BAB II DESKRIPSI TEORI, KERANGKA PIKIR DAN HIPOTESIS
4. Termokimia
Termokimia dapat didefinisikan sebagai bagian ilmu kimia yang mempelajari dinamika atau perubahan reaksi kimia dengan mengamati panas/termal nya saja. Salah satu terapan ilmu ini dalam kehidupan sehari-hari ialah reaksi kimia dalam tubuh kita dimana produksi dari energi-energi yang dibutuhkan atau dikeluarkan untuk semua tugas yang kita lakukan. Pembakaran dari bahan bakar seperti minyak dan batu bara dipakai untuk pembangkit listrik. Bensin yang dibakar dalam mesin mobil akan menghasilkan kekuatan yang menyebabkan mobil berjalan. Bila kita mempunyai kompor gas berarti kita membakar gas metan (komponen utama dari gas alam) yang menghasilkan panas untuk memasak. Dan melalui urutan reaksi yang disebut metabolisme, makanan
yang dimakan akan menghasilkan energi yang kita perlukan untuk tubuh agar berfungsi. Hampir semua reaksi kimia selalu ada energi yang diambil atau dikeluarkan. Mari kita periksa terjadinya hal ini dan bagaimana kita mengetahui adanya perubahan energi.28
Pernahkah kamu melarutkan deterjen bubuk sewaktu mencuci pakaian? Apa yang kamu rasakan pada deterjen? Apakah terasa dingin atau hangat? Coba bandingkan ketika kamu membuat larutan oralit (campuran garam dan gula dengan perbandingan tertentu)? Apa yang kamu rasakan pada bagian luar gelas tempat membuat larutan itu? Apakah terasa dingin atau hangat? Nah dua fenomena tersebut merupakan salah satu bentuk perubahan energi.29
a. Perubahan Energi suatu Reaksi Kimia
Energi merupakan konsep yang abstrak sehingga lebih sulit dipahami daripada zat, karena energi hanya dapat kita rasakan namun tidak dapat dilihat. Kita hanya dapat mempelajari pengaruh energi pada suatu objek. Misalnya, mengapa mulut terasa dingin ketika makan es krim? Memakan es krim akan menyebabkan mulut terasa dingin karena mulut yang sehat secara normal dewasa ini suhunya sekitar 37oC sedangkan es krim maksimal suhunya sampai 0oC. bahkan bisa berkisar -5 sampai -10 jika baru dikeluarkan dari lemari es. Adanya perbedaan suhu yang sangat jauh, sehingga terjadi perpindahan energi dari mulut ke es krim, perpindahan itu juga yang menyebabkan es meleleh.30
Ada dua hal yang perlu diperhatikan dalam termokimia yang menyangkut perpindahan energi yaitu sistem dan lingkungan. Peristiwa reaksi kimia yang sedang diamati atau dipelajari disebut
28
Ratna Ediati dkk., Kimia Untuk Sekolah Menengah Kejuruan Jilid I, (Jakarta: Direktorat Pembinaan SMK, 2008), h. 141
29 Das Salirawati, dkk., Belajar Kimia Secara Menarik Untuk SMA/MA Kelas XI, (Jakarta:
Grasindo, 2007), h. 68
30
Paul Monk, Physical Chemistry: Understanding Our Chemical World, (Manchester Metropolitan University: John Wiley&Son, 2004). h.77
sistem. Segala sesuatu diluar sistem disebut lingkungan. Berdasarkan interaksi dengan lingkungan, sistem dibedakan menjadi tiga macam yaitu sistem terbuka, sistem tertutup dan sistem terisolasi.
