Apa yang dimaksud dengan termokimia

Energi

Energi merupakan kemampuan untuk melakukan kerja. Setiap benda memiliki energi. Energi yang dimiliki benda dapat dibedakan menjadi energi kinetik dan energi potensial.

• Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda-benda yang bergerak. Contohnya energi pada angin, air terjun, dan kipas angin yang berputar.
• Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukan benda tersebut. Contohnya energi potensial gravitasi dan pegas.

Kalor dan Kalor Reaksi

Kalor merupakan energi yang berpindah dari satu benda ke benda lain karena perbedaan temperatur. Satuan kalor sama dengan satuan energi yaitu Joule (J). Adakalanya satuan yang dipakai adalah kalori (kal) atau kilokalori (kkal). Kalor reaksi adalah kalor yang menyertai suatu reaksi kimia.

Sistem dan Lingkungan

Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian. Sistem merupakan bagian yang sedang diamati perubahan energinya. Misalnya dalam pengamatan proses pelarutan garam dapur dalam air, maka garam dapur dan air merupakan sistem. Lingkungan merupakan bagian di luar sistem. Contohnya dalam proses pelarutan garam dapur tersebut, maka selain garam dapur dan air merupakan lingkungan, misalnya udara di sekitarnya.

Sistem dibagi menjadi tiga, yaitu:

1. Sistem terbuka merupakan sistem yang memungkinkan pertukaran energi dan materi antara sistem dan lingkungan. Contoh: melarutkan garam dapur di beker gelas yang terbuka.

1. Sistem tertutup merupakan sistem yang memungkinkan pertukaran energi antara sistem dan lingkungan, tetapi tidak memungkinkan terjadinya pertukaran materi.Contoh: mengamati perubahan panas pada reaksi pelarutan di tempat beker gelas yang tertutup. Pada keadaan itu materi tidak dapat keluar atau masuk beker gelas, karena beker gelas dalam keadaan tertutup. Akan tetapi 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.

1. Sistem terisolasi merupakan sistem yang tidak memungkinkan pertukaran energi dan materi antara sistem dan lingkungan karena adanya batas yang mengisolasi sistem dan lingkungan. Contoh: air dalam termos. Air panas yang disimpan dalam termos tidak mengalami perubahan panas dan volume air tidak berkurang. Dengan demikian, baik benda maupun energi panas tidak mengalami perubahan.

Reaksi Eksoterm dan Endoterm

Reaksi termokimia dapat dibedakan menjadi reaksi eksoterm dan reaksi endoterm. Perbedaan kedua reaksi tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.

Reaksi Eksoterm

Reaksi eksoterm adalah reaksi kimia dimana terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan. Reaksi ini yang mengeluarkan, memberikan atau menghasilkan panas. Reaksi ini juga merupakan reaksi pembentukan ikatan. Pada reaksi eksoterm: harga ΔH ( - ); harga kalor pembentukannya ( + ). Reaksi eksoterm tidak stabil pada suhu tinggi.

Contoh reaksi eksoterm: C(s) + O2(g) → CO2(g) + 393.5 kJ; ΔH = -393,5 kJ. Dari reaksi tersebut terlihat bahwa kalor pembentukannya = +393.5 kJ, ΔH (perubahan entalpi) = -393.5 kJ

Reaksi Endoterm

Reaksi endoterm adalah reaksi kimia dimana terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke system. Reaksi membutuhkan panas atau menyerap panas, atau merupakan reaksi pemutusan ikatan. Pada reaksi endoterm: harga ΔH = ( + ); harga kalor pembentukannya = ( - ).

Contoh reaksi endoterm: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) -178.5 kJ ; ΔH = +178.5 kJ. Dari reaksi tersebut terlihat bahwa kalor pembuntukannya = - 178.5 kJ, ΔH (perubahan entalpi) = +178.5 kJ.

Tabel 1. Perbedaan Reaksi Eksoterm dan Reaksi Endoterm

Reaksi Eksoterm	Reaksi Endoterm
Menghasilkan energi	Memerlukan energi
Sistem melepas kalor	Sistem menyerap kalor
Kalor berpindah dari sistem ke lingkungan	Kalor berpindah dari lingkungan ke sistem
Suhu naik	Suhu turun
∆H akhir < ∆H awal	∆H akhir > ∆H awal
∆H negative	∆H positif

Entalpi dan Perubahan Entalpi

Entalpi merupakan energi kimia yang terkandung di dalam suatu sistem.

• Entalpi suatu sistem tidak dapat diukur, yang dapat diukur adalah perubahan entalpi (ΔH) yang menyertai perubahan sistem tersebut.
• Entalpi juga diartikan sebagai jumlah kalor dalam suatu zat.
• Perubahan entalpi adalah perubahan kalor yang terjadi pada suatu reaksi kimia.

