DASAR ILMU KIMIA : TERMODINAMIKA

 Oleh : Winda Setyo Rini (@T14-Winda) 

Abstrak

Ilmu kimia merupakan ilmu yang sangat erat kaitannya dengan kehidupan sehari-hari. Termodinamika merupakan salah satu bagian dari ilmu kimia yang juga erat kaitanya dengan kehidupan sehari-hari. Tanpa kita sadari disekeliling kita terdapat banyak benda ataupun barang-barang yang menggunakan prinsip termodinamika. Dalam termodinamika kita juga memahami termokimia, antara termodinamika dan termokimia adalah dua hal yang saling berkaitan. Singkatnya termodinamika diartikan sebagai ilmu yang mempelajari perubahan energi, sedangkan termokimia merupakan bagian dari ilmu termodinamika. Didalam pembahasan termodinamika dan termokimia mempelajari sistem dan lingkungan sebagai konsep dasar yang perlu dipahami, serta mempelajari entalpi dan juga perubahan entalpi yang banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari.

Kata Kunci : termodinamika, termokimia, sistem, lingkungan, energi, kalor 

Abstract

Chemistry is a science that is closely related to everyday life. Thermodynamics is one part of chemistry which is also closely related to everyday life. Without us realizing it around us there are many objects or items that use the principles of thermodynamics. In thermodynamics we also understand thermochemistry, between thermodynamics and thermochemistry are two interrelated things. Notodynamics is defined as the study of energy changes, while thermodynamics is part of the science of thermodynamics. in the discussion of thermodynamics and thermochemistry study systems and the environment as basic concepts that need to be understood, as well as study enthalpy and enthalpy changes that are applied in everyday life.

Keywords : thermodynamics, thermochemistry, system, environment, energy, heat

Pendahuluan

Menurut Hamid (2007), termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem. Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari mengenai perubahan kalor menjadi daya (kerja). Kalor diartikan sebagai suatu bentuk energi. Kalor merupakan bentuk energi yang dapat berpindah dengan cara konduksi, konveksi, maupun radiasi dari satu benda ke benda lainnya.

Dalam pembahasan mengenai termodinamika terdapat besaran-besaran yang perlu diketahui. Besaran yang familiar diantaranya yaitu massa (m), volume (V), tekanan (P), suhu atau temperatur (T), dan energi (E). Pada dasarnya besaran dalam termodinamika dibedakan menjadi dua yaitu besaran intensif dan besaran ekstensif. Besaran intensif yaitu suatu besaran dalam termodinamika yang tidak bergantung pada massa, seperti temperatur atau suhu, rapat massa dan tekanan. Besaran ekstensif yaitu suatu besaran dalam termodinamika yang bergantung pada massa, seperti volume total dan massa total.

Dalam ilmu termodinamika dikenal istilah atau bahasa-bahasa termodinamika, seperti sistem, lingkungan, proses, dan siklus. Dalam proses termodinamika dibedakan menjadi beberapa macam yaitu proses isotermal, isokhorik, isobarik, dan adiabatik. Dalam termodinamika istilah siklus diartikan jika suatu sistem yang sedang berlangsung kembali pada keadaan semula. Konsep-konsep dasar mengenai termodinamika bersumber dari hukum-hukum termodinamika yaitu Hukum ke Nol Termodinamika, Hukum I Termodinamika, dan Hukum II Termodinamika.

Rumusan Masalah

1. Apa itu termodinamika dan termokimia ?
2. Apa itu sistem, lingkungan, dan batas dalam kajian termodinamika ? 
3. Bagaimana Hukum ke Nol Termodinamika, Hukum I Termodinamika, dan Hukum II Termodinamika ? 
4. Apa itu entalpi dan perubahan entalpi ?
5. Bagaimana aplikasi perubahan entalpi dalam kehidupan sehari-hari ?

Tujuan

1. Untuk mengetahui termodinamika dan termokimia. 
2. Untuk mengetahui sistem, lingkungan, dan batas dalam kajian termodinamika.
3. Untuk mengetahui Hukum ke Nol, Hukum I Termodinamika, dan Hukum II Termodinamika. 
4. Untuk mengetahui entalpi dan perubahan entalpi. 
5. Untuk mengetahui aplikasi perubahan entalpi dalam kehidupan sehari-hari.

