Mengenal Konsep Ilmu Termodinamika dan Energi ada Reaksi Kimia ( Termokimia )

Oleh : Muhammad IzzulHaq @W14-IZZULHAQ

Termodinamika merupakan salah satu alat konseptual yang berguna dalam memahami sains titik paradigma utama termodinamika adalah kesemestaan hukum-hukumnya sehingga banyak kesimpulan fisik dapat di edukasi 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.

Selain itu, Termodinamika juga berhubungan dengan mekanika statik. Cabang ilmu Fisika ini mempelajari suatu pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan lingkungan. Aplikasi dan penerapan Termodinamika bisa terjadi pada tubuh manusia, peristiwa meniup kopi panas, perkakas elektronik, Refrigerator, mobil, pembangkit listrik dan industri, adalah peristiwa Termodinamika yang paling dekat dengan kehidupan sehari-hari.

Jadi, sebenarnya ilmu Fisika ini berkaitan satu sama lain, itulah kenapa memahami setiap konsep itu penting, karena dengan begitu elo akan mudah memahami hubungan antar keduanya.

Singkatnya, thermodinamika mempelajari tentang panas dan temperatur, termasuk hubungan keduanya pada energi dan gerak.

Hukum Dasar Termodinamika terbagi menjadi 4 yaitu :

1. Hukum Awal(Zeroth Law) Termodinamika ( 0 )

Hukum awal menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya. Hukum ini dimasukkan setelah hukum pertama.

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-plank 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.(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics (Moran J., Shapiro N.M. – 6th ed. – 2007 – Wiley) Bab5).

” Total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya hal ini disebut dengan prinsip kenaikan entropi” merupakan korolari dari kedua pernyataan diatas (analisis Hukum kedua termodinamika untuk proses dengan menggunakan sifat entropi)(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics (Moran J., Shapiro N.M. – 6th ed. – 2007 – Wiley) Bab6).

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.

Berdasarkan sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan, sistem pada termodinamika dibagi menjadi 3, yaitu:

- Sistem Terbuka merupakan  pertukaran - pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya lingkungannya.

Misal : lautan, tumbuh-tumbuhan tumbuha

- Sistem Tertutup Yaitu pertukaran - pertukaran energi tetapi TIDAK terjadi terjadi pertukaran pertukaran massa system dengan lingkungannya lingkungannya.

Misalnya Misalnya: Green House Green House ada pertukaran pertukaran kalor tetapi tidak terjadi terjadi pertukaran kerja pertukaran kerja dengan lingkungan lingkungan.

- Sistem Terisolasi Yaitu tidak ada pertukaran pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan lingkungan.

Misalnya Misalnya: Tabung gas yang gas yang terisolasi.

ENERGI PADA REAKSI KIMIA (TERMOKIMIA)

Pengertian

Termokimia adalah cabang ilmu kimia yang memperhatikan aspek suhu dalam reaksi. Sistem adalah segala bentuk proses yang menjadi pusat perhatian pengamat. Contoh: keadaan zat, reaksi, perubahan zat. Sistem terdiri dari :

1) Sistem terbuka, yaitu sistem dapat mengalami pertukaran energi dan materi dengan lingkungan.

2) Sistem tertutup, yaitu sistem dapat mengalami pertukaran energi dengan lingkungan, tidak dengan pertukaran materi.

3) Sistem terisolasi, yaitu sistem tidak dapat mengalami pertukaran energi dan materi dengan lingkungan.

Reaksi Eksoterm dan Endoterm

Dalam konsep termokimia, reaksi terbagi menjadi dua, yaitu reaksi eksoterm dan reaksi endoterm.

1. Reaksi eksoterm, yaitu reaksi yang sistemnya membebaskan/melepas energi, sehingga lingkungan menjadi naik temperaturnya. Contoh: reaksi diatas suhu kamar (pembakaran), pelarutan NaOH, reaksi Mg dengan HCl.

2. Reaksi endoterm, yaitu reaksi yang sistemnya menyerap/menerima energi, sehingga lingkungan menjadi turun temperaturnya. Contoh: reaksi Ba(OH)2 dengan NH4Cl, pemanasan CuCO3.

Dalam kedua reaksi, terjadi perubahan tingkat energi yang disebut perubahan entalpi reaksi, dapat dihitung :

Diagram tingkat energi menunjukkan nilai perubahan entalpi reaksi.

Entalpi reaksi ditentukan dengan:

1) Menggunakan kalorimetri.

2) Menggunakan hukum Hess (penjumlahan).

3) Menggunakan data entalpi pembentukan.

4) Menggunakan data energi ikatan.

Kalorimeter adalah sistem terisolasi, sehingga semua energi yang dibutuhkan atau dibebaskan tetap berada dalam kalorimeter. Dengan mengukur perubahan suhu, kita dapat menentukan jumlah energi kalor reaksi dan entalpi reaksi :

Menurut hukum Hess, suatu reaksi dapat terjadi melalui beberapa tahap reaksi, dan bagaimanapun tahap atau jalan yang ditempuh tidak akan mempengaruhi entalpi reaksi. Perubahan entalpi reaksi menurut hukum Hess:

1) Hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir sistem, bukan tahap yang ditempuh.

2) Merupakan penjumlahan entalpi reaksi dari setiap tahap.

Contoh :

Tentukan perubahan entalpi penguapan air dari wujud padat jika diketahui reaksi-reaksi berikut:

H2(g) + 1 /2O2(g) → H2O(g) ΔH = -241,8 kJ

H2O(l) → H2O(s) ΔH = -6,01 kJ

H2(g) + 1 /2O2(g) → H2O(l) ΔH = -285,8 kJ

Jawab :

Reaksi yang diinginkan: H2O(s) → H2O(g) Berarti, seluruh H2O(s) diletakkan disebelah kiri (reaktan), dan H2O(g) diletakkan disebelah kanan (produk), sehingga ketiga reaksi diatas menjadi:

Dari konsep hukum Hess, energi kalor suatu reaksi berarti juga dapat ditentukan dari data entalpi pembentukan reaktan dan produknya.

Bentuk reaksi umum:

Referensi :

https://www.zenius.net/blog/materi-konsep-dasar-termodinamika

http://web.ipb.ac.id/~tpb/files/materi/fisika_pdf/P09-TERMODINAMIKA.pdf

https://www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/pengertian-termodinamika-lengkap/

http://abulyatama.ac.id/?p=4882

https://homeschoolingpena.sch.id/topics/unit-4-energi-pada-reaksi-kimia-3/