TERMODINAMIKA: TERMOKIMIA DAN PERUBAHAN ENTALPI

Oleh: Muhamad Aldi Setiadi (@T19-Aldi)

ABSTRAK

Setiap materi mengandung energi yang disebut energi internal. Besarnya energi ini tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahannya. Energi internal tidak dapat diukur karena materi harus bergerak dengan kecepatan sebesar kuadrat kecepatan cahaya sesuai persamaan Einstain. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa: “energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi energi dapat berubah bentuk dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain”, yang lebih dikenal dengan Hukum Termodinamika I. Dalam suatu sistem yang mengalami perubahan, maka perubahan energi dalam dari sistem sebanding dengan panas yang diserap atau yang dibebaskan oleh sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem.

Termokimia merupakan bagian dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi. Pada perubahan kimia selalu terjadi perubahan entalpi. Besarnya perubahan entalpi adalah sama besar dengan selisih antara entalpi hasil reaksi dam jumlah entalpi pereaksi. Pada termokimia terdapat istilah sistem dan lingkungan. Interaksi antara sistem dan lingkungan dapat berupa pertukaran materi atau pertukaran energi.

Kata kunci: energi, termodinamika, termokimia, entalpi, sistem, lingkungan

ABSTRACT

Every matter contains energy, which is called internal energy. The magnitude of this energy cannot be measured, only its change can be measured. Internal energy cannot be measured because matter must travel at a speed equal to the square of the speed of light according to Einstein's equation. The law of conservation of energy states that: "energy can neither be created nor destroyed, but energy can change from one form of energy to another", which is better known as the first law of thermodynamics. From the system is proportional to the heat absorbed or released by the system minus the work done by the system.
            Thermochemistry is a branch of chemistry that studies the enthalpy changes that accompany a reaction. In a chemical change, there is always an enthalpy change. The magnitude of the enthalpy change is equal to the difference between the enthalpy of the products and the sum of the enthalpies of the reactants. In thermochemistry, there are the terms system and environment. The interaction between the system and the environment can be either the exchange of matter or the exchange of energy.

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

PENDAHULUAN

Termokimia adalah bagian dari pembahasan yang lebih luas yang disebut termodinamika (thermodynamics), yaitu ilmu yang mempelajari perubahan antarkalor dan bentuk-bentuk energi yang lain. Hukum-hukum termodinamika menyediakan panduan yang berguna untuk pemahaman energitika dan arah proses (Chang, 1978).

Chang menyatakan bahwa dalam termodinamika, kita mempelajari perubahan-perubahan dalam keadaan sistem (state a system), yang didefinisikan sebagai nilai-nilai sifat makroskopis yang relevan, seperti susunan, energi, suhu, tekanan, dan volume. Energi, tekanan, volume, dan suhu dikatakan sebagai fungsi keadaan (state function), yaitu sifat-sifat yang ditentukan oleh keadaan sistem, terlepas bagaimana keadaan akhir sistem dan tidak bergantung pada bagaimana perubahan itu dilakukan.

Dalam kehidupan, kita tidak lepas dari pemanfaatan energi untuk keperluan kita sehari-hari, misalnya pembakaran bahan bakar bensin untuk menjalankan kendaraan, memasak dengan kompor gas (membakar gas alam), pembangkit listrik tenaga air dan lain-lain. Manusia memerlukan energi untuk melakukan kegiatan sehari-sehari. Energi diperoleh dari makanan, yaitu karbohidrat dan lemak yang di metabolisme di dalam tubuh untuk menghasilkan energi.

Bagian ilmu kimia yang mempelajari tentang kalor dan reaksi adalah termokimia. Termokimia mempelajari mengenai sejumlah panas yang dihasilkan atau diperlukan oleh sejumlah tertentu pereaksi dan cara pengukuran panas reaksi tersebut. Termokimia merupakan hal yang paling baik untuk keperluan praktik maupun teori. Penerapan pada praktik termasuk mengukur nilai energi pada bahan bakar dan menentukan energi yang diperlukan pada proses industri. 