Perubahan entalpi adalah perubahan energi yang menyertai peristiwa perubahan kimia pada suhu dan tekanan tetap/tertentu. Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

ΔH = HP – HR  atau dirumuskan sebagai: ΔHreaksi = ΔHproduk – ΔHreaktan

Dimana: ΔH = perubahan entalpi, HP = entalpi produk, HR = entalpi reaktan

Jenis-jenis Perubahan Entalpi

1. Entalpi Pembentukan Standar (ΔHf0), kalor yang diserap atau dilepas pada pembentukan satu mol zat dari unsur-unsurnya diukur pada suhu 25°C dan tekanan 1 atm.

Contoh: H2(g) + 1/2 O2(g) → H20 (l); ΔHf0 = -285.85 kJ.

1. Entalpi Penguraian Standar (ΔHd0), yaitu kalor yang diserap atau dilepas pada peruraian satu mol zat menjadi unsur-unsurnya (kebalikan dari entalpi pembentukan).

Contoh: H2O (l) → H2(g) + 1/2 O2(g); ΔHd0 = +285.85 kJ.

1. Entalpi Pembakaran Standar (ΔHc0), yaitu adalah kalor yang dilepas pada pembakaran 1 mol zat(reaksi dengan oksigen) diukur pada suhu 25°C dan tekanan 1 atm.

Contoh: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ; ΔHc0 = -802 kJ.

1. Entalpi Netralisasi (ΔHn0), yaitu kalor yang dilepas pada pembentukan 1 mol air dan reaksi asam-basa pada suhu 25°C dan tekanan 1 atmosfer.

Contoh: NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l); ΔHn0= -890.4 kJ/mol.

1. Entalpi Pelarutan (ΔHs0) Entalpi pelarutan adalah kalor yang dilepas atau diserap pada pelarutan satu mol zat.

Contoh: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq); ΔHs0 = 4 kJ

1. Entalpi Reaksi, yaitu ΔH dari suatu persamaan reaksi di mana zat-zat yang terdapat dalam persamaan reaksi dinyatakan dalam satuan mol dan koefisien-koefisien persamaan reaksi bulat sederhana.

Contoh: 2Al + 3H2SO4 →  Al2(SO4)3 + 3H2; ΔH = -1468 kJ.

Hukum Lavoisier-Laplace

”Jumlah kalor yang dilepaskan pada pembentukan 1 mol zat dari unsur unsurya sama dengan jumlah kalor yang diperlukan untuk menguraikan zat tersebut menjadi unsur-unsur pembentuknya”

Artinya: Apabila reaksi dibalik maka tanda kalor yang terbentuk juga dibalik dari positif menjadi negatif atau sebaliknya.

Contoh:

• Kalor Pembentukan: N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g); ΔH = - 112 kJ
• Kalor Penguraian: 2NH3(g)  N2(g) + 3H2(g); ΔH = + 112 kJ

Hukum Hess

"Jumlah panas yang dibutuhkan atau dilepaskan pada suatu reaksi kimia tidak tergantung pada jalannya reaksi tetapi ditentukan oleh keadaan awal dan akhir."

Dengan perkataan lain, Hukum Hess dapat menerangkan bahwa: ”Setiap reaksi memiliki harga ΔH yang tetap, dan harga ΔH itu tidak tergantung pada jumlah tahap reaksi.”

Artinya: harga ΔH dari suatu reaksi yang berlangsung satu tahap akan sama dengan harga  jika ΔH reaksi itu berlangsung beberapa tahap, seperti pada contoh berikut.

Reaksi karbon dan oksigen membentuk CO2 dapat berlangsung 1 tahap dan 2 tahap, dengan harga ΔH yang sama.

Menurut Hukum Hess : x = y + z

Catatan: Hukum Hess sangat berguna untuk menghitung harga  suatu reaksi berdasarkan beberapa reaksi lain yang -nya sudah diketahui.

Menyelesaikan Hitungan Termokimia

1. Susunlah persamaan reaksi yang diketahui secara lengkap beserta kalornya
2. Susunlah persamaan reaksi yang akan dihitung di bawah reaksi-reaksi yang diketahui
3. Samakanlah letak maupun koefisien reaksi antara reaksi yang diketahui dan reaksi yang akan dihitung.
4. Coret unsur dan senyawa yang sama secara silang.
5. Jumlahkan unsur/senyawa dan kalor yang ada (tersisa).
6. Untuk diperhatikan:

• • Bila reaksi dibalik maka harus disertai perubahan tanda dari kalor reaksi tersebut.
  • Bila suatu reaksi harus dikalikan dengan bilangan ”tertentu” maka seluruh unsur/senyawa dan kalor yang ada harus dikalikan dengan bilangan tersebut.

