Hukum Kekekalan Energi, Termodinamika 1, Rumus, Contoh Soal, Energi Dalam, Kalor, Entalpi, Kerja, Termokimia, Kimia - Masih teringat rasanya erat dengan api unggun, bukan? Di tengah dinginnya malam di alam terbuka kita dihangatkan oleh nyala api dari kayu bakar. Mengapa bisa timbul rasa hangat? Ternyata, kehangatan itu berasal dari panas yang dihasilkan nyala api kayu bakar. Kayu mengandung karbon dan unsur serta senyawa lainnnya yang apabila dibakar dengan oksigen akan menghasilkan suatu energi berupa panas (kalor). Kalor pembakatran inilah yang menghangatkan badan kita. Bagaimana cara kita mengetahui berapa kalor pembakaran yang dihasilkan, akan kita dapatkan melalui materi dalam belahan ini.
Dalam mempelajari termokimia, kalian akan mendiskusikan wacana aturan kekekalan energi, sistem dan lingkungan, reaksi eksoterm dan endoterm, serta pengertian entalpi (perubahan energi) dan perubahannya. Kalian juga akan melaksanakan percobaan penentuan entalpi dengan kalorimeter. Setelah mempelajari belahan ini pula, kalian akan bisa menghitung perubahan entalpi reaksi melalui percobaan, melalui diagram siklus Hess, data entalpi pembentukan standar, dan melalui energi ikatan.
A. Pengertian Termokimia
Sebuah kayu bakar mengandung karbon yang apabila dibakar akan menghasilkan suatu kalor dengan nilai tertentu. Untuk mengetahui bagaimana menghitung kalor dari suatu reaksi dibutuhkan ilmu termokimia. Termokimia berasal dari bahasa Yunani thermos yang berarti ‘panas’ atau ‘kalor’ dan kimia. Termokimia merupakan ilmu kimia yang mempelajari banyaknya panas yang dilepas atau diserap (disorpsi) akhir reaksi kimia. Ilmu ini dipakai untuk memperkirakan perubahan energi yang terjadi dalam proses reaksi kimia, pembentukan larutan, maupun pada perubahan fase zat.
Para pengguna proses yang terkait dengan termokimia ialah hebat ilmu pengetahuan (scientist) dan hebat teknik (engineer). Misalnya, hebat kimia yang menerapkan termokimia untuk menghitung kalor pembakaran senyawa tertentu, atau hebat teknik kimia yang menggunakannya untuk merancang pabrik.
Termokimia merupakan cabang dari ilmu termodinamika, yang mempelajari wacana kalor yang menyertai proses perubahan kimia dan perubahan fisika. Termokimia dipelopori oleh Germain Henri Hess, atau biasa disebut Hess. Salah seorang gurunya ialah Jons Jacob Berzelius (1779-1848) yang menemukan rumus simbol atom. Salah satu hasil inovasi Hess ialah senyawa gula yang dioksidasi dengan oksigen menghasilkan asam sakarida. Selanjutnya, kalau gula ini direaksikan dengan NaOH, akan terbentuk sakarin yang berkhasiat sebagai materi pemanis. Hess memperoleh gelar profesor pada tahun 1830 dari institut teknologi di St. Petersburg. Tesisnya yang sangat populer berjudul “Banyaknya Kalor dalam Reaksi Kimia Tidak Tergantung Jalannya Reaksi tetapi Tergtung dari Keadaan Awal dan Akhir Reaksi”, telah dipublikasikan pada tahun 1840 dan dikenal sebagai Hukum Hess atau Hess Law. Buku-bukunya wacana ilmu kimia banyak dipakai sebagai standar kerja di Rusia selama beberapa puluh tahun. Hess meninggal pada tanggal 30 November 1850.
Sebelum kita melangkah lebih jauh wacana apa yang diajarkan Hess, kita perlu memahami dahulu tahap-tahap yang perlu kita kaji, yaitu sebagai berikut.
B. Hukum Kekekalan Energi
Hukum Kekekalan Energi disebut juga sebagai Hukum Termodinamika 1. Hukum ini ditemukan berkat beberapa percobaan yang dilakukan James Prescott Joule (1818–1889), spesialis fisika berkebangsaan Inggris.
Hukum Kekekalan Energi menyatakan:
Energi tidak sanggup diciptakan dan tidak sanggup dimusnahkan, tetapi sanggup diubah dari bentuk energi satu ke bentuk energi yang lain.