RUMUSAN MASALAH

1.     Apa yang dimaksud dengan termodinamika?

2.     Bagaimana bunyi hukum termodinamika?

3.     Apa yang dimaksud dengan termokimia?

4.     Apa saja perubahan entalpi pada termokimia?

TUJUAN

1.     Untuk mengetahui pengertian termodinamika

2.     Untuk mengetahui hukum termodinamika

3.     Untuk mengetahui pengertian termokimia

4.     Untuk mengetahui jenis-jenis perubahan entalpi pada termokimia

PEMBAHASAN

            Hamid (2007) menyatakan termodinamika merupakan bagian dari cabang Fisika yang namanya Termofisika (Thermal Physics). Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem. Termodinamika hanya mempelajari besaran-besaran yang berskala besar (makroskopis) dari sistem yang dapat diamati dan diukur dalam eksperimen. Besaran-besaran yang berskala kecil (mikroskopis) dipelajari dalam Teori Kinetik Gas (Kinetic Theory of Gas) atau Fisika Statistik (Statistical Physics).

Termodinamika juga dapat diartikan sebagai ilmu yang menjelaskan kaitan antara besaran fisis tertentu yang menggambarkan sikap zat di bawah pengaruh kalor. Besaran fisis ini disebut koordinat makroskopis sistem. Kaitan atau rumus yang menjelaskan hubungan antar besaran fisis diperoleh dari eksperimen dan kemudian dapat digunakan untuk meramalkan perilaku zat di bawah pengaruh kalor (Hamid, 2007).

            Menurut Zainal (2016) terdapat empat hukum dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:

1.     Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika

Hukum Awal menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.

2.     Hukum Pertama Termodinamika

Hukum yang sama juga terkait dengan kasus kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Hukum ini dapat diuraikan menjadi beberapa proses, yaitu proses dengan isokhorik, isotermik, isobarik, dan juga adiabatik.

3.     Hukum Kedua Termodinamika

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Tidak ada bunyi untuk hukum kedua termodinamika yang ada hanyalah pernyataan kenyataan eksperimental yang dikeluarkan oleh Kelvin-Planck dan Clausius. Pernyataan Clausius: tidak mungkin suatu sistem apapun bekerja sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya adalah perpindahan energi sebagai panas dari sistem dengan temperatur tertentu ke sistem dengan temperatur yang lebih tinggi. Pernyataan Kelvin-Planck: tidak mungkin suatu sistem beroperasi dalam siklus termodinamika dan memberikan sejumlah netto kerja kesekeliling sambil menerima energi panas dari satu reservoir termal.

Total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya hal ini disebut dengan prinsip kenaikan entropi yang merupakan korolari dari kedua pernyataan diatas (analisis hukum kedua termodinamika untuk proses dengan menggunakan sifat entropi)

4.     Hukum Ketiga Termodinamika

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

 

Bakri (2008) menyatakan termokimia adalah ilmu kimia yang mempelajari energi yang menyertai suatu reaksi kimia. Dalam termokimia dikenal istilah-istilah berikut:

a.     Sistem

Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian.

b.     Lingkungan

Lingkungan adalah segala sesuatu yang membatasi sistem.

c.     Entalpi (H)

Entalpi adalah energi kimia yang terkandung di dalam sistem. Entalpi suatu sistem tidak dapat diukur, yang dapat diukur adalah perubahan entalpi (∆H) yang menyertai perubahan sistem tersebut. Perubahan entalpi menunjukan

d.     Kalor Reaksi

Kalor reaksi adalah kalor yang menyertai suatu reaksi kimia.

e.     Reaksi Eksoterm dan Reaksi Endoterm

Reaksi eksoterm adalah reaksi yang melepaskan kalor (terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan). Sedangkan reaksi endoterm adalah reaksi yang menyerap kalor (terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem). Adapun contoh reaksi eksoterm dan endoterm sebagai berikut:

3H₂(g) + N₂(g) → 2NH₃(g) ∆H = -92 kJ

 

Suhu pada akhir reaksi eksoterm lebih tinggi dibandingkan suhu pada awal reaksi. Contohnya dari 25℃ ke 30℃

Sedangkan untuk reaksi endoterm itu sendiri adalah reaksi kebalikannya, yaitu:

2NH₃(g) → 3H₂(g) + N₂(g) ∆H = +92 kJ

 

Suhu pada akhir reaksi endoterm lebih rendah dibandingkan suhu pada awal reaksi. Contohnya dari 30℃ ke 25℃.