Sistem terbuka adalah suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi (zat) antara lingkungan dan sistem. Sistem tertutup adalah suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara sistem dan lingkungan. Sedangkan sistem terisolasi adalah sistem yang tidak memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara sistem dan lingkungan.
b. Entalpi dan perubahan Entalpi suatu reaksi
Umumnya reaksi kimia dilangsungkan pada wadah yang terbuka pada tekanan atmosfer atau pada tekanan tetap. Perubahan kalor pada tekanan semacam ini disebut perubahan entalpi. Entalpi dilambangkan dengan H, merupakan jumlah energi yang dimiliki sistem pada tekanan tetap. Seperti halnya pada energi, entalpi juga termasuk fungsi keadaan. Entalpi tidak dapat diukur, hanya perubahannya saja yang dapat diukur.
∆H = Hakhir – Hawal 1. Reaksi Eksoterm dan Endoterm
Kenapa kita berkeringat? Kita sering kali berkeringat misalnya setelah berlari dengan cepat, tinggal di daerah yang beriklim panas atau mungkin selama kita sakit yang menyebabkan suhu menjadi naik (kita sering mengatakan, kami kepanasan). Berkeringat adalah salah satu cara yang alami untuk mendinginkan tubuh. Keringat merupakan larutan garam dan minyak alami yang dihasilkan oleh kelenjar yang berada dibawah permukaan kulit. Kelenjar akan menghasilkan campuran tersebut ketikan tubuh merasa kepanasan. Kadang-kadang lengan yang berkeringat jika terkena angin dari kipas atau angin alami maka
kulit terasa dingin itu karena adanya penguapan air dari keringat.31
Reaksi dimana sistem menyerap kalor dari lingkungan disebut reaksi endoterm. Karena sistem menyerap kalor maka kalor yang ada dalam sistem akan bertambah. Tanda reaksi endoterm adalah ∆H = + (positif).
Sedangkan reaksi kimia dimana sistem melepaskan kalor ke lingkungan disebut reaksi eksoterm32. Karena sistem melepaskan kalor kelingkungan, maka kalor dalam sistem akan berkurang. Tanda reaksi eksoterm adalah ∆H = - (negatif).
2. Persamaan Termokimia
Karena entalpi adalah suatu fungsi keadaan, maka besaran
∆H dari reaksi kimia tidak tergantung dari lintasan yang dijalani pereaksi untuk membentuk hasil reaksi. Untuk melihat pentingnya pelajaran mengenai panas reaksi ini, kita dapat melihat perubahan yang sudah dikenal, yaitu penguapan air pada titik didihnya.
31
Paul Monk, Physical Chemistry…,h. 81
32
Robert G. Mortimer, Physical Chemistry: Third Edition, (Kanada: Elsevier, 2008), h. 86
Lingkungan Lingkungan Sistem
Lingkungan Lingkungan Sistem
Kita perhatikan perubahan 1 mol cairan air H2O(l) menjadi 1 mol air berupa gas, H2O(g) pada suhu 100OC dan tekanan 1 atm. Proses ini akan menyerap kalor sebanyak 41 kJ, maka ∆H = + 41 kJ. Perubahan keseluruhan dapat ditulis dengan persamaan:
H2O(l) → H2O (l) ∆H = + 41 Kj
3. Perubahan Entalpi Molar Standar (∆H)
Harga perubahan entalpi (∆H) selalu dipengaruhi oleh keadaan lingkungan sekitar, misalnya suhu dan tekanan. Sangatlah tidak efisien apabila dalam setiap pengukuran harus selalu mencantumkan suhu dan tekanan reaksi. Biasanya entalpi dihitung pada kondisi suhu 25oC (298 K) dan tekanan 1 atmosfer. Keadaan inilah yang ditetapkan sebagai keadaan standar. Jadi, entalpi yang diukur pada kondisi standar dinamakan dengan entalpi standar. Pada umumnya, suatu reaksi kimia mengikut sertakan jumlah reaktan dan produk reaksi yang biasanya dinyatakan dengan satuan molar. Oleh karena itu, dikenal pula entalpi molar standar yaitu perubahan entalpi 1 mol zat yang diukur pada keadaan standar. Perubahan entalpi suatu reaksi kimia dapat dihitung dari perubahan entalpi pembentukan reaktan dan produk.33
a. Entalpi Pembentukan Standar (∆H0f, f = formation)
Entalpi pembentukan standar (∆H0f ) adalah kalor yang dilepaskan atau diserap pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya pada reaksi yang dilakukan pada suhu 298 K dan tekanan 1 atmosfer.
