TERMODINAMIKA 1

Oleh : Ivan Bontor Banadotama(41618010047), M. Fadilah(41618010049), Aldian

Abstrak :

Termodinamika merupakan salah satu alat konseptual yang berguna dalam memahami sains. Paradigma utama termodinamika adalah kesemestaan hokum – hukumnya sehingga banyak kesimpulan fisik dapat diedukasi dari beberapa hukum termodinamika. Melalui hukum termodinamika dapat diketahui bahwa suatu proses kimia akan terjadi atau tidak mungkin terjadi pada kondisi tertentu, sehingga dapat menghemat banyak waktu dan biaya.

Kata Kunci : Termodinamika

Pengertian

1.      Termodinamika

Termodinamika berasal dari bahasa Yunani dimana Thermos yang artinya panas dan Dynamic yang artinya perubahan. Termodinamika adalah suatu ilmu yang menggambarkan usaha  untuk mengubah kalor (perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya. Termodinamika berhubungan erat dengan fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.

2.      Termokimia

Termokimia merupakan ilmu kimia yang mempelajari perubahan kalor atau panas suatu zat yang menyertai suatu reaksi atau proses kimia dan fisika.

Sistem – sistem termodinamika dan termokimia

1.      Sistem terbuka

Sistem yang menyebabkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda (materi) dengan lingkungannya. Sistem terbuka ini meliputi peralatan yang melibatkan adanya suatu aliran massa kedalam atau keluar sistem seperti pada kompresor, turbin, nozel dan motor bakar. Sistem mesin motor bakar yaitu ruang didalam silinder mesin, dimana campuran bahan bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar sistem. Pada sistem terbuka ini, baik massa maupun energi bisa melintasi batas sistem yang sifatnya permeabel. Dengan demikian, pada sistem ini volume dari sistem tidak berubah sehingga disebut juga dengan control volume. Perjanjian yang kita gunakan untuk menganalisis sistem yaitu :

a.     Untuk panas (Q) bernilai positif jika diberikan kepada sistem dan bernilai negatif bila keluar dari sistem

b.   Untuk usaha (W) bernilai positif jika keluar dari sistem dan bernilai negatif jika diberikan (masuk) kedalam sistem.

2.      Sistem tertutup

Sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran zat dengan lingkungan. Sistem tertutup terdiri atas suatu jumlah massa yang tertentu dimana massa ini tidak bisa melintasi lapis batas sistem. Tetapi, energi baik dalam bentuk panas (heat) maupun usaha (work) bisa melintasi lapis batas sistem tersebut. Dalam sistem tertutup, walaupun massa tidak bisa berubah selama proses berlangsung, tapi volume bisa saja berubah disebabkan adanya lapis batas yang bisa bergerak (moving boundary) pada salah satu bagian dari lapis batas sistem tersebut. Contoh sistem tertutup yaitu suatu balon udara yang dipanaskan, dimana massa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah dan energi panas masuk kedalam masa udara didalam balon.

3.      Sistem Terisolasi

Sistem terisolasi ialah sistem yang menyebabkan tidak terjadinya pertukaran panas, zat atau kerja dengan lingkungannya. Contohnya : air yang disimpan dalam termos dan tabung gas yang terisolasi. Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak bisa terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, walaupun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

Hukum Termodinamika 1 (Kekekalan energi dalam sistem)

“Energi tidak bisa diciptakan maupun dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk energi ke energi lainnya.” Bunyi Hukum I Termodinamika. Untuk setiap proses apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka akan terjadi perubahan energi dalam ΔU = Q – W.

Dimana U menunjukkan sifat dari sebuah sistem, sedangkan W dan Q tidak. W dan Q bukan fungsi Variabel keadaan, tetapi termasuk dalam proses termodinamika yang bisa merubah keadaan. U merupakan fungsi variabel keadaan (P,V,T,n). W bertanda positif bila sistem melakukan usaha terhadap lingkungan dan negatif jika menerima usaha lingkungan. Q bertanda positif jika sistem menerima kalor dari lingkungan dan negatif jika melepas kalor pada lingkungan. Perubahan energi dari sebuah sistem hanya tergantung pada transfer panas ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan oleh sistem dan tidak bergantung pada proses yang terjadi. Pada hukum ini tidak ada petunjuk adanya arah perubahan dan batasan-batasan lain.