Pembahasan

Termodinamika merupakan suatu ilmu yang mempelajari mengenai suatu besaran fisis tertentu yang mendeskripsikan sikap suatu zat yang berada dibawah pengaruh kalor, sedangkan termokimia yaitu ilmu kimia yang merupakan bagian dari ilmu termodinamika. Termokimia terdiri dari dua kata, yaitu termo (panas) dan kimia (reaksi kimia), sehingga termokimia diartikan sebagai suatu ilmu kimia yang mempelajari mengenai energi panas yang berhubungan dengan suatu reaksi kimia tertentu.

Sebagai awal dari pembahasan mengenai termodinamika dan termokimia, dalam hal ini perlu diketahui mengenai definisi-definisi sistem, lingkungan, serta batas antara sistem dan lingkungan.

• Sistem, yaitu suatu bagian dari reaksi ataupun proses yang menjadi pusat perhatian untuk kita amati. Keadaan sistem dibedakan menjadi tiga, yaitu sistem terbuka, tertutup, dan terisolasi.
• Lingkungan, yaitu segala hal yang berada diluar sistem yang kita amati.
• Batas sistem dan lingkungan, yaitu pemisah antara sistem dengan lingkungan yang diamati.

Perhatikan ilustrasi berikut :

Misalnya, terdapat air teh dalam sebuah gelas, maka air teh merupakan sistem, gelas merupakan batas antara sistem dengan lingkungan, dan area diluar gelas merupakan lingkungan, yaitu meliputi suhu, tekanan udara, dan lain sebagainya.

Selanjutnya dalam memahami termokimia, kita perlu mengetahui mengenai hukum termodinamika, agar tidak salah dalam mempelajari energi panas, serta reaksi kimianya.

-          Hukum ke Nol Termodinamika

    Menyatakan bahwa, “jika terdapat dua buah benda dalam keadaan setimbang termal dengan benda ketiga, maka kondisi kedua buah benda tersebut setimbang termal”.

-          Hukum I Termodinamika

Asas Kekekalan Energi

“Suatu energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan”

Dalam hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi itu tidak dapat diciptakan atau bahkan dimusnahkan, namun suatu energi itu dapat berubah wujud dari satu energi ke wujud energi lainnya. Pada proses termokimia, kalor merupakan wujud perubahan energi, sehingga dalam pembahasan mengenai hukum  pertama termodinamika ini berkaitan juga dengan energi, yaitu energi dalam (energi internal), kalor, dan kerja.

Energi dalam (energi internal) sesuai dengan hukum pertama termodinamika dapat ditulis dengan persamaan :

∆U = q + W

Dengan : q = kalor yang diterima atau dilepas 

               W= kerja yang diterima atau dilepas

              W = F ∆S

-          Hukum Kedua Termodinamika

    Hukum kedua termodinamika, yaitu hukum yang menyatakan bahwa suatu energi memiliki kualitas  maupun kuantitas, dan proses terjadi pada arah dengan kualitas bekurang (energi mengalir dari kualitas tinggi ke rendah).

Selain itu, dalam termokimia erat kaitannya dengan entalpi dan perubahan entalpi. Entalpi yaitu suatu energi yang terdapat dalam suatu zat tertentu, sedangkan perubahan entalpi yaitu perubahan energi yang merupakan perubahan kalor pada suatu tekanan yang tetap.  Dilihat dari perubahan entalpinya, reaksi kimia dibagi menjadi dua macam yaitu :

-          Reaksi eksoterm : reaksi melepas kalor, ∆H bernilai negatif

-          Reaksi endoterm : reaksi menyerap kalor, ∆H bernilai positif

Perubahan entalpi diukur pada tekanan 1 atm dan pada suhu 25 derajat celcius dinamakan perubahan entalpi standar. Ada beberapa jenis perubahan entalpi stadar (∆H°), sebagai berikut :

-          Perubahan entalpi pembentukan standar (∆Hf°), merupakan perubahan yang terjadi pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur yang stabil dalam suatu keaadaan yang standar.

-          Perubahan entalpi penguraian standar (∆Hd°), merupakan perubahan suatu senyawa menjadi unsurnya (kebalikan ∆Hf°).

-          Perubahan entalpi pembakaran standar (∆Hc°) merupakan pembakaran sempurna satu mol zat dalam keadaan standar dilepaskan kalor.