Sebagai penghargaan atas jasanya, nama James Prescott Joule diabadikan sebagai nama satuan energi, yaitu joule. Joule merupakan satuan berdasarkan Sistem Internasional (SI), dengan rincian:
joule = newton × meter
(J) = kg . m . s-2 × m = kg . m2. s-2
Satuan joule sanggup dikonversi (diubah) ke dalam satuan energi yang lain, ibarat berikut.
1 kJ = 1000 J
1 kalori = 4,184 J
1 kkal = 1000 kal
1liter atm = 101,2 joule
2.1. Energi
Energi didefinisikan sebagai kemampuan suatu materi untuk melaksanakan kerja. Energi yang akan kita pelajari dalam termokimia ialah “energi dalam” dari suatu sistem/reaksi-reaksi kimia. Suatu benda sanggup mempunyai energi dalam bentuk energi kinetik dan energi potensial. Jumlah energi yang dipunyai benda tersebut merupakan jumlah energi kinetik dan energi potensialnya. Suatu benda mempunyai energi kinetik apabila ia bergerak. Energi kinetik bisa berupa energi translasi, rotasi, vibrasi, bunyi, panas, dan listrik. Adapun energi potensial dimiliki benda kalau ia ditarik atau didorong oleh benda lain, sehingga apabila benda tidak mempunyai gaya tarik menarik atau tolak menolak, maka benda tersebut tidak mempunyai energi potensial.
Dalam keseharian, tanpa kita sadari, kita telah memanfaatkan banyak sekali energi, contohnya energi panas untuk menjemur pakaian, energi listrik dan cahaya untuk penerangan, serta energi kimia di dalam LPG untuk memasak. Tidak ketinggalan pula energi nuklir yang dipakai dalam dunia kedokteran untuk mengobati banyak sekali penyakit, mensterilkan alat-alat kedokteran di rumah sakit, memproses bibit flora menjadi flora unggul, dan lain-lain.
(a) Energi panas dipakai untuk mengeringkan pakaian yang sedang dijemur.
(b) Energi listrik dipakai untuk penerangan.
(c) Energi kimia dari LPG dimanfaatkan untuk memasak.
Sifat perpindahan energi telah dimanfaatkan pemerintah untuk mendirikan PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) maupun PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). Dalam termokimia, energi yang akan kita pelajari ialah energi yang berlangsung dalam reaksi kimia. Perhitungan energi dalam reaksi kimia memakai besaran yang disebut entalpi atau H. Entalpi tidak sanggup berdiri sendiri, namun berkaitan erat dengan energi dalam atau E, dan kerja (w) yang dilakukan oleh sistem.
Reaktor nuklir menghasilkan energi nuklir yang sanggup dimanfaatkan untuk bidang kedokteran maupun pertanian.
2.2. Energi Dalam
Energi dalam disebut juga internal energy (E) yang merupakan “jumlah energi“ dari semua bentuk energi yang dimiliki oleh sistem molekul atau benda. Energi dalam terdiri dari energi kinetik dan energi potensial. Energi dalam suatu sistem sanggup berubah kalau sistem menyerap atau melepas panas. Energi dalam akan bertambah apabila:
a. sistem menyerap/menerima panas
b. sistem mendapatkan kerja
Energi dalam berkurang apabila:
a. sistem melepaskan panas
b. sistem melaksanakan kerja
Energi dalam dari suatu sistem tidak sanggup diukur, namun perubahannya sanggup diukur dan dinyatakan sebagai ΔE dengan perumusan sebagai berikut.
ΔE = Eproduk - E reaktan
2.3. Kalor
Kalor ialah energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya, dikarenakan adanya perbedaan suhu di antara keduanya. Kalor sanggup berpindah dengan tiga macam cara:
a. Konduksi (hantaran), ialah perpindahan kalor melalui media
b. Konversi, adalah aliran kalor melalui partikel-partikel yang bergerak
c. Radiasi, adalah kalor memancar ke segala arah tanpa media
 |
| Gambar 1. Konduksi dan Konveksi. |
Keterangan :
Gambar 1 (a) Konduksi, panas dari api kompor merambat dari dasar panci melalui pengaduk hingga ke ujungnya dan 1 (b) Konveksi, panas dari api kompor merambat melalui partikel-partikel air di dasar panci naik hingga ke permukaan
Adapun jumlah kalor yang berpindah dari sistem ke lingkungan tergantung dari massa benda (m), kalor jenis (c), kapasitas kalor (C), dan perubahan suhu (ΔT), sehingga untuk menghitung kalor dirumuskan sebagai berikut.
q = m.c. ΔT
atau,
q = C. ΔT
Keterangan:
q = kalor yang diserap atau dilepas
Bila sistem menyerap kalor, q bertanda positif.