Contoh: H2(g) + ½ O2(g) → H2O (l) ∆H0f = - 285,85 kJ b. Entalpi Penguraian Standar (∆H0d, d = dissociation)
Entalpi penguraian standar adalah kalor yang dilepaskan atau dibutuhkan untuk menguraikan 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya pada keadaan standar.
33
Contoh: H2O(l) → H2(g) + ½ O2(g) ∆H0d = + 285, 85 kJ c. Entalpi Pembakaran Standar (∆H0c, c = combustion)
Entalpi pembakaran standar adalah kalor yang digunakan untuk membakar 1 mol persenyawaan dengan O2 dari udara yang diukur pada 298 K dan tekanan 1 atmosfer. Pembakaran dikatakan sempurna jika:
1. Karbon C terbakar menjadi CO2 2. Hidrogen H terbakar menjadi H2O 3. Belerang S terbakar menjadi SO2 Contoh :
C2H5OH (l)+3O2(g)→2CO2(g)+3H2O(l) ∆H0c = -948, 86 kJ d. Entalpi yang lain
1) Entalpi Netralisasi Standar
Entalpi Netralisasi Standar adalah kalor yang dihasilkan (selalu eksoterm) pada reaksi penetralan 1 mol H3O+ (asam) dengan basa pada kondisi standar.
Contoh:
NaOH (aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
∆H0 = -890,4 kJ/mol 2) Entalpi Peleburan Standar
Entalpi Peleburan Standar adalah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan 1 mol zat padat menjadi zat cair pada titik leburnya dan tekanan standar.
Contoh: H2O(s) → H2O(l) ∆H0 = +6,01 kJ 3) Entalpi Penguapan Standar
Entalpi Penguapan Standar adalah kalor yang digunakan untuk menguapkan 1 mol zat cair menjadi 1 mol gas pada titik didihnya dan tekanan standar.
Contoh: H2O(l) → H2O(g) ∆H0 = +44,05 kJ 4) Entalpi Pengatoman Standar
Entalpi Pengatoman Standar adalah kalor yang digunakan untuk pembentukan 1 mol atom-atom unsur dalam fase gas pada kondisi standar.34
Contoh: ½ H2(g) → H(g) ∆H0 = +218 kJ
c. Penentuan ∆H Reaksi
Harga ∆H reaksi dapat ditentukan dengan beberapa cara, yaitu: 1. Menghitung ∆H reaksi dengan kalorimeter
Kalorimeter merupakan alat untuk mengukur panas reaksi, sedangkan metode atau proses pengukuran kalornya disebut kalorimetri.
Adapun rumus untuk menentukan besarnya kalor reaksi adalah:
q = m . c . ∆t
q = kalor yang diserap atau dikeluarkan (joule) m = massa zat pereaksi (gram)
c = kalor jenis (J g-1K-1)
∆t = perubahan suhu
2. Menghitung ∆H Reaksi Menggunakan data Entalpi Pembentukan Standar
Penyelesaian perhitungan termokimia untuk menentukan
∆H reaksi lebih singkat dikerjakan dengan menggunakan prinsip sebagai berikut: Besarnya perubahan entalpi reaksi sama dengan selisih jumlah perubahan entalpi pembentukan zat hasil reaksi dikurangi jumlah perubahan entalpi pembentukan zat pereaksi, masing-masing dikalikan dengan koefisien dalam persamaan reaksi.
