Termokimia 1

TERMOKIMIA

 
Pernahkah anda membakar kayu? Kayu yang terbakar dan lingkungan sekitarnya memiliki suhu yang berbeda. Perbedaan suhu ini mengakibatkan terjadinya perpindahan energi, yaitu dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Perpindahan energi akan terus berlangsung sampai tercapai suhu yang sama di antara dua benda tersebut. Energi yang dipindahkan inilah yang disebut dengan kalor.

A.    HUKUM KEKEKALAN ENERGI

Energi biasa didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja.  Kimiawan mendefinisikan kerja (work) sebagai perubahan energi yang langsung dihasilkan oleh suatu proses. Energi kinetik – energi yang dihasilkan oleh benda bergerak – adalah salah satu bentuk energi yang menarik perhatian khusus dari para kimiawan. Bentuk energi yang lain mencakup energi radiasi, energi termal, energi kimia, dan energi potensial.

Energi radiasi (radiant energy), atau energi matahari, berasal dari matahari dan merupakan sumber energi utama dari bumi. Energi matahari memanaskan atmosfer dan permukaan bumi, merangsang pertumbuhan tanaman melalui proses yang dikenal sebagai fotosintesis.

Energi termal (thermal energy) adalah energi yang berkaitan dengan gerak acak atom-atom dan molekul. Secara umum, energi termal dapat dihitung dari pengukuran suhu. Makin kuat gerakan atom-atom dan molekul dalam suatu materi, makin panas materi itu dan makin besar energi termalnya.

Energi kimia (chemical energy) tersimpan dalam satuan struktur zat kimia; besarnya ditentukan oleh jenis dan susunan atom-atom penyusunnya. Ketika zat-zat terlibat dalam reaksi kimia, energi kimia dilepaskan, disimpan, atau diubah menjadi bentuk energi lainnya.

Energi potensial (potential energy) adalah energi yang tersedia akibat posisi benda. Sebagai contoh, karena ketinggiannya, sebuah batu di puncak bukit memiliki energi potensial lebih besar dan akan membuat percikan yang lebih besar bila jatuh ke dalam air dibanding batu serupa yang letaknya lebih di bawahnya.

Semua bentuk energi pada prinsipnya dapat diubah dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi lainnya. Misal, ketika kita berolah raga,  energi kimia yang tersimpan dalam tubuh digunakan untuk menghasilkan energi kinetik. Walaupun energi dapat memiliki berbagi bentuk yang berbeda yang dapat diubah, ilmuwan telah menyimpulkan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan ataupun diciptakan. Ketika satu bentuk energi hilang, bentuk energi yang lain (dengan besar yang sama) pasti akan terbentuk. Asas ini dirangkum hukum kekekalan energi (law of conservation of energy) yang menyatakan bahwa : 

"Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain."

Nilai energi (E) tidak dapat diukur, yang menjadi perhatian adalah pada perubahan energi, ΔE, yang besarnya tidak tergantung pada jalannya proses tetapi pada keadaan awal dan keadaan akhir.  

ΔE = E_akhir - E_awal

  

Hampir semua reaksi kimia menyerap atau menghasilkan (melepaskan) energi, umumnya dalam bentuk kalor. Kalor (heat) adalah perpindahan energi termal antara dua benda yang suhunya berbeda. Kita sering mengatakan “aliran kalor” dari benda panas ke benda dingin. Walaupun kalor itu sendiri mengandung arti perpindahan energi, kita biasanya menyebut kalor diserap atau kalor dibebaskan ketika menggambarkan perubahan energi yang terjadi selama proses tersebut. Ilmu yang mempelajari perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia disebut termokimia (thermochemistry).

A.    SISTEM DAN LINGKUNGAN

Untuk menganalisis perubahan energi yang berkaitan dengan reaksi kimia kita pertama-tama harus mendefinisikan sistem (system) adalah bagian tertentu dari alam yang menjadi perhatian kita. Untuk kimiawan, sistem biasanya mencakup zat-zat yang terlibat dalam perubahan kimia dan fisika. Sisa alam yang berada di luar sistem disebut lingkungan (surrounding). Sebagai contoh pada reaksi antara logam kalsium dengan air yang berlangsung dalam gelas kimia, logam kalsium dan air merupakan sistem reaksi. Gelas kimia, suhu udara, dan tekanan udara di sekitarnya adalah lingkungannya.

Sistem dapat dibedakan menjadi tiga macam berasarkan interaksinya dengan lingkungan yaitu sistem terbuka, sistem tertutup, dan sistem terisolasi.

1.    Sistem Terbuka

Suatu sistem disebut sistem terbuka apabila antara sistem dan lingkungannya dapat terjadi perpindahan energi dan materi. Salah satu contoh reaksi yang berlangsung dalam sistem terbuka adalah ketika kalian melarutkan garam dapur di beker gelas yang terbuka.

2.         Sistem Tertutup

Sistem tertutup adalah sistem yang tidak memungkinkan untuk terjadi perpindahan materi, tetapi dapat terjadi perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Misalnya mengamati perubahan panas pada reaksi pelartan di tempat beker gelas yang tertutup. Pada keadaan itu materi tidak dapat keluar atau masuk beker gelas, karena beker gelas dalam keadaan tertutup. Energi masih dapat keluar masuk beker gelas tersebut, hal ini ditandai dengan panas yang menempel pada dinding beker gelas atau sebaliknya energi panas dapat dialirkan ke dalam sistem tersebut dengan cara dipanaskan di atas nyala api.

3.         Sistem Terisolasi

Sistem terisolasi adalah sistem yang tidak memungkinkan terjadinya perpindahan materi maupun energi antara sistem dan lingkungannya. Misalnya air dalam termos air panas yang masih baik. Air panas yang disimpan dalam termos diharapkan tidak mengalami perubahan panas dan volume air tidak berkurang, artinya baik materi maupun energi panas tidak mengalami perubahan.