Perhitungan Perubahan Entalpi Reaksi

Hukum Hess menyatakan bahwa perubahan kalor pada suatu reaksi tidak bergantung pada jalannya reaksi, tapi bergantung pada keadaan awal dan akhir suatu reaksi. Hukum Hess dapat diaplikasikan dalam 4 cara:

1. Menggunakan diagram siklus
2. Menggunakan diagram tingkat energi
3. Menggunakan data entalpi pembentukan standar(ΔHf0)
4. Menggunakan data reaksi
5. Menggunakan data energi ikatan. Energi ikatan (D) adalah besarnya energi yang dibutuhkan untuk memutuskan 1 mol ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas dengan satuan kJ/mol

Energi Ikatan

Reaksi kimia merupakan proses pemutusan dan pembentukan ikatan. Proses ini selalu disertai perubahan energi.

• Energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan kimia, sehingga membentuk radikal-radikal bebas disebut energi ikatan.
• Untuk molekul kompleks, energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul itu sehingga membentuk atom-atom bebas disebut energi atomisasi. Harga energi atomisasi ini merupakan jumlah energi ikatan atom-atom dalam molekul tersebut.
• Untuk molekul kovalen yang terdiri dari dua atom seperti H2, 02, N2 atau HI yang mempunyai satu ikatan maka energi atomisasi sama dengan energi ikatan. Energi atomisasi suatu senyawa dapat ditentukan dengan cara pertolongan entalpi pembentukan senyawa tersebut.

Secara matematis hal tersebut dapat dijabarkan dengan persamaan:

ΔHreaksi = (Energi pemutusan ikatan) - (Energi pembentukan ikatan)

ΔHreaksi = (Energi ikatan di kiri) - (Energi ikatan di kanan)

Contoh:

Diketahui energi ikatan C-H = 414,5 kJ/Mol; C=C = 612,4 kJ/mol; C-C = 346,9 kJ/mol; H-H = 436,8 kJ/mol. ΔHreaksi C2H4(g) + H2(g)  C2H6(g) = ...?

ΔHreaksi      = Jumlah energi pemutusan ikatan - Jumlah energi pembentukan ikatan

= (4(C-H) + (C=C) + (H-H)) - (6(C-H) + (C-C))

= ((C=C) + (H-H)) - (2(C-H) + (C-C))

= (612.4 + 436.8) - (2 x 414.5 + 346.9)

= - 126,7 kJ

Kalor Pembentukan

Yang disebut kalor pembentukan adalah kalor reaksi pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya. Misalnya: Kalor pembentukan H2O = 58 kkal. Hal ini berarti bahwa reaksi pembentukan 1 mol H2O dari hidrogen dan oksigen akan melepaskan kalor sebesar 58 kkal. Reaksi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:

H2 + ½ O2 → H2O + 58 kkal.

Reaksi ini dapat juga ditulis seperti berikut ini:

H2 + ½ O2 → H2O; = 58 kkal.

Dalam hal ini kita boleh menyebutkan bahwa entalpi pembentukan H2O = -58 kkal. Catatan: Berdasarkan defenisinya, maka: kalor pembentukan hanya dimiliki oleh senyawa, sedangkan unsur tidak memiliki kalor pembentukan (Kalor pembentukannya = nol.

Kalor Pembakaran

Yang disebut kalor pebakaran adalah kalor pada pembakaran 1 mol suatu zat dengan oksigen. Misalnya: Kalor pembakaran karbon = 94 kkal. Hal ini berarti bahwa reaksi pembakaran 1 mol karbon menjadi CO2 akan melepaskan kalor sebesar 94 kkal. Reaksinya adalah:

C + O2 → CO2 + 94 kkal

Dengan perkataan lain, entalpi pembakaran karbon adalah = -94 kkal.

C + O2 → CO2; ΔH = -94 kkal

Kalor Reaksi

Jika kalor pembentukan diketahui, maka kalor reaksi adalah selisih antara: jumlah total kalor pembentukan zat-zat di ruas kanan dan jumlah total kalor pembentukan zat-zat di ruas kiri. Secara umum dapat dijabarkan sebagai berikut:

mA + mB  pC + qD

Kalor Reaksi = (p.KPC + q.KPD) – (m.KPA + n.KPB)

Dimana: KP = kalor pembentukan.

Contoh soal:

Jika kalor pembentukan Fe3SO4 = 226 kkal, dan kalor pembentukan H2O = 58 kkal, hitunglah kalor reaksi dari: 3 Fe + 4 H2O  Fe3O4 + 4 H2

Penyelesaian:

Kalor Reaksi = (p.KPC + q.KPD) – (m.KPA + n.KPB)

Kalor Reaksi = {(1× 226 ) + (4 x 0)}  -  {(3 × 0) + (4 × 58)}

Kalor Reaksi = (226)  -   (232)

Kalor Reaksi = 34 kkal.

