THERMOKIMIA

THERMOKIMIA

1.      Pengertian Termokimia

Thermokimia adalah bagian dari ilmu kimia yang mempelajari tentang perubahan kalor yang menyertai suatu reaksi kimia. Perubahan kalor yang terjadi dalam suatu reaksi kimia dapat terjadi karena proses penyerapan atau pelepasan.

 

2.      Hukum Kekekalan Energi

James Prescott Joule (ilmuan Inggris) menyatakan bahwa:

“Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, yang bisa dilakukan adalah merubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain”.

 

3.      Sistem dan Lingkungan

Jika berbicara tentang perubahan kalor, maka kita tidak akan terlepas dari istilah sistem dan lingkungan.

-          Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian atau pengamatan.

-          Lingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem

Contoh :

Jika kita mereaksikan zat A dan B di dalam sebuah tabung reaksi, maka zat A dan B adalah sistem, sedangkan tabung reaksi serta udara adalah lingkungannya.

    

        

         

4.      Reaksi Eksoterm dan Endoterm

-          Reaksi eksoterm adalah reaksi dimana terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan atau sistem melepaskan kalor.

        

        

Gambar 12. Reaksi Eksoterm

 

Contoh :

1.      Reaksi logam natrium dimasukkan ke dalam air:

2Na(s) + 2H₂O(l) à 2NaOH(aq) + H₂(g)

Setelah reaksi berlangsung, suhu larutan lebih tinggi dari suhu lingkungan.

 

2.      Fermentasi glukosa

          enzim

C₆H₁₂O₆(s)      à       2C₂H₅OH(l) + 2CO₂(g)

(glukosa)        (etanol)

Setelah reaksi berlangsung, suhu sistem lebih tinggi dari suhu lingkungan.

 

3.      Reaksi antara CaO dengan air

CaO(s) + H₂O(l) à  Ca(OH)₂(aq)

-       Reaksi endoterm adalah reaksi dimana terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem atau sistem menyerap kalor.

        

        

Gambar 13. Reaksi Endoterm

 

Contoh:

1.      Reaksi urea dalam air

CO(NH₂)₂(s) + H₂O(l) à CO(NH₂)₂(aq) + H₂O(l)

Setelah terjadi reaksi, suhu sistem lebih rendah dari suhu lingkungan.

 

2.      Reaksi Ba(OH)₂ dengan Kristal NH₄Cl

Ba(OH)₂(s) + 2NH₄Cl(s) à BaCl₂(aq) + NH₄OH(aq)

Setelah terjadi reaksi, suhu sistem lebih rendah dari suhu lingkungan.

Dari beberapa contoh tersebut dapat disimpulkan dengan mudah bahwa salah satu ciri reaksi eksoterm yang dapat diamati adalah terjadi kenaikan suhu sistem jika dibandingkan suhu lingkungan, sedangkan ciri dari reaksi endoterm adalah terjadi penurunan suhu sistem.

Ciri lain dari reaksi eksoterm dan endoterm adalah dengan melihat harga perubahan entalpinya. Entalpi (H = Heat Content) adalah jumlah total energi kalor yang terkandung dalam suatu zat. Entalpi suatu zat tidak bisa diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahannya (H).

Perubahan entalpi adalah kalor yang diserap atau dilepaskan, berupa penambahan atau pengurangan energi suatu zat dalam suatu proses perubahan energi yang berlangsung pada tekanan tetap.

H = H produk -  H reaktan

Pada reaksi eksoterm, entalpi` produk lebih kecil daripada entalpi reaktan karena sistem melepaskan energi. Hal ini menyebabkan H berharga negatif (-).

    A         à     B

H       = H produk – H reaktan

                        = H_B – H_A    (H_B < H_A)

            H       <     0  (Negatif)

Pada reaksi endoterm, entalpi produk lebih besar daripada entalpi reaktan karena sistem menyerap energi. Hal ini menyebabkan H berharga positif (+).

A         à   B

H       = H produk – H reaktan

                        = H_B – H_A    (H_B > H_A)

            H       >     0  (Positif)

Reaksi eksoterm dan endoterm dapat dinyatakan dengan diagram tingkat energi:

Gambar 14. Diagram Tingkat Energi Reaksi Endoterm dan Eksoterm

 

.      Macam-Macam Perubahan Entalpi

a.      Entalpi Pembentukan Standar (Hf⁰)

Entalpi Pembentukan Standar adalah jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya pada keadaan standard (298⁰C, 1 atm)

Contoh :

C(s) + 2H₂(g) à CH₄(g)  Hf⁰ = -x kJ/mol

C(s) + O₂(g)  à  CO₂(g)  Hf⁰ = -y kJ/mol

b.      Entalpi Penguraian Standar (Hd⁰)

Entalpi Penguraian Standar adalah jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan pada penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya pada keadaan standard.

Contoh :

CH₄(g) à C(s) + 2H₂(g)              Hd⁰ = a kJ/mol

C₂H₂ (g) à 2C(s)  +  H₂(g)          Hd⁰ = b kJ/mol

 

c.      Entalpi Pembakaran Standar (Hc⁰)

Entalpi Pembakaran Standar adalah jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan pada pembakaran 1 mol unsur atau senyawa pada keadaan standard.

Contoh :

C(s) + O₂(g)  à  CO₂(g)  Hc⁰ = -c kJ/mol

C₂H₄(g) + O₂(g)  à  CO₂(g) +  H₂O(g)   Hc⁰ = -d kJ/mol

 

d.       Entalpi Pelarutan Standar (Hs⁰)

Entalpi Pelarutan Standar adalah jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan untuk melarutkan 1 mol zat pada keadaan standard.

