Bentuk Energi dan Bahasa Termodinamika

Paradigma utama termodinamika adalah kesemestaan hukum-hukumnya sehingga banyak kesimpulan fisik dapat dideduksi dari beberapa hukum termodinamika.

1.     Sistem dan Fungsi Keadaan

Sistem adalah bagian dari semesta,baik nyata ataupun konseptual yang dibatasi oleh batas-batas fisik tertentu atau oleh konsepsi matematis dan merupakan fokus yang dipelajari dari suatu objek. Sistem yang dibatasi secara fisik, misalnya larutan CuSO₄ yang mengisi seluruh volume labu takar.

                                                                                 

Berdasarkan fleksibilitas batas antara sistem dan lingkungan, terdapat tiga jenis sistem yaitu sistem tersekat, sistem tertutup, dan sistem terbuka. Sistem tersekat atau disebut dengan sistem terisolasi adalah suatu sistem yang tidak mengalami pertukaran baik materi maupun kalor dengan lingkungan sekitarnya. Apabila hanya kalor yang dapat menembus batas-batas sistem maka sistem semacam ini dinamakan sistem tertutup, akibatnya kerja dapat dilakukan pada sistem atau oleh sistem. Sistem terbuka adalah sistem yang mengalami pertukaran baik materi maupun kalor dengan lingkungannya.

Termodinamika berhubungan dengan sifat-sifat makroskopis sistem dan cara sifat-sifat sistem itu berubah. Sifat sistem seperti itu ada dua jenis, yakni sifat intensif dan sifat ekstensif .

Ø  Sifat intensif adalah sifat yang tidak bergantung pada kuantitas sitem,contohnya suhu, massa jenis, dan kapasitas kalor.

Ø  Sifat ekstensif adalah sifat-sifat sistem yang bergantung pada kuantitas sistem, contohnya volume, tekanan, energi, dan sejenisnya.

Keadaan sistem adalah keadaan makroskopis, dimana sifat-sifatnya dapat ditentukan secara khas dan bebas waktu. Contoh keadaan sistem misalnya suhu (T), tekanan (P), volume (V), dan energi (E).

Suatu proses termodinamik dapat menghasilkan perubahan terhadap keadaan termodinamik sistem.

Proses termodinamika adalah proses reversible  yaitu proses yang berlangsung melalui sederetan keadaan termodinamik yang kontinu. Proses reversible merupakan proses ideal, sebab keadaan kesetimbangan yang sebenernya hanya dapat dicapai dalam kurun waktu sangat lama yang tidak terukur, sehingga proses tidak pernah terjadi dalam waktu terhingga.

2.     Bentuk-bentuk Energi

Kalor dan kerja merupakan dua besaran yang berdimensi sama tetapi sifat berbeda. Kerja adalah usaha dari suatu gaya eksternal untuk mengubah keadaan sistem sedangkan kalor adalah suatu metode peralihan energi secara rambatan atau aliran energi. Kedua besaran tersebut memiliki dimensi sama yaitu energi.

a.      Kerja (w)

Menurut konsep mekanika, kerja adalah hasil perkalian antara gaya luar yang bekerja pada benda dengan jarak yang ditempuh oleh benda ketika gaya itu diterapkan. Jika benda bergerak lurus dari titik s₁ ke titik s₂ dengan gaya F yang diterapkan konstan sepanjang jalan itu, maka kerja yang dilakukan pada benda adalah:

w = F∆s

Pada persamaan diatas, kerja mengandung makna bahwa energi sistem mekanik diubah dari satu keadaan ke keadaan lain.

Untuk membuktikan bahwa kerja merupakan suatu usaha untuk mengubah keadaan energi  sistem dapat dikaji dengan cara berikut.

Tinjau suatu partikel yang massanya m bergerak dengan percepatan a sejauh (s₂ - s₁), kerja yang dilakukan partikel adalah

w = ma (s_2-s₁).

b.     Kalor dan Energi Internal

Kalor adalah cara perpindahan energi  panas dari satu sistem ke sistem lain atau ke lingkungan. Jika tidak ada aliran panas, tidak dapat dikatakan adanya kalor. Oleh karena itu sistem tidak dapat dikatakan memiliki kalor jika tidak terjadi perubahan energi panas yang dikandungnya. Pengukuran kalor pertama kali dilakukan oleh Joule. Dalam percobaannya, Joule menunjukkan bahwa pada keadaan adiabat, sejumlah tertentu kerja dapat memanaskan air dalam kalorimeter bberapa derajat.

Perubahan energi dalam air ddinamakan perubahan energi internal, dilambambangkan ΔU. Perubahan energi internal tergolong  fungsi keadaan, sebab perubahaannya tidak bergantung pada jalannya roses, melainkan hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir.

Hubungan antara kerja dan perubahaan energi internal sistem dalam proses diabat diungkapkandengan persamaan :

 ΔU=w

Berdasarkan perjanjian, nilai kalor (dilambangkan dengan q) bertanda positif jika kalor diserap oleh sistem dari lingkungan. Sebaliknya, nilai q berharga negatif jika sistem melepaskan sejumlah kalor ke lingkungan. Perubahan energi interbal sistem dengan cara mengalirkan panas ke dalam sistem tanpa ada perlakuan kerja dinyatakan dengan persamaan:

ΔU=q

3. Hukum Pertama Termodinamika

            Kalor dan kerja adalah bentuk energi yang dipertukarkan di anatar sistem dan lingkungan. Apabila perubahan energi internal disebablan oleh kontak termal berarti kalor ditransfer, tetapi jika perubahan energi disebkan oleh mekanik berarti kerja dilakukan. Untuk banyak proses, baik kalor maupun kerja keduanya dapat menembus batas-batas sistem. Perubahan energi yang terjadi merupakan jumlah dari dua kontribusi ini. Secara umum, energi yang ditransfer dari sistem ke lingkungan atau sebaliknyaakan berunah menjadi bentuk lain. Dengan kata lain, energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan tetapi berubah bentuk. Pernyataan ini dikenal dngan Hukum Pertama Termodinamika (HPT). Persamaannya:

            ΔU= q+w

a.       Perubahan Energi Internal Sistem, ΔU

Dari sudut pandang termodinamika dapat diartikan bahwa terjadi perubahaan keadaan energi internal sistem kimia dari kadaan awal (pereaksi)ke keadaan akhir (hasil reaksi).

b.     Perubahan Entalpi, ΔH

Pada volume tetap, besarnya kalor yang menyertai reaksi kimia sama dngan perubahan energi internal sistem (ΔU=qˬ). Namun demikian jika reaksi kimia dilakukan pada tekanan tetap maka enrgi internalnya tidak sama dengan qˬ. Untuk mengetahui keterlibatan kalor dalam reaksi kimia yang dilakukan pada tekanan tetap, diperkenalkan fungsi keeadaan baru dinamakan entalpi, yaitu:

H=U+PV

H Dinamakan entalpi (berasal dari huruf awal kata Heat of Content). Entalpi merupakan fungsi keadaan yang harganya bergantung pada U, P, dan V. Sama halnya dengan energi internal, besarnya entalpi tidak dapat diukur, tetapi perubahannya yang dapat diukur. Perubahan entalpi sistem diungkapkan sebagai:

ΔH=ΔU+Δ(PV)

Jika persamaan diatas diterapkan ada tekanan tetap maka akan diperoleh persamaan:

ΔH = (q - PΔV) + PΔV

Daftar Pusaka :

Sunarya, Yayan. 2014. “Kimia Dasar 1”. Yrama Widya