Mengenal Lebih Dalam Termokimia dan Perubahan Entalpi

Termokimia merupakan sebuah materi penting yang kalian pelajari di bidang kimia. Di dalam termokimia, kalian akan diajak untuk belajar tentang energi panas dan kalor yang menjadi penyebab terjadinya suatu perubahan kimia maupun fisika. Termokimia dapat kalian sebut juga sebagai termodinamika kimia.

Di sini, kalian akan diajak untuk belajar menganalisis hubungan antara energi panas dengan perubahan kimia. Sebelum mempelajari materi termokimia lebih dalam, kalian harus mempelajari dan memahami terlebih dahulu apa itu energi. Siap belajar? Yuk, simak penjelasan berikut ini!

Energi dan Perubahan Energi dalam Termokimia

Singkatnya, energi merupakan sebuah kemampuan untuk melakukan kerja. Kalian juga pasti tahu, dalam kehidupan sehari-hari, terdapat banyak bentuk energi. Misalnya saja seperti energi kalor, energi kimia, energi bunyi, energi cahaya, energi gerak, energi listrik energi potensial, energi kinetik dan banyak energi lainnya. 

Pada materi termokimia yang akan kalian pelajari di kelas XI kali ini, kalian akan sering menggunakan energi panas dalam pembahasannya. Energi panas memang berkaitan erat dengan partikel materi penyusun suatu benda. Baik itu berupa atom, molekul, maupun ion. 

Perlu kalian ketahui, apabila terdapat sebuah zat mengalami perubahan struktur yang disebabkan oleh sebuah reaksi kimia, maka akan terjadi perubahan pada energi kimia. Baik itu dilepas, disimpan, maupun diubah dalam bentuk energi yang lainnya. 

Hubungan antara energi kimia dan energi panas ini dapat kalian temukan dalam kehidupan sehari-hari, contohnya seperti yang terjadi pada kendaraan bermotor. Sebuah kendaraan yang bergerak akan mengalami perubahan energi dari reaksi kimia yang berasal dari bahan bakar. 

Bahan bakar kendaraan secara umum adalah hidrokarbon. Hidrokarbon kemudian akan bereaksi dengan oksigen dalam bentuk gas, sehingga dapat terbakar. Dari reaksi tersebut, maka akan dihasilkan karbondioksida dan uap air. Dari reaksi kimia itu pula, akan terbentuk energi panas. 

Mesin mobil juga dapat mengubah energi kimia yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar menjadi energi kinetik. Di dalam mesin, energi kimia berbentuk kalor atau panas akan dibebaskan oleh pembakaran. 

Energi kinetik yang nantinya menggerakkan mobil, berasal dari pergerakan piston yang didesak oleh gas hasil pembakaran karbon dioksida. Energi kinetik tersebut juga dihasilkan dari uap air yang mengembang karena reaksi pembakaran. 

Hukum Termodinamika

Hubungan antara energi panas atau kalor dengan energi yang lain dapat kalian pelajari menggunakan ilmu termodinamika. Harus kalian tahu, hukum I termodinamika dapat dikatakan sebagai bentuk lain dari hukum kekekalan energi. Hukum I termodinamika menyatakan jumlah energi yang ada di alam semesta adalah tetap. 

Masih ingat dengan hukum kekekalan energi yang sudah pernah kalian pelajari di materi sebelumnya? Di dalamnya, kita bisa mengetahui jika sebuah energi tak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Akan tetapi, energi itu hanya akan diubah dari sebuah bentuk ke bentuk energi yang lainnya. 

Tentu kalian sudah mengetahui perubahan energi yang terjadi pada sebuah mobil yang sudah kita bahas pada sub judul sebelumnya. Agar mobil dapat bergerak, tentu terdapat perubahan dari energi kimia menjadi energi kinetik. 

Nah, tahukah kalian? Energi kinetik yang dihasilkan lebih kecil dari energi kimia yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar. Hal tersebut dapat terjadi karena tak semua energi kimia yang ada berubah menjadi energi kinetik. 

Sebagian energi kinetik yang dibentuk akan diubah menjadi bentuk energi lain. Hanya 15% energi hasil pembakaran yang digunakan untuk menggerakkan mobil. Energi lain yang dimaksud dapat berupa energi panas, getaran, dan bentuk energi lain. 

