Termokimia
Nhingz, BLOG-- Postingan kali ini tentang Termokimia. Berikut makalahnya:
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Dalam kehidupan
sehari-hari kita sering berhadapan atau berjumpa dengan hal-hal yang panas.
Misalnya ketika kita memasak air, proses pemanasan air dari dingin hingga
mendidih memerlukan kalor sebagai energi untuk meningkatkan suhu air. Dalam
kimia, proses ini merupakan contoh kecil dari salah satu bidang kimia yaitu
termokimia. Termokimia merupakan cabang kimia yang berhubungan
dengan hubungan timbal balik panas
dengan reaksi kimia atau dengan perubahan keadaan fisika. Secara umum,
termokimia ialah penerapan termodinamika untuk kimia. Termokimia ialah sinonim
dari termodinamika kimia.
Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic
= 'perubahan') adalah fisika energi
, panas, kerja, entropi
dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika
statistik di mana banyak
hubungan termodinamika berasal.
Selain sebagai syarat kelulusan dalam mata kuliah Kimia Dasar, melihat
banyaknya hal-hal atau kegiatan dan peristiwa dalam kehidupan kita sehari-hari
yang berhubungan dengan termokimia maka makalah ini disusun sebagai sumber
referensi baru bagi pembaca.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Pengertian Termokimia
Termokimia adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari
tentang kalor reaksi, yaitu pengukuran kalor yang menyertai reaksi kimia.
Karena dalam sebagian besar reaksi kimia selalu disertai dengan perubahan
energi yang berwujud perubahan kalor, baik kalor yang di lepaskan maupun di
serap. Kalor merupakan salah satu bentuk energi. James Prescott joule (1818-1889) merupakan asaz kekekalan energi.
“Energi tidak dapat di ciptakan maupun di musnahkan, tetapi dapat di ubah dari
bentuk energi yang satu menjadi bentuk yang lain.
Jadi, energi yang
menyertai suatu reaksi kimia, ataupun proses fisika hanya merupakan perpindahan
atau perubahan bentuk energi.
Untuk mempelajari
perubahan kalor dari suatu proses perlu dikaji
beberapa hal yang berhubungan dengan:
·
Energi yang di miliki oleh suatu zat.
·
Energi tersebut berubah
·
Mengukur perubahan energi tersebut.
·
Bagaimana hubungan energi dengan struktur zat
·
karena entalpi reaksi juga bergantung
pada wujud zat harus dinyatakan, yaitu dengan membubuhkan indeks s untuk zat
padat.
B. Persamaan Termokimia
B. Persamaan Termokimia
Persamaan reaksi yang mengikutsertakan
perubahan entalpinya disebut persamaan termokimia. Nilai ΔH yang dituliskan pada persamaan
termokimia disesuaikan dengan stokiometri reaksi. Artinya jumlah mol zat yang
terlibat dalam reaksi sama dengan koefisien reaksinya.Oleh karena entalpi
reaksi juga bergantung pada wujud zat harus dinyatakan, yaitu dengan
membubuhkan indeks s untuk zat padat.
C. Entalpi dan Perubahan Entalpi
C. Entalpi dan Perubahan Entalpi
1.
Sistem dan
Lingkungan
Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi
pusat perhatian yang kita pelajari perubahan energinya. Sedangkan Lingkungan
adalah segala sesuatu yang berada di luar sistem.
Contoh: Reaksi antara logam seng dengan larutan asam klorida
(HCL) dalam suatu tabung reaksi disertai dengan munculnya gelembung-gelembung
gas.
Pada contoh di atas yang menjadi
pusat perhatian adalah logam seng dengan larutan HCL. Jadi, logam seng dan larutan HCL adalah sistem. Sedangkan
tabung reaksi, suhu udara dan tekanan udara adalah lingkungan.
Berdasarkan interaksinya dengan
lingkungan, sistem di bedakan menjadi tiga macam sebagai berikut:
a. Sistem terbuka, suatu sistem yang memungkinkan terjadinya
pertukaran kalor dan zat (materi) antara lingkungan dengan sistem.
b.