Bakri (2008) juga menyatakan bahwa dalam termokimia terdapat perubahan entalpi, harga perubahan entalpi dipengaruhi oleh kondisi (suhu dan tekanan) pengukuran. Oleh karena itu, perlu mencantumkan suhu dan tekanan pengukuran untuk setiap data termokimia. Perubahan entalpi yang diukur pada temperatur 25℃ dan tekanan 1 atm disepakati sebagai perubahan entalpi standar yang dinyatakan dengan simbol ∆H°

Apabila pengukuran ∆H dilakukan untuk 1 mol zat pada kondisi standar, maka ∆H  dinamakan sebagai entalpi molar. Entalpi molar adalah perubahan entalpi reaksi yang berkaitan dengan kuantitas zat yang terlibat dalam reaksi. Satuan ∆H adalah kJ (kiloJoule) dan satuan ∆H molar reaksi adalah kJ/mol. Berikut ini beberapa jenis perubahan entalpi standar, yaitu:

1.     Perubahan entalpi pembentukan standar (∆H°f)

Perubahan entalpi pembentukan standar adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pembentukan satu mol zat dari unsur-unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar dan tekanan 1 atm.

2.     Perubahan entalpi peruraian standar (∆H°d)

Perubahan entalpi peruraian standar adalah perubahan entalpi yang terjadi pada peruraian satu mol zat menjadi unsur-unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar.

3.     Perubahan entalpi pembakaran (∆H°c)

Perubahan entalpi pembakaran standar adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pembakaran satu mol zat (reaksi dengan oksigen) diukur pada keadaan standar.

4.     Perubahan entalpi netralisasi (∆H°n)

Perubahan entalpi netralisasi adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pembentukan satu mol air dari reaksi asam basa pada keadaan standar.

5.     Perubahan entalpi pelarutan (∆H°soln)

Perubahan entalpi pelarutan adalah perubahan entalpi yang terjadi pada pelarutan satu mol zat pada keadaan standar.

KESIMPULAN DAN SARAN

Ilmu termodinamika itu menggambarkan usaha untuk mengubah kalor menjadi energi, termasuk proses dari aliran energi tersebut dan akibat yang dihasilkan oleh perpindahan energi tersebut. Singkatnya termodinamika mempelajari tentang panas dan temperatur, termasuk hubungan keduanya pada energi dan gerak. Konsepnya energi dihasilkan oleh sistem yang dibatasi oleh kenyataan, dimana sistem tersebut memungkinkan untuk terbagi lagi menjadi sub sistem atau membentuk sistem-sistem lainnya menjadi sistem yang lebih besar, dan sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Pada termodinamika terdapat empat hukum yang berlaku, yaitu hukum awal, hukum pertama termodinamika, hukum kedua termodinamika, dan hukum ketiga termodinamika.

Persamaan termokimia adalah persamaan reaksi yang menyatakan jumlah mol dan keadaan fisik masing-masing zat (pereaksi maupun hasil reaksi) serta perubahan entalpi untuk reaksi yang bersangkutan. Dalam termokimia terdapat beberapa perubahan entalpi pada keadaan standar, yaitu pada temperatur 25℃ dan tekanan 1 atm. Hal yang harus diperhatikan dalam termokimia adalah penulisan koefisien fase zat dalam persamaannya, yang mana akan memengaruhi perubahan entalpinya. Jika persamaan kimia arahnya dibalikan, maka nilai entalpinya akan berubah tanda.

Termodinamika dan hukum-hukumnya beserta termokimia dan perubahan entalpinya adalah ilmu kimia yang sangat penting, karena sangat berkaitan dengan kehidupan kita sehari-hari, terutama dalam bidang industri. Menjadi saintis muda, belajar dan menerapkan ilmu-ilmu ini adalah kewajiban. Dengan artikel ini, saya berharap dapat bermanfaat bagi banyak orang.

DAFTAR PUSTAKA

Bakri, Mustafal. 2008. SPM Kimia untuk SMA/MA. Jakarta: Erlangga (diunduh 11 September 2021)

Chang, Raymond. 1978. Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti Edisi Ketiga Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Dalam https://books.google.co.id/books?id=KzN5SOR1A-4C&printsec=frontcover&d#v=onepage&q&f=false (diunduh 11 September 2021)

Hamid, Ahmad Abu. 2007. Kalor dan Termodinamika. Yogyakarta: UNY. Dalam http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/Diktat%20Termodinamika.pdf (diunduh 11 September 2021)

Ismunandar. 2013. Termodinamika: Hukum I (lanjutan) dan Hukum II. Bandung: ITB. Dalam https://youtu.be/NilKh3R9Ayk (diunduh 11 September 2021)

Zainal, Mega Purnama. 2016. Hukum-Hukum Dasar dalam Termodinamika. Aceh: Universitas Albuyatama. Dalam Basic Laws of Thermodynamics – Abulyatama University (diunduh 11 September 2021)