Sistem dan Lingkungan dalam Termokimia

Seperti yang kalian ketahui, secara umum sistem dapat diartikan sebagai salah satu bagian dari semesta yang dijadikan sebagai fokus kajian. Sementara itu, lingkungan dapat diartikan sebagai segala sesuatu di luar sistem, tetapi bukan sebagai objek kajian. 

Dalam reaksi kimia, kalian dapat menentukan yang namanya pereaksi, sebagai sebuah sistem. Artinya, segala sesuatu yang bukan pereaksi dapat kalian sebut sebagai lingkungan. Bingung dengan sistem dan lingkungan termokimia ini? 

Misalnya, kalian melakukan sebuah percobaan yang melibatkan larutan gula sebagai pereaksi, larutan tersebut dimasukkan ke dalam gelas reaksi. Nah, dalam hal ini, larutan gula berperan sebagai sistem dan gelas reaksi berperan sebagai lingkungan. 

Entalpi dalam Termokimia

Apakah kalian tahu kalau energi yang terdapat dalam reaksi kimia ternyata dapat dihitung? Padahal kita tahu, jika energi merupakan sesuatu yang tak dapat kita lihat. Namun, energi yang ada dalam reaksi kimia ini bisa kalian sebut dengan entalpi. 

Salah satu sifat energi memang tak dapat diukur, tetapi kalian dapat mengukurnya berdasarkan keadaan awal dan keadaan akhir selama sebuah reaksi kimia berlangsung. Energi yang terdapat di dalam reaksi kimia itulah yang bisa kalian kenali dengan istilah Entalpi (H). 

Dalam reaksi kimia, yang dapat diukur adalah energi panas. Lebih tepatnya,  entalpi ini tak dapat diukur, tetapi dapat diketahui besar perubahannya dari reaksi yang telah dilakukan. Besarnya perubahan entalpi (H) juga dipengaruhi oleh kondisi awal dan akhir dari suatu reaksi kimia. 

Entalpi yang ada dalam sebuah reaksi kimia, ternyata bergantung terhadap berbagai hal yang meliputi Tekanan (P), Energi dalam (E), dan Volume (V). Entalpi bergantung pada ketiga hal tersebut karena entalpi dapat dikatakan sebagai jumlah energi dalam (E) suatu sistem dan energi yang digunakan untuk menggeser lingkungan yang ada di sekitarnya. 

Adapun rumus entalpi termodinamika yang terbentuk adalah
H = E + P . V

Di dalam kehidupan sehari-hari, terdapat berbagai entalpi. Pada sebuah pelarutan zat, entalpi yang ada di dalamnya disebut dengan entalpi pelarutan. Pada pembakaran, entalpi yang ada di dalamnya disebut dengan reaksi pembakaran. 

Dalam kasus ini, yang kita ukur bukanlan entalpi dari  proses tersebut, melainkan perubahan entalpi yang terjadi di dalamnya.

Perubahan Entalpi dalam Termokimia

Seperti yang kalian tahu, besarnya entalpi ini tidak dapat diukur. Kalian hanya dapat mengukur besarnya perubahan entalpinya (H) saja. Nah, bagaimana cara mengukur perubahan entalpi ini? Ikuti terus penjelasan materi berikut ini, ya!

Kalian masih ingat rumus entalpi kan? Rumus entalpi berbunyi H = E + P . V. Harus kalian ingat pula jika yang akan kalian hitung hanya perubahan entalpinya atau (H) saja. Oleh karena itu, rumus entalpi akan berubah menjadi:

H= E+ (P . V)

Keterangan:

H = Entalpi (J)

E = Energi Dalam (J)

P = Tekanan (Pa)

V = Volume (M3)

Besarnya E atau energi dalam ini berasal dari penjumlahan q (kalor) dan kerja (w). Oleh karena itu, rumus entalpi tadi dapat pula berbunyi menjadi: 

H = q + w +  (P . V)

Biasanya, pengukuran yang dilakukan di suatu tempat akan menggunakan tekanan yang relatif tetap. Misalnya saja pada mesin ketel uap (boiler). Di dalam mesin ini, air akan dipanaskan dan akan menguap dalam tekanan yang tetap. Pada tekanan yang relatif tetap, maka rumus entalpi akan berubah menjadi:

H = q + w + P(V) 

Rumus entalpi tersebut berubah karena tekanannya tetap. Hal ini dapat terjadi karena jika tekanan bersifat tetap, perubahan hanya berlaku pada perubahan volume (V) saja. Karena kerja dilakukan dalam sebuah sistem, maka kita dapat merumuskannya menjadi: 

w =  P(V) 

Dengan begitu, rumus perubahan entalpi sebelumnya dapat berubah menjadi: 

H = q + P(V) + P(V) 

Kemudian, rumus di atas akan berubah menjadi H = q.

