Termokimia : Pengertian, Jenis, Persamaan

Termokimia : Pengertian, Jenis, Persamaan – Pada kesempatan kali ini kimia-science7.com akan membahas pengertian termokimia, jenis reaksi termokimia dan persamaan termokimia.

Pengertian Termokimia

Termokimia adalah ilmu yang mempelajari perubahan energi panas/kalor ketika reaksi kimia terjadi. Pada saat reaksi kimia terjadi, perubahan kalor yang menyertainya adalah perubahan bentuk energi kinetik dan energi potensial dalam molekul menjadi energi kalor/panas.

Hukum Termodinamika Pertama

Hukum ini sering disebut dengan asas kekakalan energi, bunyinya adalah :

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan

Menurut asas kekekalan energi diatas, maka energi tidak bisa hilang tetapi energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain.

Sistem dan Lingkungan

• Sistem adalah bagian dari alam semesta yang menjadi pusat perhatian kita.
• Lingkungan adalah bagian dari alam semesta yang membatasi sistem.

Pada peristiwa termokimia :

• Sistemnya adalah pereaksi kimia yang sedang kita pelajari.
• Lingkungannya adalah wadah tempat reaksi, udara disekitarnya.

Contoh soal :

Reaksi antara logam magnesium dengan larutan HCl didalam tabung reaksi terbuka menghasilkan magnesium klorida dan gas hidrogen

Reaksi : Mg _(s) + 2 HCl _(aq) → MgCl_{2 (aq)} + H_{2 (g)} 

Tentukan sistem dan lingkungannya !

Penyelesaian :

Sistemnya adalah logam magnesium dan larutan HCl.
lingkungannya adalah tabung reaksi dan udara disekitarnya.

Energi Dalam (E)

Energi dalam adalah total jumlah energi kinetik dan energi potensial yang terdapat dalam sistem.

• Energi kinetik disini meliputi berbagai jenis gerak molekul dan gerakan elektron dalam molekul.
• Energi potensial disini meliputi semua gaya tarik intra molekul dan antar molekul.

Energi dalam suatu sistem hampir mustahil bisa kita hitung, yang bisa kita lakukan adalah mengukur energi dalam pada keadaan awal dan akhir sistem, maka berdasarkan azas kekekalan energi, perubahan energi dalam dapat dirumuskan sebagai berikut :

ΔE = q + w

Keterangan :

ΔE = perubahan energi dalam
q = kalor yang diserap atau dilepas
w = kerja yang dilakukan atau diterima

Catatan :

• Bila sistem menerima kalor (+q) maka energi dalam sistem bertambah
• Bila sistem melepas kalor (-q) maka energi dalam sistem berkurang
• Bila sistem menerima kerja (+w) maka energi dalam sistem bertambah
• Bila sistem melakukan kerja (-w) maka energi dalam sistem berkurang

Contoh soal :

Suatu sistem menyerap kalor sebesar 300 kJ dan melakukan kerja sebesar 200 kJ, berapakah perubahan energi dalam sistem?

Penyelesaian :

ΔE = q + w
      = 300 kJ + (-200 kJ)
      = 100 kJ

Kerja (w)

Kerja adalah pertukaran energi antara sistem dan lingkungan yang bukan dalam bentuk kalor. Bentuk kerja yang biasa diukur dalam pada proses kimia adalah bentuk kerja yang berhubungan dengan perubahan volume sistem, yang dirumuskan :

w = – P . ΔV

Keterangan :

w = kerja (Joule)
P = tekanan (atm)
ΔV = perubahan volume (Liter)
1 L.atm = 101,32 Joule

Catatan :

• Jika gas melakukan ekspansi (ΔV = +) maka nilai w adalah negatif (-) yang berarti sistem melakukan kerja
• Jika gas melakukan kompresi (ΔV = -) maka nilai w adalah negatif (+) yang berarti sistem dikenai kerja

Contoh soal :

Suatu gas memuai dari volume 2L menjadi 8L pada tekanan konstan. Hitunglah kerja yang dilakukan gas itu pada saat memuai dalam kondisi :
a. pada ruang hampa
b. pada tekanan luar konstan 1,1 atm

Penyelesaian :

a. karena gas memuai maka sistem melakukan kerja 
    pada ruang hampa tekanan luarnya = 0 atm, maka kerja yang dilakukan :
    W = – P . ΔV
    W = – 0 . (8-2)L
    W = 0
b. pada tekanan luar 1,1 atm, maka kerja yang dilakukan adalah
    W = – P . ΔV
    W = – 1,1 . (8-2)L
    W = – 6,6 L.atm
    kita konversi jawabannya ke Joule
    W = – 6,6 x 101,32 
    W = – 668.712 Joule
    W = – 6,69 x 10² Joule

Kalor (q)

Kalor adalah energi panas yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya, besarnya kalor sebanding dengan massa dikalikan dengan kalor jenis zat dan perubahan suhu, dirumuskan sebagai :

q = m . c . ΔT

Keterangan :

q = kalor (Joule)
m = massa zat (gram)
c = massa jenis zat (J.gr^-1.°C^-1)
ΔT = perubahan suhu (°C)

Contoh soal :

Untuk menaikkan suhu 10 liter air dari 25 °C ke 85 °C (kalor jenis air = 4,2 J.gr^-1.°C^-1) maka diperlukan kalor berapa?

