TERMOKIMIA

PENDAHULUAN

Apakah termokimia itu ? Termokimia atau thermochemistry berasal dari kata thermo yang berartipanas dan chemistry yang berarti kimia. Termokimia dalah ilmu yang mempelajari tentang panas danperubahannya dalam suatu reaksi kimia. Perubahan dalam suatu reaksi dibagi menjadi dua jenis,yaitu perubahan fisika dan perubahan kimia.

Perubahan fisika adalah perubahan yang tidak menghasilkan zat / senyawa baru. Contohnyaperubahan es menjadi air dan menjadi uap air.

Perubahan es menjadi air : H2O (s) H2O (l)

Perubahan air menjadi uap air : H2O (l) H2O (g)

Perubahan uap air menjadi es : H2O (g) H2O (s)

Perubahan kimia adalah perubahan yang menghasilkan materi baru. Contohnya adalah reaksipengaratan pada besi :

4Fe (s) + 3O2 (g) 2Fe2O3 (s)

Pada proses pengaratan padatan besi mengalami oksidasi dari oksigen mengahasilkan senyawa barubesi (III) oksida, yang memiliki sifat berbeda dengan besi.

Karakteristik Besi Besi (III)oksidaWarna Logam putih perak Padatan merah kecoklatan

Titik Lebur 1535 oC 1566 oC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ENERGI

Energi adalah kapasitas untuk menghasilkan kalor dan melakukan kerja. Air dalam bendunganmemiliki energi yang berasal dari energi potensial (energi yang dimiliki benda ketika diam). Jika airini dialirkan menjadi air terjun, maka energi potensial tersebut diubah menjadi energi kinetik yangdapat digunakan untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan energi listrik.

AirH2O (l)

EsH2O (s)

Uap AirH2O (g)

Energi = Kalor + Kerja

Kalor adalah sejumlah energi yang ditransfer dari satu benda ke benda lain karena adanyaperbedaan suhu. Kalor memiliki dua sifat, yaitu :

1. Kalor dapat mengubah suhu suatu bendaApabila suatu panas ditambahkan pada suatu zat maka suhu benda tersebut akan naik.Sementara apabila suatu panas ditarik dari suatu zat maka suhu benda tersebut akanturun.Misalnya, 50 ml air dengan suhu 20 oC ditambahkan 50 ml air dengan suhu 100 oC, makaketika dua larutan ini tercampur rata akan dihasilkan suhu campuran. Dimana suhucampuran ini akan > 20 oC.

2. Kalor dapat mengubah wujud suatu bendaPenambahan kalor pada suatu benda dapat mengubah wujud benda tersebut, misalnyaperubahan air menjadi uap air atau es.

Pada suatu reaksi kimia terdapat reaktan dan produk, maka reaktan dan produk tersebut dikenaldengan sebutan sistem. Sementara hal yang berada diluar sistem (erlenmeyer, labu, dll) dikenaldengan sebutan lingkungan. Suatu sistem mengandung energi kinetik dan energi potensial. Apabilasistem tersebut diisolasi, maka dihasilkan energi internal. Energi internal adalah energi total yangdimiliki suatu zat dalam keadaan terisolasi. Pada kenyataannya, sangat sulit untuk mengisolasisistem dari lngkungan karena sistem selalu mengalami kontak fisik dengan lingkungan. Tetapi kitadapat menghitung, jumlah energi yang masuk kedalam sistem dan energi yang keluar sistem.Perubahan energi yang masuk dan keluar sistem tersebut dikenal dengan E.

E = E akhir E awal

Karena Energi = Kalor + Kerja

Maka E = Q + W

E = Q - PV

Q = E + PV

Pada volum konstan Q = E

Pada tekanan konstan Q = E + PV

Karena kebanyakan dalam reaksi kimia berlangsung pada tekanan konstan, maka :

Q = E + PV = H

H = H produk H reaktan

Contoh.

C3H8 (g) + 5O2 (g) 3CO2 (g) + 4H2O (g) E = -2045 KJ

H = -2043 KJ

PV = 2KJ

Nilai perubahan entalpi (H) adalah sejumlah panas yang dilepas atau diserap selama reaksi ketikareaktan berubah menjadi produk pada tekanan yang tetap.

Dalam menghitung entalpi, wujud dari setiap reaktan dan produk ( padat, solid, gas, aquoeus ) harusjelas dan dituliskan, karena apabila berbeda wujudnya maka nilai entalpinya akan berbeda pula.Perhatikan reaksi berikut :

C3H8 (g) + 5O2 (g) 3CO2 (g) + 4H2O (g) H = -2043 KJ

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3CO2 (g) + 4H2O (l) H = -2219 KJ

Perbedaan nilai entalpi dari reaksi diatas disebabkan karena adanya reaksi dari uap air ( H2O (g)) keair (H2O (l)) .