∆Ho = ∑∆Hof (hasil reaksi) - ∑∆Hof (pereaksi)
3. Menghitung ∆H Reaksi menggunakan Hukum Hess
Germain Henri Hess dari Rusia melalui hasil-hasil percobaannya tetang kalor reaksi menyatakan bahwa apabila suatu reaksi dapat dinyatakan sebagai penjumlahan aljabar dari dua atau lebih reaksi, maka kalor reaksi juga merupakan penjumlahan aljabar dari kalor yang menyertai reaksi-reaksi itu.
Berdasarkan penjelasan tersebut, dapat disimpulkan bahwa harga ∆H reaksi hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir reaksi dan tidak tergantung jalannya reaksi. Pernyataan inilah yang terkenal sebagai bunyi hukum Hess atau Hukum Penjumlahan Kalor.
Misalnya pengubahan zat A menjadi zat B dapat terjadi secara langsung dan tak langsung.
• Cara langsung
A → B ∆H1 = x kJ
• Cara tak langsung
a. Melewati C ∆H2 = c kJ A → C C → B ∆H3 = b kJ b. Melewati P lalu Q ∆H4 = a kJ A → P P → Q ∆H5 = p kJ Q → B ∆H6 = q kJ Sehingga berlaku hubungan: x = c + b = a + p + q
atau ∆H1 = ∆H2 + ∆H3 = ∆H4 + ∆H5 + ∆H6 jika digambarkan dalam skema:
Contoh penerapan hukum Hess:
Pada reaksi S menjadi SO3 dapat terjadi secara langsung atau tak langsung melewati SO2, diperoleh data-data sebagai berikut: Cara langsung:
S(s) + 3/2 O2(g) → SO3(g) ∆H = x kJ Cara tak langsung:
S(s) + O2(g) → SO2(g) ∆H = -296,897 kJ SO2(g) + ½ O2(g) → SO3(g) ∆H = -98,282 kJ Berapa harga x?
Jawab
Jika persamaan reaksi yang diketahui dijumlahkan, maka akan diperoleh persamaan yang ditanyakan. Pada penjumlahan ∆H reaksi yang diketahui ikut dijumlahkan.
S(s) + O2(g) → SO2(g) ∆H = -296,897 kJ SO2(g) + ½ O2(g) → SO3(g) ∆H = -98,282 kJ + S(g) + 3/2 O2(g) → SO3(g) ∆H = -395,179 kJ A B B ∆H5 ∆H6 ∆H4 ∆H1 ∆H3 ∆H2
4. Menghitung ∆H Reaksi Menggunakan Data Energi Ikatan a. Pengertian Energi Ikatan
Energi Ikatan adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan kimia dalam 1 mol suatu senyawa dalam fase gas pada keadaan standar menjadi atom-atom gasnya. Contoh:
1 mol gas hidrogen terurai menjadi 2 atom hidrogen H2(g) + → H(g) + H(g) ∆H = 436 kJ
Didalam 1 mol gas H2, terdapat suatu ikatan kovalen antara H – H. Pada proses penguraian H2 menjadi 2 atom H dalam fase gas, ikatan itu akan terputus. Molekul tersebut akan terurai menjadi atom-atomnya. Untuk memutuskan ikatan antara H – H dalam H2 diperlukan energi. Energi itulah yang dinamakan dengan energi ikatan.