Contoh :

NaCl (s) à NaCl(aq)       Hs⁰ = p kJ/mol

Keterangan:

f = formation (pembentukan)

d = decomposition (penguraian)

c = combustion (pembakaran)

s = solution (pelarutan)

 

6.      Persamaan Termokimia

Persamaan termokimia adalah persamaan reaksi yang mengikut sertakan perubahan entalpinya. Nilai H yang dituliskan pada persamaan termokimia disesuaikan dengan stoikiometri reaksi, artinya jumlah mol yang terlibat dalam reaksi sama dengan koefisien reaksinya.

Contoh :

1.      Diketahui kalor pembentukan standard CaCl₂ (s) adalah -795, 8 kJ/mol. Tentukanlah:

a.       Persamaan termokimianya

b.      H reaksi untuk mereaksikan 10 gram Ca (Ar Ca=40)

Jawab :

a.       Persamaan termokimianya:

Ca (s) + Cl₂(g) à  CaCl₂(s)   H = -795,8 kJ

b.      Reaksi di atas memiliki H = -795,8 kJ adalah untuk 1 mol Ca, sedangkan untuk 10 gram Ca akan diperoleh H sebesar :

 

Mol Ca = gr/ Ar = 10/40 = 0,25 mol

(berarti massa 10 gram Ca sebesar 0,25 mol)

 

Maka, untuk 0,25 mol Ca harga H adalah :

H      = 0,25/1 x (-795,8) kJ

           = -198,95 kJ

 

2.      Diketahui kalor pembentukan standard C₂H₆ (g) adalah -84,68 kJ/mol. Tentukan :

a.       Persamaan termokimia untuk pembentukan standard C₂H₆ (g)

b.      Persamaan termokimia untuk penguraian standard C₂H₆ (g)

c.       H reaksi untuk menguraikan 7,5 gram C₂H₆ (g) (Ar C=12, H=1)

Jawab :

a.       2C(s) + 3H₂(g) à C₂H₆ (g)  H = -84,68 kJ

b.      C₂H₆ (g)  à  2C(s) + 3H₂(g)   H = +84,68 kJ

c.       Penguraian 1 mol C₂H₆ (g) memiliki harga H = +84,68 kJ

Untuk 7,5 gram C₂H₆ :

Mol C₂H₆ = 7,5/ 30 = 0,25 mol

H      = 0,25/1 x  84,68

           = 21, 17 kJ

 

3.      Pada pembentukan 1 mol air dari gas hidrogen dan oksigen dibebaskan 286 kJ. Tuliskan persamaan termokimianya!

Jawab :

Kata “dibebaskan” berarti bahwa reaksi tergolong eksoterm sehingga harga H bertanda negatif (-)

 

Persamaan termokimianya:

H₂(g) + O₂(g)  à  H₂O(l)             H = - 286 kJ

 

7.      Menentukan Harga H

a.      Melalui Percobaan (Kalorimetri)

Kalor reaksi dapat ditentukan melalui percobaan yaitu dengan alat yang disebut calorimeter. Kalorimeter adalah suatu sistem terisolasi, dimana tidak ada pertukaran materi maupun energi dengan lingkungan di luar kalorimeter. Dengan demikian, semua kalor yang dibebaskan oleh reaksi yang terjadi didalam kalorimeter, tidak ada yang terbuang ke luar. Dengan mengukur kenaikan suhu di dalam kalorimeter, maka kita dapat menentukan jumlah kalor yang diserap oleh air serta perangkat kalorimeter dengan rumus:

                    

                

Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka kalor reaksi sama dengan kalor yang diserap oleh larutan dan calorimeter tetapi tandanya berbeda.

q reaksi = -(q larutan + q kalorimeter)

 

Kalorimeter ada 2, yaitu :

1)      Kalorimeter Bom

Kalorimter Bom terdiri dari sebuah wadah tempat berlansungnya reaksi pembakaran (biasanya terbuat dari stainless steel) dan sejumlah air yang dibatasi dengan wadah kedap panas. Kalorimter ini biasanya digunakan untuk menentukan kalor reaksi pembakaran. Daya serap kalornya lebih kuat sehingga dihasilkan harga kapasitas kalor (C) dari kalorimeter.

q reaksi = - (q larutan +q calorimeter)

              = - (m.c.T + C. T)

2)      Kalorimeter Sederhana

Kalorimeter sederhana tersusun dari dua buah gelas plastic (non konduktor) sehingga jumlah kalor yang diserap atau yang berpindah ke lingkungan dapat diabaikan. Kalorimeter ini digunakan untuk menentukan kalor reaksi selain pembakaran.

Oleh karena jumlah kalor yang berpindah ke lingkungan dapat diabaikan, maka kalor sepenuhnya akan diserap oleh larutan. Hal ini menyebabkan kalor yang diserap oleh calorimeter diabaikan (dianggap nol).

q reaksi = - (q larutan + q calorimeter)

              = - (q larutan + 0)

q reaksi = - q larutan

H    = - q larutan

 

Contoh soal:

1.      Pada percobaan percampuran 100 mL larutan HCl 2M dan 100 mL  larutan NaOH  1M menunjukkan kenaikan suhu dari 25^oC menjadi 31,5^oC. Jika kalor jenis larutan dianggap sama dengan kalor jenis air = 4,2 J.g^-1.^oC^-1, kapasitas kalorimeter = 0 dan massa jenis air = 1 gr/cm³, tentukan H reaksi!

 

Jawab :

mmol HCl      = M.V = 2 x 100 = 200 mmol = 0,2 mol

mmol NaOH = M.V = 1 x 100 = 100 mmol = 0,1 mol