TERMOKIMIA

Termokimia meruapakan cabang ilmu kimia yang mempelajari perubahan energi (kalor atau panas) pada suatu reaksi kimia. Jadi, pada peristiwa di atas, panas dan dinginnya suatu benda dapat dirasakan tangan karena adanya proses perpindahan energi.



Energi dan Entalpi

1. Hukum Kekalan Energi

Energi dalam alam semesta tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Hal ini sesuai Hukum Kekalan Energi yang menyatakan bahwa energi adalah tetap. Karena tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, maka energi hanya akan berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Menurut ilmu fisika, energi total merupakan jumlah total energi potensial dan energi kinetik. Bagaimanakah kekalan energi ditinjau ilmu kimia?



Hampir semua reaksi kimia selalu ada energi yang diserap dan dilepaskan. Dalam reaksi kimia tersebut tidak ada energi yang hilang karena energinya hanya berubah bentuk saja. Perubahan bentuk energi ini dapat berupa panas (kalor) yang diserap dan dilepaskan oleh sistem dalam reaksi kimianya.





2. Sisetem dan Lingkungan

Jika reaksi kimia berlangsung maka akan ada dua kemungkinan, yaitu reaksi kimia itu memerlukan panas atau melepaskan panas. Untuk lebih memahami mengenai penyerapan atau pelepasan panas dari suatu reaksi kimia, lebih dulu kita pelajari tentang sistem dan lingkungan.



Sistem merupakan sebagian dari alam semesta yang sedang dipelajari atau menjadi pusat perhatian langsung dalam suatu percobaan tertentu, sedangkan yang di luar sistem adalah lingkungan. Jadi, lingkungan merupakan bagian sisa dari alam semesta yang dapat bertukar energi dengan sistem selama proses diamati ini berlangsung. Sistem dan lingkungan saling berinteraksi membentuk semesta termodinamika sehingga dapat terjadi proses pertukaran energi antara keduanya. Energi ini dapat berpindah dari sistem ke lingkungan ataupun sebaiknya, dari lingkungan ke sistem.



Interaksi antara sistem dan lingkungan dapat berupa pertukaran materi dan atau pertukaran energi. Berkaitan dengan hal tersebut, sistem dibedakan menjadi tiga, yaitu sistem terbuka, sistem tertutup, dan sistem terisolasi. Sistem dikatakan terbuka jika antara sistem dan lingkungan dapat mengalami pertukaran materi dan energi. Misalnya, gelas terbuka yang berisi air panas. Pada sistem tersebut, sebagian materi air ada yang menguap ke udara. Demikian pula energi panas air juga akan berkurang. Selanjutnya, sistem dikatakan tertutup jika antara sistem dan lingkungan tidak dapat terjadi pertukaran materi, tetapi dapat terjadi pertukaran energi. Contohnya, gelas tertutup yang berisi air panas. Meskipun materi air tidak bisa ke luar gelas, tetapi energi panas air masih dapat ke luar. Oleh karena itu, setelah beberapa waktu suhu air dalam gelas akan sama dengan suhu ruang. Pada sistem terisolasi, tidak terjadi pertukaran baik materi maupun energi dengan lingkungannya. Contoh sistem terisolasi adalah termos air panas. Dinding bagian dalam dari termos air panas biasanya terbuat dari bahan isolator. Dalam termos air panas, uap air tidak dapat keluar dan air akan tetap panas.





3. Entalpi dan Perubahan Entalpi

Pada keadaan tekanan tetap, sistem memiliki energi dalam bentuk panas yang di sebut entalpi. Entalpi dinyatakan dengan lambang H.



Harga entalpi suatu sistem tidak dapat ditentukan, yang dapat ditentukan adalah perubahan entalpi (∆H) yang menyertai suatu proses, baik fisika maupun kimia. Perubahan entalpi merupakan selisih antara entalpi akhir dan entalpi awal. Perhatikan contoh berikut:



Reaktan (R) → produk (P)

(entalpi awal) (entalpi akhir)



Jika sistem yang dipelajari berupa reaksi kimia, maka perubahan entalpi untuk suatu reaksi kimia sama dengan selisih dari entalpi produk dengan entalpi reaktan dan dirumuskan sebagai berikut.

∆H reaksi = H produk – H reaktan

∆H r = HP - HR

4. Jenis-jenis Reaksi dan Termokimia

Saat terjadi reaksi kimia, antara sistem dan lingkungan saling berinteraksi sehingga dapat terjadi pertukaran energi (kalor atau panas). Berdasarkan pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan, reaksi kimia dapat dibedakan menjadi 2, yaitu reaksi eksoterm dan endoterm.





a. Reaksi Eksoterm



Jika reaksi kimia terjadi, sistem dapat melepaskan atau menerima kalor. Reaksi kimia dengan sistem melepaskan energi (kalor) disebut reaksi eksoterm. Pada reaksi eksoterm terjadi perpindahan panas dari sistem ke lingkungan atau pada reaksi tersebut melepaskan panas. Contoh reaksi eksoterm adalah reaksi antara kapur tohor dengan air. Pada reaksi ini akan dihasilkan larutan yang panas. Hal ini dapat diketahui dengan kita menyentuh wadah reaksinya yang terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa pada reaksi tersebut telah terjadi kenaikan suhu sistem. Untuk menyeimbangkan suhu sistem dengan lingkungan, sistem harus melepaskan panas ke lingkungan sehingga entalpi sistem akan berkurang. Pada reaksi eksoterm ini, entalpi produk lebih kecil daripada entalpi reaktan.



Berikut ini contoh reaksi eksoterm.

1) C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆H = -393,5 kJ

2) 2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2 (g) + 2H20(g) ∆H = -1.300 kJ

b. Reaksi Endoterm

Kebalikan dari reaksi eksoterm adalah reaksi endoterm. Pada reaksi endoterm terjadi proses penyerapan panas ke dalam sistem perpindahan panas dari lingkungan ke sistem. Contoh reaksi endoterm adalah reaksi antara amonium klorida (NH4Cl) dengan air. Wadah untuk tempat reaksi ini akan terasa dingin, yang menandakan bahwa pada reaksi ini telah terjadi penurunan suhu sistem. Agar suhu sistem bisa sama dengan lingkungan maka sistem harus menyerap panas dari lingkungan sehinga entalpi sistem bertambah. Dengan ini, entalpi produk menjadi lebih besar daripada reaktan sehingga reaksi endoterm memiliki harga perubahan entalpi positif (∆H = +).



Berikut ini beberapa contoh reaksi endoterm.

1) CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) ∆H = +178,5 kJ

2) 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) ∆H = +68,3 kkal