H2O (g) H2O (l) H = - 44 KJ

4 H2O (g) 4 H2O (l) H = - 176 KJ

Nilai entalpi yang diukur pada keadaan ATP ( suhu= 25oC dan tekanan =1 atm) dikenal denganentalpi standar (lambang Ho), sehingga :

C3H8 (g) + 5O2 (g) 3CO2 (g) + 4H2O (g) Ho = -2043 KJ/mol

Jenis entalpi pada perubahan fisika :

1. Entalpi PencairanH2O (s) H2O (l) Hofus

2. Entalpi PenguapanH2O (l) H2O (g) Hovap

3. Entalpi SublimasiH2O (s) H2O (g) Hosub

Jenis Entalpi pada perubahan kimia :

1. Entalpi pembentukanH2 (g) + Cl2 (g) 2HCl (g) Hof=-3KJ

2. Entalpi penguraianNaCl (s) Na (s) + 0,5 Cl2 (g) Hod=+2 KJ

3. Entalpi pembakaran4Fe (s) + 3O2 (g) 2Fe2O3 (s) Hoc

4. Entalpi penetralanNaOH (aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H2O (l) Hon

5. Entalpi pelarutanNaOH (s) NaOH (aq) Hosol

Apabila sejumlah panas diserap dari lingkungan kedalam sistem maka dikenal dengan reaksiendotermik.

Contoh :

Ba(OH)2.8H2O (s) + 2 NH4Cl (s) BaCl2 (aq) + NH3 (aq) + 10 H2O (l) Ho = + 88 KJ/mol

Artinya : Reaksi antara barium klorida dan amonium klorida berlangsung secara endotermik, yangditandai dengan nilai entalpi positif.

Sebaliknya apabila dalam suatu reaksi kimia, selama reaksi berlangsung dilepaskan kalor dari dalamsistem ke lingkungan maka reaksinya disebut dengan reaksi eksotermik, yang ditandai denganentalpi bernilai negatif.

Contoh :

2 Al (s) + Fe2O3 (s) Al2O3 (s) + 2 Fe (s) Ho = -852 KJ

KALORIMETRI

Kita dapat menentukan nilai kalor dari suatu reaksi atau perubahan fisika dan kimia dengan metodeKalorimetri. Metode ini menggunakan suatu alat yang bernama Kalorimeter. Kalorimeter terdiri daribejana terinsulasi yang dihubungkan dengan termometer dan pengaduk dalam suatu sistemtertutup (gambar 1). Jika suatu reaksi berlangsung dalam kalorimeter, maka besarnya nilai panasyang dilepaskan dan diserap dapat dihitung berdasarkan perubahan suhu. Karena tekanan dalamkalorimeter adalah tetap / konstan (tekanan atmosfer), maka besarnya nilai entalpi H dapatdihitung pula berdasarkan perubahan suhu.

Gambar 1. Kalorimeter

Bom Kalorimeter adalah salah satu jenis kalorimeter yang digunakan untuk mengukurbanyaknya kalor yang dilepaskan selama reaksi pembakaran. Contoh/ sampel diletakandidalam wadah kecil (biasanya berbahan stainlessteel) dan ditutup dalam lingkungan yangmengandung oksigen. Wadah tersebut diletakan dalam suatu bejana terinsulasi (dikenaldengan sebutan Bom ) yang berisi air, dan dihubungkan dengan suatu arus listrik. Reaksidiinisiasi dengan arus listrik, panas yang dilepaskan dihitung berdasarkan perubahan suhuyang terlihat pada termometer.

Gambar 2. Bom Kalorimeter

Ketika kalorimeter menyerap panas yang dilepaskan dalam suatu reaksi kimia, perubahantemperatur yang dihasilkan bergantung pada kapasitas kalor dari kalorimeter. KapasitasKalor (C) suatu zat artinya banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatuzat setiap satu derajat celcius (satuan kal/oC atau J/ oC). Maka besarnya kapasitas kalorkalorimeter adalah :

=

T = ThemometerC = CoverM = Magnetic StirrerH = HeatA = Current (Ampere)B = Battere

Dari persamaan diatas, maka besarnya kalor yang diserap oleh kalorimeter adalah :

Q kalorimeter = C x T

Kalor Reaksi (Q) atau Entalpi (H) dapat dihitung melalui selisih nilai kalor pada akhir reaksidikurangi kalor pada awal reaksi.

