1. Sistem dan lingkungan
Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian yang kita pelajari perubahan energinya. Sedangkan yang disebut lingkungan adalah segala sesuatu 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 dan larutan HCl. Jadi, logam seng dan larutan HCl disebut sistem, sedangkan tabung reaksi, suhu udara, tekanan udara merupakan lingkungan. Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan, sistem dibedakan menjadi tiga macam, yaitu:
a. Sitem Terbuka, suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan zat (materi) antara lingkungan dan 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 yang tidak memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara sistem dan lingkungan.
2. Energi dan entalpi
Dalam setiap reaksi kimia selalu terjadi perubahan energi.
Satuan-satuan energi:
1 kalori = 4,184 Joule
1 kJ = 1000 Joule
1 kkal = 1000 kalori
1kkal = 4,184 k J
Keseluruhan energi yang dimiliki oleh suatu sistem dalam keadaan tertentu disebut energi dalam (U). Energi dalam merupakan suatu fungsi keadaan, hanya bergantung pada keadaan sistem (suhu, volume, tekanan, dan jumlah mol), tidak bergantung pada jalan yang dilalui sistem. Energi dalam tidak dapat diukur tetapi perubahannya dapat diukur. Jika perubahan itu dilakukan pada tekanan tetap (sistem terbuka), perubahan energi dalam yang terjadi dinamakan perubahan entalpi.
Reaksi kimia pada umumnya dilakukan dalam sistem terbuka (tekanan tetap).
Oleh karena itu, pada setiap proses yang melibatkan perubahan volum akibat tekanan tetap, ada kerja yang menyertai proses tersebut meskipun kecil tetapi cukup berarti.
Menurut Hukum Termodinamika I (Hukum Kekekalan Energi),
H = U + PV
Perubahan entalpi dinyatakan dengan persamaan :
H = U + PV
Dari persamaan dapat disimpulkan bahwa jika reaksi dilakukan pada tekanan tetap maka perubahan kalor yang terjadi akan sama dengan perubahan entalpi sebab perubahan tekanannya 0 (nol). Jadi, entalpi sama dengan besarnya energi dalam yang disimpan dalam suatu sistem. Sehingga entalpi (H) merupakan energi dalam bentuk kalor yang tersimpan di dalam suatu sistem.
3. Perubahan entalpi
Perubahan entalpi suatu sistem dapat diukur jika sistem mengalami perubahan.
Perubahan entalpi ( H):
Jika suatu reaksi berlangsung pada tekanan tetap, maka perubahan entalpinya sama
dengan kalor yang harus dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya agar
suhu sistem kembali ke keadaan semula.
H = qp (qp = kalor reaksi pada tekanan tetap)
Besarnya perubahan entalpi adalah selisih besarnya entalpi sistem setelah mengalami perubahan dengan besarnya entalpi sistem sebelum perubahan pada tekanan tetap.
H = Hakhir – Hawal
Perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi dipengaruhi oleh:
• Jumlah zat
• Keadaan fisis zat
• Suhu (T)
• Tekanan (P)
4. Reaksi eksoterm dan reaksi endoterm
1. Reaksi Eksoterm adalah reaksi yang melepaskan kalor atau menghasilkan energi.
Entalpi sistem berkurang (hasil reaksi memiliki entalpi yang lebih rendah dari zat semula).
Hakhir < Hawal
Hakhir – Hawal < 0
H berharga negatif
Contoh:
Reaksi antara kalsium oksida (kapur tohor) dengan air Kapur tohor dimasukkan ke dalam air dalam tabung reaksi. Reaksi ini berlangsung ditandai dengan kenaikan suhu campuran (sistem). Karena suhu sistem lebih tinggi dari lingkungan, maka kalor akan keluar dari sistem ke lingkungan sampai suhu keduanya menjadi sama.
CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(aq)
2. Reaksi Endoterm adalah reaksi yang menyerap kalor atau memerlukan energi.
Entalpi sistem bertambah (hasil reaksi memiliki entalpi yang lebih tinggi dari zat semula).