Secara matematis hukum I termodinamika dapat dirumuskan sebagai berikut:

Q = ∆U+W

Dengan ketentuan, jika:

Q(+)     → sistem menerima kalor

OR       → sistem melepas kalor

W(+)    → sistem melakukan usaha

W(-)     → sistem dikenai usaha

∆U(+)   → terjadi penambahan energi dalam

∆U(-)    → terjadi penurunan energi dalam

ΔU = Q − W

Keterangan :

ΔU = perubahan energi dalam (joule)

Q = kalor (joule)

W = usaha (joule)

Contoh Soal :

Suatu system menyerap kalor 150 kal dan melakukan kerja 5 l atm, tentukan (dalam j) w, q, dan ∆U sistem

Jawab :

a.      Sistem

w         = -5 l atm       = - 5 x 101,325 J         = - 506,625 J

q          = 150 kal       = 150 x 4,184 J            = 627, 60 J

∆U       = q + w         = 627,60 – 506,625 J   = 120,975 J

Reaksi Termokimia :

1.     Reaksi Eksoterm

Reaksi yang terjadi saat berlangsungnya pelepasan panas atau kalor. Reaksi panas ditulis dengan tanda negatif.

Contoh : N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) - 26,78 Kkal

Perubahan entalpi pada reaksi ini digambarkan sebagai berikut:

Menurut hukum kekekalan energi :

        2. Reaksi Endoterm

Reaksi yang terjadi ketika berlangsungnya penyerapan panas atau kalor, maka perubahan entalpi reaksi bernilai positif.

Contoh : 2NH3 N2 (g) + 3H2 (g) + 26,78 Kkal

Perubahan entalpi pada reaksi endoterm dirumuskan sebagai berikut:

Kesimpulan :

Besarnya perubahan entalpi (ΔH) sama dengan besarnya panas reaksi, tapi dengan tanda berlawanan.

HUKUM TERKAIT TERMOKIMIA

1.      Hukum Laplace

Hukum ini dikemukakan oleh Marquis de Laplace (1749-1827), yang berbunyi : “Jumlah kalor yang dilepaskan pada pembentukan suatu senyawa dari unsur-unsurnya sama dengan jumlah kalor yang diperlukan untuk menguraikan senyawa itu menjadi unsur-unsurnya”.

Contoh :

H2(g) + ½ O2(g) à H2O(l)     ΔH = -68,3 kkal/mol

H2O(l) à H2(g) + ½ O2(g)     ΔH = 68,3 kkal/mol

2.      Hukum Hess

Hukum ini dikemukakan oleh German Hess (1840), yang berbunyi : “Bila suatu perubahan kimia dapat dibuat menjadi beberapa jalan/cara yang berbeda, jumlah perubahan energi panas keselurahannya (total) adalah tetap, tidak bergantung pada jalan/cara yang ditempuh”.

Daftar Pustaka :

Heryansyah, Tedy. 2017. Pengertuan, prinsip, sistem, hukum, dan rumus beserta contoh soal lengkap. https://www.gurupendidikan.co.id/termodinamika-pengertian-prinsip-sistem-hukum-dan-rumus-beserta-contoh-soalnya-lengkap/ (Diakses pada 15 November 2017).

Hadi, Abdul. 2015. Pengertian dan penjabaran termokimia. https://www.softilmu.com/2015/11/Pengertian-Kajian-Perubahan-Entalpi-Reaksi-Hukum-Termokimia-Adalah.html (Diakses pada 23 November 2015)

S, Syukri. 1999. Kimia dasar 1. Bandung : Penerbit ITB

Sunarya, Yayan. 2010. Kimia dasar 1. Bandung : CV. YRAMA WIDYA