Q = H = H2 - H1

Q = H = m.c.T2 - m.c.T1

Q = H = m.c.(T2 T1)

Q = H = m.c.T

Q = H = + / - cal atau J

Kalor jenis suatu zat (c) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu satu gramzat setiap satu derajat celcius (satuan kal/goC atau J/Kg oC)

= .

Kapasitas Molar Kalor (CM) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu satu molzat (satuan kal/mol atau J/mol).

Cm =

Kalori adalah salah satu satuan panas. Satu kalori diartikan dengan banyaknya kalor yangdibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1 derajat Celcius.

1 kal = 1 g air /oC

1 kal = 4,184 J

Dari definisi diatas dapat diartikan , nilai kalor jenis air adalah 1 kal/ g oC.

Latihan 1.

Sebanyak 50 ml air pada suhu 27 oC dimasukan dalam kalorimeter dan dialirkan arus listrik hinggasuhunya 57 oC. Jika kalor jenis air 1 cal/g oC dan berat jenis air 0,998 g/ml. Tentukan kalor yangdiserap/dilepaskan (Q/H)

Diketahui :

V air : ............ ml T 1 : ............oCBj air : ............ g/ml T 2 : ............ oCC : ............ kal/g oC

---

Apabila suatu kalorimeter dihubungkan dengan arus listrik maka besarnya nilai kalor dalam suatureaksi dapat ditentukan dengan cara:

Q = V.I.t

Karena V = I.R, maka :

Q = I.R.I.t (satuan : J)

Latihan 2.

Sebanyak 25 ml larutan A dimasukan ke dalam kalorimeter dan dialirkan arus listrik sebesar 1ampere dengan hambatan 3,5 ohm selama 15 menit. Jika panas kalorimeter diabaikan, berapakahbesarnya kalor reaksi larutan ?

Diketahui :

Kuat arus : ............ amp Volume larutan A : ............ mlHambatan : ............ ohmWaktu : ............ detik

Jawab :

ASAS BLACK

Panas suatu benda adalah nilai kalor yang dimiliki suatu benda. Apabila dua benda bersentuhan,maka akan terjadi proses perpindahan panas dari satu benda ke benda lainnya sampai dicapaikeadaan setimbang.

Asas Black menyatakan bahwa dalam sistem tertutup terisolasi, kalor yang dilepaskan olehbenda bersuhu tinggi = kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah.

Dari konsep Asas Black dapat diuraikan :

Qlepas = Qserap

Qlepas = kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggiQserap = kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah.

Pada reaksi eksotermik di dalam suatu kalorimeter , jumlah kalor reaksi dapat dihitung melalui asasBlack dimana kalor yang dilepaskan akan sama nilainya dengan kalor yang di serap.[ ] = [ ]

[ ] =

+

Latihan 3.

Sebuah kalorimeter sederhana ditimbang beratnya sebesar 300 g. Sebanyak 50 ml larutan xdimasukan ke dalam kalorimeter dan ditimbang beratnya menjadi 350 g. Suhu pada termometermenunjukkan angka 25oC. Kedalam kalorimeter dialirkan arus listrik sebesar 2 ampere denganhambatan 5 ohm selama 5 menit. Jika panas kalorimeter diabaikan, berapakah besarnya kalor jenislarutan jika suhu akhir 35 oC ?

Diketahui :

m kalorimeter : ............................. g Kuat arus : ............ ampm larutan : ............................. g Hambatan : ............ ohm

Waktu : ............ detik

Jawab :

Q lepas = Q serap

Latihan 4.

Sebuah kalorimeter sederhana ditimbang beratnya sebesar 300 g. Sebanyak 50 ml air dimasukan kedalam kalorimeter dan ditimbang beratnya menjadi 350 g. Suhu pada termometer menunjukkanangka 25oC. Kedalam kalorimeter dialirkan arus listrik sebesar 2 ampere dengan hambatan 5 ohmselamat 5 menit. Jika kalor jenis air 1 kal/goC dan suhu akhir 35 oC, berapakah besarnya kapasitaskalorimeter ?

Diketahui :

m kalorimeter : ............................. g Kuat arus : ............ ampm air : ............................. g Hambatan : ............ ohm

Waktu : ............ detik

Jawab :

Q lepas = Q serap

Q lepas = Q air + Q kalorimeter

Q lepas = Q yg di serap air + Q yg di serap kalorimeter

Latihan 5.