Jadi, kalor reaksi dari: 3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2 adalah 34 kkal.

Arah Proses

Reaksi-reaksi kimia ada yang berlangsung spontan (terjadi dengan sendirinya), dan ada juga yang berlangsung secara tidak spontan (memerlukan faktor-faktor khusus agar dapat berlangsung). Dalam reaksi-reaksi kimia, reaksi eksoterm (melepaskan kalor) pada umumnya berlangsung spontan; sedangkan reaksi endoterm (menerima kalor) pada umunya berlangsung tidak spontan.

Selain entalpi, terdapat besaran lain yang menentukan spontan atau tidaknya suatu perubahan zat. Besaran tersebut dikenal dengan istilah entropi (= derajat ketidak teraturan sistem).

• Suatu proses akan berlangsung spontan jika proses itu berjalan dari sesuatu yang teratur menuju ke sesuatu yang tidak teratur.
• Jika suatu sistem makin tidak teratur, maka dikatakan bahwa entropi (S) bertambah atau (perubahan entropi) positip.
• Sebaliknya, Jika suatu sistem makin teratur, maka dikatakan bahwa entropi (S) berkurang atau (perubahan entropi) negatif.

Dengan demikian:

• Suatu reaksi dikatakan spontan jika reaksi itu adalah reaksi eksoterm ( negatif) dan reaksi itu menuju ke ketidakteraturan ( positif).
• Suatu reaksi dikatakan tidak spontan jika reaksi itu adalah reaksi endoterm ( positif) dan reaksi itu menuju ke keteraturan (  negatif).
• Suhu ikut menentukan spontan atau tidaknya perubahan suatu zat, maka dikenal konsep energi bebas (G).

G = H – T.S  → ΔG = T., Dimana: T = Suhu mutlak (K)

Dengan demikian, suatu reaksi berlangsung spontan jika dan hanya jika terjadi pengurangan energi bebas (ΔG  negatif). Jika  positif, maka reaksi itu tidak spontan.

Penerapan Termokimia

1. Kromatografi lapis tipis

Aktivasi termokimia menjadi bagian dari proses pengembangan noda pada kromatografi lapis tipis. Noda akan berpendar di tempat yang terpapar sinar ultraungu saat dipanaskan pada suhu tinggi. Reaksi larutan dapat dideteksi melalui pemisahan pada silika gel dengan ikatan aminopropil. Permukaan lempeng silika gel bertindak sebagai katalis yang melakukan konjugasi dengan senyawa π- elektron yang melimpah. Reaksi larutan akan membentuk produk yang mengalami fluoresensi ketika telah dalam kondisi jenuh.

2. Pembuatan bioetanol

Termokimia telah diterapkan dalam pembuatan bioetanol dengan bahan baku berupa biomassa lignoselulosa.  Etanol dihasilkan dari pencampuran gas karbon monoksida dan dua atom hidrogen. Reaksi eksotermis dihasilkan pada tekanan 200 bar melalui bantuan katalis logam dengan suhu 300 oC. Proses termokimia juga menghasilkan produk sampingan berupa alkohol dalam bentuk propanol, butanol, dan methanol.

Proses termokimia menghasilkan bioetanol dengan tingkat daya guna yang tinggi. Termokimia mampu memanfaatkan komponen lignin yang hanya terbuang pada pembuatan bioetanol dengan proses biokimia. Kerumitan dari pembuatan bioetanol dengan proses termokimia adalah penggunaan katalis yang tepat. Katalisasi dilakukan dengan bahan dasar berupa rhodium, tembaga, kobalt, molibdenum, seng, dan besi.

3. Gasifikasi

Gasifikasi merupakan pengubahan biomassa menjadi bahan bakar gas atau bahan kimia. Bahan dasar proses gasifikasi adalah karbon yang diubah melalui proses termokimia. Suhu standar dalam gasifikasi yaitu antara 600–1.000 oC. Proses oksidasi dalam gasifier dilakukan dengan media udara, oksigen, uap air, atau gabungan ketiganya. Bahan baku yang digunakan untuk gasifikasi dengan termokimia ialah biomassa lignoselulosa yang telah dikeringkan dan digiling menjadi ukuran tertentu.

4. Pembuatan bahan bakar minyak atau gas

Termokimia dapat dimanfaatkan untuk membuat bahan bakar cair dan gas. Bahan baku yang digunakan berasal dari mikroalga. Tahapan pengubahan mikroalga menjadi bahan bakar minyak atau gas meliputi gasifikasi, pirolisis, hidrogenasi dan likuefaksi.

Apa yang dimaksud termokimia?

Apa yang dimaksud termokimia dan berikan contohnya?

Apa yang dimaksud dengan termokimia di brainly?

Apa itu termokimia ruang guru?