Apabila dalam sebuah reaksi kimia penggunaan tekanan bersifat tetap, nilai entalpi yang ada di dalamnya sama dengan besar kalor yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan. Begitu juga sebaliknya.

Seperti yang kalian ketahui, nilai perubahan entalpi akan bergantung pada keadaan total entalpi awal (H awal) dan total entalpi akhir (H akhir) dari suatu reaksi. Nilai perubahan entalpi sendiri sebenarnya juga tidak bergantung pada bagaimana proses jalannya sebuah reaksi. Akibatnya, didapat rumus akhir:

H= Hakhir- H awal.

Reaksi Eksoterm dalam Termokimia

(Sumber: impiankit.blogspot.com)

Reaksi yang disertai dengan perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan (membebaskan energi panas) disebut dengan reaksi eksoterm. Dalam reaksi eksoterm dapat kita peroleh entalpi (H) semakin berkurang dan suhu akan naik. Bingung? Berikut ini adalah contoh percobaannya.

Untuk melakukan percobaan eksoterm, kalian sebaiknya melakukannya di laboratorium dan mengenakan pelindung diri. Sebab, kalian akan memerlukan bahan-bahan kimia yang berbahaya jika kalian menyentuhnya. 

Bahan dan alat yang digunakan meliputi tabung reaksi, Asam klorida (HCl), pita magnesium (5 cm), pinset, dan termometer. Mula-mula, kalian bisa menuangkan 5 ml larutan HCl  ke dalam tabung reaksi. Setelah itu, ukurlah suhu Hl tersebut menggunakan termometer dan jangan lupa dicatat, yaa. 

Setelah diukur suhunya, masukkan pita magnesium dalam tabung reaksi yang di dalamnya sudah diberi larutan HCl. Saat kalian perhatikan, pita magnesium akan larut dengan larutan HCl yang ada di dalam tabung reaksi. Terakhir, ukur kembali suhu larutan tersebut menggunakan termometer dan kalian akan mendapati suhu yang meningkat. 

Peningkatan suhu itu terjadi karena adanya pelepasan kalor dalam suatu sistem ke lingkungannya. Dalam percobaan itu, sistem yang dimaksud adalah campuran HCl dan pita magnesium. Sementara untuk lingkungannya yaitu tabung reaksi.

Karena percobaan tersebut adalah eksoterm (melepaskan kalor), nilai perubahan entalpinya negatif. Dari percobaan itu pula, dapat diperoleh persamaan sebagai berikut.

2HCl(aq)+(Mgs)) = (MgCl2(aq)) + (H2(g)), dengan H= – (negatif)

Reaksi Endoterm dalam Termokimia

(Sumber: iodidariana.blogspot.com)

Reaksi endoterm adalah sebuah pemindahan kalor dari lingkungan ke sistem (menyerap energi panas). Bisa dibilang, reaksi endoterm merupakan kebalikan dari reaksi eksoterm. Maka dari itu, entalpi akan bertambah dan suhu dari larutan akan menurun (lebih dingin dibanding suhu larutan pertama kali).

Dalam percobaan laboratorium, kalian bisa menggunakan pupuk urea sebagai salah satu objek percobaannya. Lengkapnya, alat dan bahan yang harus kalian sediakan antara lain, tabung reaksi, termometer, urea, aquades (10 ml), spatula, dan pengaduk. 

Pertama, tuangkan 10 ml aquades ke dalam tabung reaksi, lalu diukur suhu aquades dengan menggunakan termometer dan jangan lupa untuk mencatat suhunya. Berikutnya, kalian dapat memasukkan 10 spatula (2 sendok teh) urea ke dalam tabung reaksi yang didalamnya sudah diberi aquades dan aduk sampai larut.

Setelah reaksi selesai, kalian dapat mengukur suhunya kembali menggunakan termometer dan bandingkan dengan pencatatan awal. Dari hasil percobaan tersebut, kalian akan mendapati suhu yang lebih rendah. 