Bila sistem melepas kalor, q bertanda negatif.
m = massa zat
c = kalor jenis zat
ΔT = perubahan suhu dari sistem
C = kapasitas kalor
Kalor dari sinar matahari berpindah ke bumi melalui radiasi.
2.4. Kerja
Kerja (work = w) ialah bentuk energi yang dipertukarkan dan sanggup dinyatakan sebagai gaya yang bekerja melalui suatu jarak tertentu. Dengan kata lain, sanggup dinyatakan bahwa kerja ialah hasil kali antara gaya dan jarak yang dirumuskan sebagai berikut.
w = F x h,
sedangkan F = P x A
maka w = P x A x h
sebab A x h = perubahan volume
maka,
w= P x ΔV
Satuan gaya berdasarkan Satuan Internasional (SI) ialah joule. Jika P dalam atm dan V dalam liter, maka w = P (atm) ΔV (L). Untuk gas ideal, besarnya kerja ialah hasil kali antara perbandingan mol gas hasil reaksi dan pereaksi dengan perubahan suhu atau w = ΔnRT. Akibatnya, kuat terhadap perubahan E dalam dan perubahan entalpi. Adapun relasi perubahan energi dan jumlah mol gas dalam suhu adalah:
ΔH = ΔE + ΔnRT
dengan :
H = perubahan energi
ΔE = perubahan energi dalam
n = mol
Δn = Σ mol gas hasil reaksi - Σ mol gas pereaksi
T = suhu reaksi
Lalu bagaimana cara mengubah L.atm menjadi joule? Kalian sanggup menemukan
balasan yang sempurna dengan menengok klarifikasi sebelumnya.
Bila sistem melaksanakan kerja, w bertanda negatif.
Bila sistem mendapatkan kerja, w bertanda positif.
Hubungan antara energi dalam kalor reaksi dinyatakan dalam Hukum Termodinamika 1.
Energi tidak sanggup diciptakan dan dimusnahkan, tetapi sanggup diubah dari bentuk energi satu ke bentuk energi yang lain.
Secara matematis, Hukum Termodinamika 1 sanggup dinyatakan dalam rumus berikut.
ΔE = q + w
Keterangan:
ΔE = perubahan energi dalam (J)
q = jumlah kalor yang diserap atau dilepas (J)
w = kerja (J)
Untuk memperjelas perumusan di atas, perhatikan baik-baik pola soal berikut.
Contoh Soal :
Hitunglah perubahan “energi dalam atau E”, bila:
a. sistem menyerap kalor 100 J dan melaksanakan kerja 50 J
b. sistem melepas kalor 100 J dan dilakukan kerja terhadap sistem dengan energi sebesar 200 J
c. sistem melepas kalor 150 J dan melaksanakan kerja dengan energi 100 J
Penyelesaian:
Diketahui :
a. q = 100 J, w = -50 J
b. q = -100 J, w = 200 J
c. q = -150 J, w = -100 J
Pembahasan :
Ditanyakan : E.
Jawaban :
a. E = q – w = (100 – 50 ) J = 50 J
b. E = - q + w = (-100 + 200) J = 100 J
c. E = - q – w = ( - 150 – 100) J = - 250 J
2.5. Entalpi
Entalpi disebut juga sebagai heat content (H), yakni besarnya kalor reaksi yang diukur pada tekanan tetap. Hubungan entalpi dengan energi dalam sanggup dilihat dari perumusan berikut.
ΔH = E + w
dengan w = P x ΔV, sehingga:
ΔH = E + (P x ΔV)
Entalpi dari suatu reaksi tidak sanggup diukur, namun demikian perubahan entalpinya sanggup diketahui. Entalpi secara keseluruhan dihitung dengan rumus berikut.
ΔH = Hp – Hr
Keterangan:
Hp = jumlah entalpi produk/hasil reaksi
Hr = jumlah entalpi reaktan/pereaksi
Anda kini sudah mengetahui Hukum Kekekalan Energi atau Hukum Termodinamika 1. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Referensi :
Premono, S. A. Wardani, dan N. Hidayati. 2009. Kimia : SMA/ MA Kelas XI. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 282.
No comments:
Post a Comment