TERMOKIMIA

 

Teori Dasar

Termokimia atau energetika kimia adalah ilmu yang mempelajari perubahan kalor pada reaksi kimia. Dalam percobaan ini perubahan kalor yang diamati dilakukan pada tekanan konstan dan system yang diamati menyangkut cair-padat sehingga perubahan volume dapat diabaikan. Akibatnya kerja yang bersangkutan dengan systemdapat pula diabaikan (PΔV ≈ 0). Oleh karena itu perubahan entalpi  (ΔH) sama denga perubahan energi dalam (ΔU).

Jumlah kalor yang terlibat dalam reaksi dapat ditentukan dengan menggunakan kalorimeter. Besaran fisika yang diamati adalah temperatur. Kalorimeter dibuat sedemikian rupa sehingga menyerupai termos ideal dimana tidak terjadi perpindahan kalor dari dan ke system. Tapi, tetap perlu diperhatikan tetap terjadi perpindahan kalor dari kalorimater ke isinya ( campuran reaksi yang akan ditentukan kalor reaksinya) atau sebaliknya.

Oleh karena itu kalorimeter harus ditera ( yakni dengan menentukan kalor yang diserap oleh kalorimeter). Jumlah kalor yang diserap oleh kalorimeter untuk menaikkan temperatur sebesar 1derajat disebut tetapan kalorimeter.

Menurut hukum kekekalan energi (hukum pertama termodinamika) ; energi tidak dapat diciptakan / dimusnahkan tetapi dapat di ubah dari  bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain,artinya energi alam semesta adalah konstan.Jadi, energi yang menyertai suatu proses kimia ataupun proses fisika hanyalah merupakan perpindahan atau perubahan bentuk energi.Secara matematik hokum pertama termodinamika dirumuskan sebagai;

                                    dU = dq + dw             ( 1 )

Bagi perubahan besar ( yang dapat diukur ),rumus diatas dapat di integralkan menjadi;

                                    DU  =  q  +  w             ( 2 )

Zat atau proses yang sedang dipelajari / diperhatikan perubahan energinya di sebut system.Segala sesuatu diluaar system,dengan apa system mengadakan pertukaran energi di sebut lingkungan.

Energi yang dimaksud diatas adalah bentuk panas atau kalor.Thermokomia adalah bagian dari ilmu kimia yang mempelajari atau membahas tentang kalor.Reaksi kimia termasukm proses isothermal dan berlangsung pada tekanan tetap.Pada dasarnya kalor yang bereaksi terbagi dua:

1.Kalor reaksi pada volume tetap,reaksinya dapat ditulis;

                 

                  DU = q_v + w                                        ( 3 )

Jika system hanya dapat melakukan kerja ekspansi,maka pada kondisi volume tetap,w = 0,sehingga

     

q_p = DU                                               ( 4 )

2.Kalor reaksi pada tekanan tetap,jika reaksi dikerjakan pada tekanan tetap,maka menurut persamaan;

W =-p  dV = -p ( V₂ – V₁ ) = -pDV                 ( 5 )

Sehingga persamaan w = -pDV sehingga persamaan ( 2 ) dapat ditulis sebagai :

            DU  =  qp  -  pDV                               ( 6 )

Persamaan ini dapat diubah menjadi:

            = U₂ – U₁ = qp – p ( V₂ – V₁ )

            = ( U₂ + pV₂ ) – ( U_­1+pV₁ ) = q_p

Atau: =( U + pV )₂ – ( U + pV )₁ = q_p

            = D ( U + pV ) = q_p                             ( 7 )     

Karena U + pV = H, sehingga persamaan akhir diatas dapat di tulis:

            DH = q_p                                                           ( 8 )

                        q = Kalor reaksi pada tekanan tetap

                        DH = Perubahan Entalpi

Sehingga kalor reaksi juga dapat ditulisakn sebagai perubahan entalpi.Jadi,jika suatu system membebaskan kalor sebesar q kj dan jika system menyerap kalor sebesar q kj pada tekanan tetap maka entalpi system bertambah sebesar q kj. Supaya terdapat keseragaman harus ditetapkan keadaan standar, yaitu  suhu 25^oC dan tekanan 1atm dengan demikian, perhitungan termokimia didasarkan pada keadaan standar.

A+B®C

Ø      Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor

Suatu bentuk energi yang menyebabkan materi mempunyai suhu disebut kalor. Kalor uga dapat menyebabkan perubahan wujud. Apabila suatu zat menyerap kalor, maka suhu zat itu akan naik sampai tingkat tertentu hingga zat itu akan mencair (jika zat padat) atau menguap (jika zat cair). Sebaliknya, jika salor dilepaskan dari suatu zat, maka suhu zat itu akan turun sampai tingkat tertentu hingga zat itu akan mengembun (jika zat gas) atau membeku (jika zat cair). Kita dapat menentukan perubahan jumlah kalor dari suatu zat, dari perubahan suhu atau perubahan wujud yang dialaminya.

Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 gram zat sebesar 1⁰C atau 1 K disebut  kalor jenis. Kalor jenis dinyatakan dalam joule per gram per derajat celcius (J g^{-1 0}C^-1) atau joule per gram per Kelvin (J g^-1 K^-1). Sebagai contoh, kalor jenis air adalah 4,18 J g^-1 K^-1. Jadi, untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1⁰C diperlukan 4,18 J; untuk menaikkan suhu 5 gram air sebesar20C diperlukan                5 x 4,18 x 2J . Secara umumberlaku rumus  :

	q = m.c.Δt

Dengan  

q  = jumlah kalor  (dalam joule)

m   =  massa zat (dalam gram)

Δt  =  perubahan suhu

c  =   kalor jenis

jumlah kalor yang diperlukan oleh suatu zat atau system untuk menaikkan suhu 1⁰C atau 1K disebut kapasitas kalor (C). Kapasitas kalor dinyatakan dalam joule per derajat celcius (J ⁰C^-1)  atau dalam joule per Kelvin (J K^-1). Apabila kapasitas kalor diketahui, maka rumus menjadi sebagai berikut  :

	q  =  C . Δt

dengan

q  =  jumlah kalor

C  =  kapasitas kalor

Δt  =  perubahan suhu

Ø      Kalorimetri

Kalor reaksi dapat ditentukan melalui percobaan yaitu dengan alat kalorimeter. Proses pengukuran kalor reaksi disebut kalorimetri.  Data ΔH reaksi yang terdapat pada tabel-tabel umumnya ditentukan secara kalorimetris.

Kalorimetri sederhana ialah mengukur perubahan suhu dari sejumlah tertentu air atau larutan sebagai akibat dari suatu reaksi kimia dalam suatu wadah terisolasi. Kalorimeter sederhana dapat tersusun dari dua buah gelas plastik.

Plastik merupakan bahan nokonduktor, sehingga jumlah kalor yang diserap atau yang berpindah ke lingkungan dapat diabaikan. Jika suatu reaksi berlangsung secara eksoterm maka kalor sepenuhnya akan diserap oleh larutan didalam gelas. Sebaliknya, jika reaksi yang berlangsung tergolong endoterm, maka kalor itu diserap dari larutan didalam gelas. Jadi, kalor reaksi sama dengan jumlah kalor yang diserap atau yang dilepaskan larutan di dalam gelas. Jumlah kalor yang diserap atau yang dilepaskan  larutan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan suhunya. Karena energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan , maka…

q_reaksi + q_larutan = 0

 Pembahasan

A.     Penentuan Tetapan Kalorimeter

Kalor yang menyertai suatu reaksi dapat ditentukan melalui percobaan yang mengahasilkan suatu tetapan yaitu tetapan kalorimeter. Tetapan kalorimeter dapat diukur di dalam percobaan tersebut dengan membandingkan kalor yang diterima kalorimeter (Q₃) dengan selisih temperatur sesudah dan sebelum bereaksi (ΔT). Pereaksi yang sudah ditentukan (20 mL) direaksikan dalam kalorimeter sehingga percobaan menghasilkan kalor yang diserap (yang diberikan air panas) dan kalor yang dilepas. Semua reaksi tergantung pada suhu termasuk tekanan dan beberapa jumlah kalor yang keluar (eksoterm) dari dalam kalorimeter pada saat percobaan.

B.     Penentuan kalor reaksi Zn_(s)-CuSO_{4 (aq)}      

Jumlah gram Zn yang direaksikan mempengaruhi kalor reaksi dan temperatur, ini terlihat melalui data yang memunculkan grafik naik. Zn yang dicampurkan dengan CuSO₄ akan menghasilkan reaksi sebagai berikut  :

                  Zn_(s) + CuSO_4(aq) à ZnSO₄ + Cu

  Penentuan kalor yang diserap menggunakan tetapan kalorimeter yang didapat melalui Percobaan I, selanjutnya kalor reaksi dapat ditentukan dengan jumlah yang diserap kalorimeter dan yang diserap larutan.

Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan maka kita dapat menarik beberapa kesimpulan. Kita telah mengetahui bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, maka dalam percobaan diatas perubahan suhu terjadi karena adanya kalor yang diserap maupun yang dilepaskan oleh suatu zat. Suatu reaksi kimia dapat melepaskan atau menyerap kalor.

Suatu zat yang belum direaksikan dengan zat lain akan menunjukkan temperatur yang tetap. Tetapi setelah direaksikan akan terjadi perubahan suhu yang akan terus berubah untuk beberapa saat dan kemudian akan menunjukkan angka yang konstan. Kenaikan suhu suatu zat tergantung dari banyaknya jumlah zat pelarut yang dicampurkan kedalamnya.

Reaksi kimia dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu  :

1.      Reaksi Eksoterm

Yaitu reaksi pada keadaan suhu system menjadi lebih tinggi daripada suhu lingkungan, maka kalor akan keluar dari system  ke lingkungan sampai suhu keduanya menjadi sama.

2.      Reaksi Endoterm

Yaitu reaksi kimia pada keadaan suhu campuran (system) menjadi lebih rendah daripada suhu lingkungan, maka kalor akan mengalir dari lingkungan ke dalam system sehingga suhu keduanya menjadi sama.

Reaksi kimia yang terjadi pada percobaan diatas cenderung adalah reaksi eksoterm, karena kalor yang dihasilkan oleh campuran (system) diserap oleh kalorimeter walaupun jumlahnya sangat sedikit. Tetapi didalam kalorimeter kita dapat menentukan kalor yang diserap oleh lingkungan (kalorimeter) sehingga kita dapat menentukan tetapan dari kalorimeter tersebut. Tetapan tersebut didapat dengan membandingkan kalor yang diseram oleh kalorimeter dengan selisih suhu sebelum dan sesudah bereaksi.  Bila tetapan lingkungan (kalorimeter) talah diketahui, maka kita dapat menentukan kalor reaksi seperti yang terjadi pada percobaan. Kalor reaksi didapat dari penjumlahan kalor yang diserap kalorimeter dan kalor yang diserap larutan.