Saat kalian mempraktikkan reaksi ini di rumah dan kalian pegang tabung reaksinya, kalian akan merasakan suhu yang dingin pada tabung reaksi. Suhu yang lebih dingin tersebut dapat terjadi karena adanya penyerapan kalor dari lingkungan oleh sistem. 

Sistem yang dimaksud adalah campuran yang digunakan dalam reaksi, sedangkan tabung reaksi dianggap sebagai lingkungan. Karena reaksi endoterm menyerap kalor dari lingkungan ke sistem, maka nilai entalpinya adalah positif. Dari percobaan di atas, dapat diambil persamaan sebagai berikut.

CO(NH2)2(S) + H20(l)= CO(NH2)2(aq) dengan H= + (positif)

Persamaan Termokimia

Pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan atau penyerapan kalor dari lingkungan ke sistem akan terjadi pada reaksi kimia. Persamaan yang dinyatakan dalam bentuk termokimia memiliki keunikannya tersendiri, lho. Penulisan persamaan termokimia akan mengikut sertakan data perubahan entalpinya (H).

Kalorimetri

Kalorimetri merupakan cara yang digunakan untuk menentukan kadar kalor reaksi. Alat yang digunakan dalam kalorimetri disebut dengan kalorimeter. Nah, kalorimeter kimia itu sendiri adalah sebuah sistem yang terisolasi, tidak terdapat perpindahan materi dan energi dengan lingkungan. 

Apabila keseluruhan kalorimeter sebagai sebuah sistem, maka akan diperoleh QSISTEM= 0. Sementara itu, dengan mengukur perubahan temperatur (T), kalian dapat menghitung jumlah kalor (q) yang ada dalam sebuah reaksi kimia dengan menggunakan rumus:

Diagram Energi dalam Termokimia

Besarnya entalpi sebelum terjadi reaksi dan entalpi setelah reaksi dapat kalian gambarkan dengan diagram energi. Besarnya perubahan entalpi yang ikut serta dalam reaksi juga dapat kalian gambarkan juga dalam diagram energi.

Di dalam diagram energi, terdapat hubungan antara Energi Potensial (KJ/mol) dengan Waktu (s). Di dalam diagram tersebut diketahui bahwa pereaksi berada di kiri, sedangkan untuk hasil reaksi ada di sebelah kanan. 

Berikut adalah diagram energi untuk reaksi eksoterm dan juga reaksi endoterm.

1. Diagram Energi Reaksi Eksoterm 

(Sumber: iodidariana.wordpress.com)

Pada diagram energi reaksi eksoterm, entalpi reaktan akan lebih tinggi dibandingkan dengan entalpi produk hasil reaksi. Hal ini dapat terjadi karena dalam reaksi eksoterm, sistem melepaskan kalor ke lingkungan.

2. Diagram energi Reaksi Endoterm

(Sumber: iodidariana.wordpress.com)

Pada diagram ini, entalpi reaktan memiliki posisi yang lebih rendah dibandingkan dengan entalpi produk hasil reaksi. Hal tersebut dapat terjadi karena kalor dalam sistem diserap dari lingkungan.

QnA

Bagaimana? Apakah kalian sudah memiliki gambaran terkait materi ini. Mungkin sebagian dari kalian akan bertanya-tanya:

Video Pembelajaran Termokimia

Masih bingung dengan penjelasan di atas? Tenang, kalian juga bisa mempelajari materi Termokimia dengan lebih mudah dipahami melalui video dibawah ini. Di sana, terdapat pembahasan yang mudah-mudahan sangat mudah untuk kalian pahami.

Sampai di sini dulu pembahasan mengenai termokimia yang harus kalian pahami. Semoga kalian selalu semangat dalam mempelajari materi demi materi kimia, ya. Bicara soal materi kimia, termokimia juga berhubungan dengan level pembelajaran kimia yang selanjutnya, lho. Jadi jangan sampai dilupakan, ya! 

Daftar Pustaka

• iodidariana.wordpress.com/ 2016/12/31/diagram-tingkat -energi-reaksi-eksoterm-dan-endoterm/
• www.studiobelajar.com/termokimia/
• bimbel.ruangguru.com
• www.quipper.com/id/blog/ mapel/kimia/pengertian- termokimia-dan-contohnya/
• www.gurupendidikan.co.id/termokimia/