Sistem tertutup, suatu sistem yang memungkinkan
terjadinya pertukaran kalor antara sistem dan lingkungannya, tetapi tidak
terjadi pertukaran materi.
c. Sistem terisolasi (tersekat), suatu sistem tidak yang
memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara lingkungan dengan
sistem.
2.
Perubahan Entalpi
Entalpi
(H) suatu zat ditentukan oleh jumlah energi dan semua bentuk energi yang
dimiliki zat yang jumlahnya tidak dapat diukur. Perubahan kalor atau entalpi
yang terjadi selama proses penerimaan atau pelepasan kalor dinyatakan dengan ” perubahan entalpi (ΔH) ” . Misalnya pada perubahan es menjadi air,
maka dapat ditulis sebagai berikut:
Δ H
= H H20 (l) -H H20 (s) (7)
Kita
amati reaksi pembakaran bensin di dalam mesin motor. Sebagian energi kimia yang
dikandung bensin, ketika bensin terbakar, diubah menjadi energi panas dan
energi mekanik untuk menggerakkan motor. Demikian
juga pada mekanisme kerja sel aki. Pada saat sel aki bekerja, energi kimia
diubah menjadi energi listrik, energi panas yang dipakai untuk membakar bensin
dan reaksi pembakaran bensin menghasilkan gas, menggerakkan piston sehingga
menggerakkan roda motor.
Gambar
menunjukkan diagram perubahan energi kimia menjadi berbagai bentuk energi
lainnya.
Harga
entalpi zat sebenarnya tidak dapat ditentukan atau diukur. Tetapi ΔH dapat ditentukan dengan cara mengukur
jumlah kalor yang diserap sistem. Misalnya pada perubahan es menjadi air, yaitu
89 kalori/gram. Pada perubahan es menjadi air, ΔH adalah positif, karena entalpi hasil
perubahan, entalpi air lebih besar dari pada entalpi es.
Kita ketahui bahwa 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.
3.
Reaksi Eksoterm dan Endoterm
Peristiwa endoterm (kanan) dan eksoterm
(kiri)
a. Reaksi Eksoterm
Pada
reaksi eksoterm terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan atau pada
reaksi tersebut dikeluarkan panas. Pada reaksi eksoterm harga ΔH = negatif ( – )
Contoh :
C(s) + O2(g) → CO2(g) + 393.5 kJ ;
ΔH = -393.5 k
b. Reaksi Endoterm
Pada
reaksi terjadi perpindahan kalor dari
lingkungan ke sistem atau pada reaksi tersebut dibutuhkan panas. Pada
reaksi endoterm harga ΔH
= positif ( + )
Contoh :
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)-
178.5 kJ ; ΔH
= +178.5 kJ
Proses eksoterm dan
proses endoterm
Energi ikatan
didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol
ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas. Energi ikatan dinyatakan dalam
kilojoule per mol (kJ mol -1 )
Harga perubahan entalpi reaksi dapat dipengaruhi oleh
kondisi yakni suhu dan tekanan saat pengukuran. Oleh karena itu, perlu kondisi
suhu dan tekanan perlu dicantumkan untuk setiap data termokimia.Data termokimia
pada umumnya ditetapkan pada suhu 25 0 C dan tekanan 1 atm yang selanjutnya
disebut kondisi standar.
Perubahan entalpi pada pembentukan 1 mol zat langsung dari
unsur-unsurnya disebut entalpi molar pembentukan atau entalpi pembentukan. Jika
pengukuran dilakukan pada keadaan standar (298 k, 1 atm) dan semua
unsur-unsurnya dalam bentuk standar, maka perubahan entalpinya disebut entalpi
pembentukan standar (ΔHf
0).
Telah disebutkan bahwa jumlah energi
yang dimiliki sistem dinyatakan sebagai energi dalam (U). Hukum I termodinamika
menyatakan hubungan antara energi sistem dengan lingkungannya jika terjadi
peristiwa. Energi dalam sistem akan berubah jika sistem menyerap atau
membebaskan kalor. Jika sistem menyerap energi kalor, berarti lingkungan
kehilangan kalor, energi dalamnya bertambah.
D.
Sistem termodinamika
Sistem
termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang
nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut
lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas
sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan
lingkungan.
Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis
pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
sistem
terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan.
Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas
terisolasi.
sistem
tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi
pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di
mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan
lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya
biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:
o pembatas adiabatik: tidak
memperbolehkan pertukaran panas.
o pembatas rigid: tidak
memperbolehkan pertukaran kerja.
sistem
terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan
lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut
permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.
Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak
dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit
pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi,
energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.
Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang
ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). Untuk keadaan termodinamika tertentu,
banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung
dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi
keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan
properti, yang merupakan fungsi keadaan.
Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk
menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs.
Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari
jumlah minimal tersebut.
Pengembangan hubungan antara properti
dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.
E.
Hukum-hukum Dasar Termodinamika
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem
termodinamika, yaitu:
- Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem
dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling
setimbang satu dengan lainnya.
- Hukum Pertama Termodinamika
Hukum ini terkait dengan 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 kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait
dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem
termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya
waktu, mendekati nilai maksimumnya.
- 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. Ikatan entropi
diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di
dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan,
kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar.
Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati
keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul
gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki
temperatur berbeda T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang
serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau,
dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian
dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan
semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan benda B
bersesuaian dengan temperatur T2".
Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan
parameter kekacauan adalah, pers. (1):
S = k log w
Dimana k adalah konstanta Boltzmann, S
adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan
beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin
ditempati.
Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi
isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan
volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam
suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka
semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V.
Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers.
(2):
W1 = c V
dimana c adalah konstanta. Kemungkinan
menemukan N molekul secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N
dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul
berada di dalam volume V adalah, pers.(3):
w = w1N = (cV)N.
Jika persamaan (3) disubstitusikan ke
(1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana
temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini
berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah
besar.
Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1),
menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang
memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan
statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih
tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang
lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana
entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara
statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar
distribusi kesetimbangan. Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi
akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang
dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin
sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari
musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam
suatu ruangan. Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah
peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin.
Pembakaran
bahan bakar dalam mesin kendaraan atau dalam industri
tidak terbakar sempurna. Pembakaran sempurna senyawa hidrokarbon (bahan bakar
fosil) membentuk karbon dioksida dan uap air. Sedangkan pembakaran tak sempurna
membentuk karbon monoksida dan uap air.
Reaksi kimia yang
umum digunakan untuk menghasilkan energi adalah pembakaran, yaitu suatu reaksi
cepat antara bahan bakar denga oksigen yang disertai terjadinya api. Bahan
bakar utama dewasa ini adalah bahan bakar fosil, yaitu gas alam, minyak bumi,
dan batu bara. Bahan bakar fosil itu berasal dari pelapukan sisa organisme.
Reaksi
suatu zat dengan oksigen disebut reaksi pembakaran. Zat yang mudah terbakar
adalah unsur karbon, hidrogen, belerang, dan berbagai senyawa dari unsur
tersebut. Pembakaran dikatakan sempurna apabila karbon (c) terbakar menjadi
CO2, hidrogen (H) terbakar menjadi H2O, belerang (S) terbakar menjadi
SO2.
BAB III
PENUTUP
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh dari makalah ini adalah:
Termokimia
adalah cabang kimia yang berhubungan dengan hubungan timbal balik panas dengan
reaksi kimia atau dengan perubahan keadaan fisika.
Intisari
dari termokimia adalah hukum-hukum termodinamika yaitu:
Hukum Awal
(Zeroth Law) Termodinamika Hukum ini
menyatakan
bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya
dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
Hukum Pertama
Termodinamika
Hukum ini terkait dengan 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 kedua
Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait
dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem
termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya
waktu, mendekati nilai maksimumnya.
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.
B.
Saran
Adapun Saran-saran yang dapat disampaikan oleh
penulis adalah:
Pembaca
hendaknya menyampaikan kritik yang membangun.
Pembaca
hendaknya tidak mencoret-coret makah ini.
DAFTAR PUSTAKA
Parning. 2004. Kimia SMA Kelas X Semester Pertama.
Jakarta: Yudistira.
0 comments:
Posting Komentar