∆H^o_d) adalah perubahan entalpi yang diperlukan atau dilepaskan pada penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya pada keadaan standar.

3.    Perubahan entalpi pembakaran standar (∆H^o_c) adalah perubahan entalpi yang diperlukan dan dilepaskan pada pembakaran sempurna 1 mol zat dengan gas O₂ pada keadaan standar.

4.    Perubahan entalpi netralisasi standar (∆H^o_n) adalah perubahan entalpi yang diperlukan atau dilepaskan untuk menetralkan 1 mol asam oleh basa atau 1 mol basa oleh asam yang diukur pada keadaan standar.

5.    Perubahan entalpi penguapan standar (∆H^o_vap) adalah perubahan entalpi yang diperlukan atau dilepaskan pada penguapan 1 mol zat dalam fase cair menjadi fase gas pada keadaan standar.

6.    Perubahan entalpi peleburan standar (∆H^o_fus) adalah perubahan entalpi yang diperlukan atau dilepaskan pada pencairan 1 mol zat fase padat menjadi fase cair pada keadaan standar.

7.    Perubahan entalpi sublimasi standar (∆H^o_sub) adalah perubahan entalpi yang diperlukan atau dilepaskan pada sublimasi 1 mol zat fase padat menjadi fase gas pada keadaan standar.

8.    Perubahan entalpi pelarutan standar (∆H^o_sol) adalah perubahan entalpi yang diperlukan atau dilepaskan ketika 1 mol zat melarut dalam suatu pelarut pada keadaan standar.

C.    Penentuan Harga ∆H

        Penentuan harga ∆H dapat dilakukan dengan berbagai cara berikut.

1.    Kalorimeter

        Kalorimeter adalah alat untuk mengukur jumlah kalor reaksi yang diserap ataupun dilepaskan pada suatu reaksi kimia.

q = m . c . ∆T

q = C . ∆T

∆H = q

Keterangan:

q = jumlah kalor (Joule)

m = massa zat (g)

c = kalor jenis (J g^{-1 o}C^-1)

∆T = perubahan suhu (T_akhir – T_awal) (^oC)

C = kapasitas kalor (J ^oC^-1)

∆H = perubahan entalpi

2.    Data Entalpi Pembentukan Standar (∆H^o_f)

        Unsur-unsur mempunyai (∆H^o_f) = nol. Harga ∆H suatu reaksi dapat ditentukan apabila ∆H^o_f semua zat yang terlibat dalam reaksi diketahui. Rumusnya sebagai berikut.

∆H = ∑∆H^o_{f produk} - ∑∆H^o_{f reaktan}

Atau

∆H = ∑∆H^o_{f kanan} - ∑∆H^o_{f kiri}

3.    Diagram Tingkat Energi (Hukum Hess)

        Hukum Hess digunakan untuk menghitung ∆H suatu reaksi berdasarkan beberapa ∆H dari reaksi-reaksi lain yang sudah diketahui.

∆H = ∆H₁ + ∆H₂ + ∆H₃

4.    Energi Ikatan

        Energi ikatan adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan kimia dalam 1 mol suatu senyawa berwujud gas pada keadaan standar menjadi atom-atom penyusunnya. Atom-atom yang terlibat dalam penentuan ∆H melalui energi ikatan ini harus berwujud gas. Energi ikatan dibagi menjadi tiga sebagai berikut.

a)      Energi atomisasi

Energi atomisasi adalah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan semua ikatan dalam 1 mol molekul menjadi atom-atom bebas dalam keadaan gas.

b)      Energi disosiasi ikatan

Energi disosiasi ikatan adalah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan salah satu ikatan yang terdapat pada suatu molekul atau senyawa dalam keadaan gas.

c)       Energi ikatan rata-rata (D)

Energi ikatan rata-rata (D) adalah energi rata-rata yang dibutuhkan untuk memutuskan 1 mol ikatan suatu senyawa menjadi atom-atomnya dalam keadaan gas. Perumusannya sebagai berikut.

∆H = ∑E_{pemutusan reaktan} - ∑E_{penggabungan produk}

Atau

∆H = ∑D_kiri - ∑D_kanan