Hakhir > Hawal
Hakhir – Hawal > 0
H berharga positif
Contoh:
Reaksi antara kristal barium hidroksida oktahidrat dengan kristal amonium klorida.
Ketika kristal barium hidroksida oktahidrat, Ba(OH)2. 8H2O dicampur dengan kristal amonium klorida (NH4Cl), reaksi segera berlangsung yang ditandai dengan penurunan suhu campuran dan pembentukan gas amonia. Oleh karena suhu campuran (sistem) menjadi lebih rendah daripada lingkungan, maka kalor akan mengalir dari lingkungan ke dalam sistem sampai suhu keduanya menjadi sama. Ba(OH)2. 8H2O(s) + 2NH4Cl BaCl2.2H2O(s) + 2NH3(g) + 8H2O(l)
5. Persamaan termokimia
Persamaan yang menggambarkan suatu reaksi yang disertai informasi tentang perubahan entalpi (kalor). Oleh karena entalpi merupakan sifat ekstensif (nilainya bergantung pada besar dan ukuran sistem) maka pada persamaan termokimia juga tercantum jumlah mol zat yang dinyatakan dengan koefisien reaksi, dan keadaan fasa zat yang terlibat.
Contoh:
a. Pada pembentukan 1 mol air dari gas hidrogen dengan gas oksigen pada 25oC
(298 K), 1 atm, dilepaskan kalor sebesar 286 kJ.
Persamaan termokimia dari pernyataan di atas adalah
Kata “dilepaskan” menyatakan bahwa reaksi tergolong eksoterm. Oleh karena itu,
H = –286 kJ untuk setiap mol air yang terbentuk.
H2(g) + O2(g) H2O() H = –286 kJ
atau,
2H2(g) + O2(g) 2H2O() H = –572 kJ
b. Reaksi karbon dan gas hidrogen membentuk 1 mol C2H2 pada temperatur 25oC
dan tekanan 1 atm memerlukan kalor 226,7 kJ.
Persamaan termokimianya :
Kata “memerlukan” menyatakan bahwa reaksi tergolong endoterm.
2 C(s) + H2(g) C2H2(g) H = + 226,7 kJ
6. Perubahan entalpi standar ( Ho)
Perubahan entalpi reaksi yang diukur pada temperatur 25oC (298 K) dan
tekanan 1 atm disepakati sebagai perubahan entalpi standar, dinyatakan
dengan simbol Ho
Keadaan standar ini diperlukan karena pengukuran pada suhu dan tekanan yang berbeda akan menghasilkan harga perubahan entalpi yang berbeda pula. Satuan yang digunakan untuk menyatakan perubahan entalpi adalah kJ. Perubahan entalpi dalam molar adalah kJ/mol.
Jenis perubahan entalpi berdasarkan kondisi perubahan kimia yang terjadi:
1. Perubahan entalpi pembentukan standar ( Hf o)
( Hf o = standard enthalpy of formation)
Adalah perubahan entalpi pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya yang paling stabil, pada keadaan standar. Satuan perubahan entalpi pembentukan standar menurut Sistem Internasional (SI) adalah kJ/mol.
Contoh:
Perubahan entalpi pembentukan standar dari gas karbondioksida (CO2) adalah –393,5 kJ/mol.
Persamaan termokimianya:
C(s) + O2(g) CO2(g) Hf
o = –393,5 kJ/mol
2. Perubahan entalpi penguraian standar ( Hd o)
( Hd o = standard enthalpy of decomposition)
Adalah perubahan entalpi pada penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya, pada keadaan standar.
Contoh:
Perubahan entalpi penguraian H2O adalah +286 kJ/mol.
Persamaan termokimianya:
H2O( ) H2(g) + O2(g) Hd
o = + 286 kJ/mol
3. Perubahan entalpi pembakaran standar ( Hc o)
( Hc o = standard enthalpy of combustion )
Adalah perubahan enthalpi pada pembakaran sempurna 1 mol unsur atau senyawa pada keadaan standar. Pembakaran adalah reaksi suatu zat dengan oksigen.