     Pada penulisan persamaan termokimia disertai perubahan entalpinya (∆H), contoh sebagai berikut  :

NO (g) à ½ N₂ + ½ O₂      ∆H = -90,37 kj

Maka artinya, pada penguraian 1 mol NO menjadi gas Nitrogen dan Oksigen dilepaskan energi sebesar 90,37 kj (reaksi eksoterm).

Untuk menentukan perubahan entalpi pada reaksi, dapat ditentukan dengan rumus berikut :

∆H reaksi = ∑∆H° produk – ∑∆H° pereaksi

      Dalam penerapannya perubahan entalpi juga dapat kita temui dalam kehidupan sehari-hari, salah satu contohnya seperti ketika kita ingin memilih komponen pada kulkas yang mengalami rusak pada bagian kompresor  maupun kondensornya. Maka melalui data entalpi, kita dapat melakukan pemilihan itu sendiri. Selain itu, penerapan perubahan entalpi dalam kehidupan sehari-hari juga digunakan sebagai pemanfaatan batubara, kemudian dalam hal ini hidrogen dapat dimanfaatkan sebagi bahan bakar. 

Kesimpulan

  Termodinamika merupakan suatu ilmu yang mempelajari mengenai besaran fisis yang mendeskripsikan sikap suatu zat yang berada dibawah pengaruh kalor. Termokimia, diartikan sebagai ilmu yang mempelajari mengenai energi panas dengan suatu reaksi tertentu. Konsep pembahasan termokimia bersumber pada hukum-hukum Termodinamika. Pembahasan Termodinamika dan termokimia berkaitan dengan sistem dan lingkungan, serta entalpi dan juga perubahan entalpi. Dalam kehidupan sehari-hari, seringkali kita menemui penerapan entalpi dan perubahan entalpi. Dengan demikian, termodinamika dan termokimia merupakan ilmu yang dekat dengan kehidupan sehari-hari.

Daftar Pustaka

Hamid, Ahmad Abu. 2007. Kalor dan Termodinamika. Yogyakarta : UNY. Dalam https://d1wqtxts1xzle7.cloudfront.net/33030561/Diktat_Termodinamika-with-cover-page-v2.pdf?Expires=1631329419&Signature=E9G0hJ6CQQjUObdb4wTd2OGz0iQhN2hat9hQEhj7dJ5ERTzvSNtl1p6EpLb0azbR49Y-O~KIxW2OliDhYyDnkqyekkp-Wjs4OaVTtioUGlKS4aBg~~h4UYXbqdE1uF6gZZ9edo8gerXbZWCntOtvvb0OOJnbbVotPevgZnU3~hapqFFjVbvOpsip43Tk-GU2buSYlfOSuhfyqVcnCdc-gdoVDi1VRiVgO2UwIIOih-HWWjxT~iqSFLnA47B18PN2IU0xwHSTqbNlZbAj-aaLSVnQ1KzJpHAjN~CIyIlHIV4m79rFW~gzGoWmiExfOkpndyK~C0LGo5Gm-h75gUA-dA__&Key-Pair-Id=APKAJLOHF5GGSLRBV4ZA (diakses pada 12 September 2021) 

Hidayat, Atep Afia. 2021. Termodinamika dan Perubahan Energi. Modul Kimia Dan Pengetahuan Lingkungan Industri. Jakarta : Universitas Mercu Buana. 

Ismunandar. 2013. Termodinamika : Hukum I (lanjutan) dan Hukum II. Bandung : ITB. Dalam https://youtu.be/NilKh3R9Ayk (diakses pada 12 September 2021) 

Kitti, Sura. 2010. Kimia itu asyik. Tangerang : PT Kandel. Dalam https://books.google.co.id/books?hl=id&lr=&id=1R-kBwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PP4&dq=jtermokimia+dan+perubahan+entalpi+&ots=X30qZCwePE&sig=EkRUeAhNsq8ldTNsAM4zQ0aC08A&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false (diakses pada 12 September 2021) 

Naa, Christian Fredy. 2021. Termodinamika Kuliah 1 – Pendahuluan dan Konsep Dasar. Bandung : Universitas Khatolik Parahyangan. Dalam https://youtu.be/g51j1GGCGDE (diakses pada 12 September 2021)