Penyelesaian :

Massa air = 10 liter = 10.000 ml = 10.000 gram (1 mL = 1 gram)
ΔT = (85-25) °C = 60 °C
q = m . c . ΔT
   = 10000 gr x 4,2 J.gr^-1.°C^-1 x 60 °C
   = 2.520.000 J
   = 2.520 kJ

Baca juga : Menentukan Perubahan Entalpi (ΔH) : Rumus, Cara, Contoh Soal

Jenis Reaksi Termokimia

Reaksi termokimia dibagi menjadi 2 jenis, yaitu reaksi eksoterm (melepas kalor) dan reaksi endoterm (menyerap kalor)

Reaksi Eksoterm

Reaksi eksoterm adalah reaksi yang membebaskan kalor, terjadi perpindahan kalor dari dari sistem ke lingkungan, sehingga :

• Suhu lingkungan akan naik
• Energi dalam sistem berkurang
• Harga ΔH negatif
  • ΔH = H akhir – H awal
• Pada saat terjadi reaksi suhunya naik kemudian turun lagi menyesuaikan suhu lingkungan

Contoh Reaksi Eksoterm :

• Reaksi netralisasi (asam + basa)

HBr _(aq) + NaOH _(aq) → NaBr _(aq) + H₂O _(l)      ΔH = –

Catatan : semua reaksi netralisasi termasuk reaksi eksoterm

• Reaksi pembakaran (ditambah oksigen)

C₃H_{8 (g)} + 5 O_{2 (aq)} → 3 CO_{2 (g)} + 4 H₂O _(l)      ΔH = –

Catatan : semua reaksi pembakaran termasuk reaksi eksoterm

• Respirasi

reaksi pembakaran glukosa (karbohidrat) dalam tubuh akan melepas kalor

C₆H₁₂O_{6 (aq)} + 6 O_{2 (g)} → 6 CO_{2 (g)} + 6 H₂O _(g)      ΔH = –

Diagram Reaksi Eksoterm

Di bawah ini adalah diagram/gambar reaksi eksoterm

Baca juga : Tata Nama Hidrokarbon : Alkana, Alkena, Alkuna

Reaksi Endoterm

Reaksi endoterm adalah reaksi yang menyerap kalor, terjadi perpindahan kalor dari dari lingkungan ke sistem, sehingga :

• Suhu lingkungan akan turun
• Energi dalam sistem bertambah
• Harga ΔH positif
  • ΔH = H akhir – H awal
• Pada saat terjadi reaksi suhunya turun kemudian naik lagi menyesuaikan suhu lingkungan

Contoh Reaksi Endoterm :

• Reaksi pelarutan NH₄Cl

NH₄Cl _(s) → NH₄Cl _(aq)      ΔH = +

• Reaksi dekomposisi termal

Dekomposisi termal adalah reaksi peruraian suatu senyawa akibat dari proses pemanasan.

CaCO_{3 (s)} → CaO _(s) + CO_{2 (g)}     ΔH = +

• Reaksi ionisasi

Na _(g) → Na⁺ _(g) + e     ΔH = +

Diagram Reaksi Endoterm

Di bawah ini digram/gambar reaksi endoterm

Persamaan Termokimia

Persamaan termokimia adalah persamaan reaksi kimia yang disertai dengan perubahan enthalpinya. Dibawah ini adalah persamaan termokimia untuk reaksi eksoterm dan endoterm :

Persamaan Termokimia Reaksi Eksoterm

Entalpi pembakaran sempurna 1 mol butana (C₄H₁₀) yang melepas kalor sebesar 2870 kJ, maka persamaan termokimia bisa dituliskan :

C₄H_{10 (g)} + 13/2 O_{2 (aq)} → 4 CO_{2 (g)} + 5 H₂O _(l)      ΔH = –2870 kJ

atau bisa ditulis

C₄H_{10 (g)} + 13/2 O_{2 (aq)} → 4 CO_{2 (g)} + 5 H₂O _(l)      q = +2870 kJ

Catatan :

• Untuk reaksi eksoterm disebelah kanan tanda reaksi dikasih tanda ΔH = – atau q = +

Persamaan Termokimia Reaksi Endoterm

Entalpi pembentukan 1 mol H₂O dari H₂ dan O₂ memerlukan kalor 285 kJ, maka persamaan termokimia bisa dituliskan :

H_{2 (g)} + 1/2 O_{2 (aq)} → 4 H₂O _(l)      ΔH = +285 kJ

atau bisa ditulis

H_{2 (g)} + 1/2 O_{2 (aq)} + 285 kJ → H₂O _(l) 

Catatan :

• Untuk reaksi endoterm disebelah kanan dikasih tanda ΔH = + atau disebelah kiri tanda reaksi ditambah q = +

Baca juga : Bilangan Kuantum – Pengertian, Contoh Soal, Bentuk Orbital