Sebuah kalorimeter sederhana ditimbang beratnya sebesar 400 g. Sebanyak 50 ml air dimasukan kedalam kalorimeter dan ditimbang beratnya menjadi 450,5 g. Suhu pada termometer menunjukkanangka 25oC. Kedalam kalorimeter ditambahkan 50 ml air panas dengan suhu 70oC. Kalorimeter dikocok selama 4 menit sampai tercapai suhu campuran pada suhu 40oC,kemudian kalorimterditimbang dan beratnya menjadi 502 g . Jika besarnya kalor jenis air 1 kal/goC. Berapa besarnyakapasitas kalorimeter dalam kal/oC dan J/oC?

Diketahui :

m kalorimeter : ............................. g T suhu kamar : ............ oCm air suhu kamar : ............................. g T air panas : ............ oCm air panas : ............................. g T campuran : ............ oCC : ............ kal/goC

Jawab : [ ] = [ ][ ] =

+

Latihan 6.

Sebuah kalorimeter sederhana ditimbang beratnya sebesar300 g. Sebanyak 50 ml larutan Y yangbersifat polar dengan berat jenis 1,105 g/ml dimasukan ke dalam kalorimeter. Suhu padatermometer menunjukkan angka 25oC. Kedalam kalorimeter ditambahkan 50 ml air panas dengansuhu 78oC. Kalorimeter di kocok selama 4 menit sampai tercapai suhu campuran pada suhu44oC,kemudian kalorimter ditimbang dan beratnya menjadi 403 g . Jika besarnya kalor jenis larutan Yadalah 0,85 kal/goC dan kalor jenis air 1 kal/goC. Berapa besarnya kapasitas kalorimeter dalam kal/oCdan J/oC?

Diketahui :

m kalorimeter : ............................. g T suhu kamar : ............ oCm air suhu kamar : ............................. g T air panas : ............ oCm air panas : ............................. g T campuran : ............ oCC : ............ kal/goC

Jawab : [ ] = [ ][ ] =

+

HUKUM HESS

Sekarang kita akan berdiskusi tentang perubahan entalpi selama proses reaksi berlangsung, misalnyadalam proses Habber Bosch. Habber Bosch adalah proses pembuatan amonia yang banyak dilakukandi industri. Dalam proses pembuatan amonia dibutuhkan bahan baku gas hidrogen dan nitrogen,seperti reaksi berikut :

H2 (g) + N2 (g) NH3 (g) Ho = -92 KJ/mol

Jika kita pelajari lebih detail, proses pembuatan amonia diatas tidak langsung menghasilkan amoniatetapi melali beberapa tahapan.

H2 (g) + N2 (g) N2H4 (g) NH3 (g) Ho = -92,2 KJ/mol

Perubahan entalpi dari hidrazin (N2H4) ke amonia diukur sebesar -187,6 Kj/mol. Namun perubahanentalpi dari hidrogen dan nitogen ke hidrazin sulit untuk diukur, karena disaat sebagian hidrogen dannitogen bereaksi membentuk hidrazine sejumlah hidrazin yang dihasilkan langsung menghasilkanamonia.

Melalui hukum Hess kita dapat menghitung berapa besarnya entalpi pembentukan hidrazin dari gashidrogen dan amonia. Hukum Hess menyatakan keseluruhan perubahan entalpi reaksi merupakanpenjumlahan entalpi disetiap tahap proses pembentukannya. Perhatikan reaksi berikut :

1) H2 (g) + N2 (g) N2H4 (g) Ho = ?2) N2H4 (g) + H2 (g) NH3 (g) Ho = - 187,6 KJ/mol3) H2 (g) + N2 (g) NH3 (g) Ho = -92 KJ/mol

Besarnya nilai entalpi dapat dihitung :

Ho1 = Ho3 - Ho2

Ho1 = -92,2 KJ - (-187,6 KJ)

Ho1 = + 95,4 KJ

---

Perhatikan contoh 1.Contoh 1. Berapakah nilai entalpi dari reaksi berikut

a + b c + d H= ....?... kJ/molJika diketahui :(1) a + z c + y H = +20 kJ/mol(2) d + z b + y H = - 45 kJ/mol

Penyelesaian :(1) a + z c + y H = +20 kJ/mol(2) b + y d + z H = +45 kJ/mol

a + b c + d H = +65 kJ/mol

Perhatikan contoh 2.Contoh 2.Berapakah nilai entalpi reaksi berikut :

a + b c + d H= ....?... kJ/molJika diketahui :(1) a + z c + y(2) 2d + 2z 2b + 2yPenyelesaian :(1) a + z c + y(2) b + y d + z

a + b c + d

Latihan 7.

Latihan 8.

Berapakah nilai entalpi reaksi berikut :H= ....?... kJ/mol

H = +20 kJ/mol

H = - 80 kJ/mol

H = +20 kJ/molH = +40 kJ/mol

H = +60 kJ/mol