Energi Atomisasi adalah energi yang diperlukan untuk memecahkan molekul kompleks dalam 1 mol senyawa dalam fase gas pada keadaan standar menjadi atom-atom gasnya. b. Energi Ikatan untuk Menghitung ∆H Reaksi
Reaksi kimia merupakan proses pemutusan dan pembentukan ikatan. Proses ini selalui disertai perubahan energi. Energi ikatan rata-rata suatu senyawa dapat ditentukan dengan pertolongan perubahan entalpi pembentukan senyawa tersebut. Adapun rumus perhitungan dengan cara ini adalah: ∆Hreaksi = ∑ E Ikatan di kiri - ∑ E Ikatan di kanan Contoh:
Reaksi antara gas klorin dengan gas hidrogen membentuk gas hidrogen klorida digambarkan sebagai berikut:
H2 Cl2 Pemutusan ikatan Pembentukan ikatan 2HCl
Berdasarkan uraian diatas, ∆H pembentukan HCl dari unsur-unsurnya dapat dihitung:
H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g) H – H + Cl – Cl → 2 H – Cl
∆Hreaksi = ∑ E pemutusan Ikt -∑ E pembentukan Ikt = {(H – H) + (Cl – Cl)} – {2 x (H – Cl)} = (436 kJ + 242 kJ) – (2 x 431 kJ) = (678 kJ – 862 kJ)
= -184 kJ
Ternyata ∆H bertanda (-), berarti ikatan dalam produk lebih kuat dari pada ikatan dalam pereaksi.35
5. Hasil Penelitian Relevan
Dari beberapa hasil penelitian yang telah dilakukan, penerapan Model Pembelajaran Berdasarkan Masalah memberikan hasil positif bagi kemungkinan penggunaan Model Pembelajaran Berdasarkan Masalah (Problem Based Learning).
Seperti yang dilakukan oleh Nabila Syafi’I dengan judul “ pengaruh metode Problem Based Learning (PBL) terhadap Hasil Belajar Kimia pada Pembelajaran Kimia Terintegrasi Nilai”. Hasil penelitiannya menunjukan bahwa nilai rata-rata kelas eksperimen (79,87) lebih tinggi dari pada nilai rata-rata kelas kontrol (67,77). Hal ini diperkuat dengan pada saat uji t dimana diperoleh thitung (4,573) lebih besar dari pada ttabel (2,000) sehingga dapat disimpulkan bahwa penerapan metode PBL memberikan pengaruh yang signifikan terhadap hasil belajar kimia36.
Penelitian lain yang dilakukan oleh Muchamad Afcariono dengan judul “Penerapan Pembelajaran Berbasis Masalah untuk Meningkatkan Kemampuan Berpikir Siswa pada Mata Pelajaran Biologi” menunjukkan hal positif. Bahwa penerapan Model Pembelajaran Berbasiswa Masalah dapat meningkatkan kemampuan berpikir siswa X-A SMA Negeri 1
35
Das Salirawati, Belajar Kimia Secara Menarik…, h. 85-100
36
Nabila Syafii, Pengaruh Metode Problem Based Learning terhadap Hasil Belajar Kimia pada Pembelajaran Kimia Terintegrasi Nilai (Ciputat: FITK/IPA UIN Jakarta, 2009), h. 71
Ngantang. Hal tersebut terlihat dari adanya perubahan pada pola pikir siswa berdasarkan tingkatan kognitif. Kemampuan bertanya dan menjawab siswa meningkat dari kemampuan berpikir tingkat rendah (pengetahuan, pemahaman dan aplikasi) menjadi berpikir tingkat tinggi (analisis sintesis dan evaluasi) 37.
Begitu juga yang dilakukan oleh Heni Purwati penelitiannya yang berjudul “Keefektifan Pembelajaran Berdasarkan Masalah Terhadap Peningkatan Hasil Belajar Siswa Dalam Menyelesaikan Soal Cerita Pada Materi Pokok Aljabar Dan Aritmatika Sosial Pada Siswa Kelas VII SMP 7 Semarang”. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa aktivitas siswa selama pembelajaran dengan menggunakan model pembelajaran berdasarkan masalah terus mengalami peningkatan, kemampuan guru dalam mengelola pembelajaran terus meningkat dan perubahan sikap siswa terhadap pembelajaran juga terus meningkat. Selain itu juga mampu menumbuh kembangkan kemampuan siswa dalam bekerja sama dan memecahkan masalah.38
Adapun penelitian lain seperti yang dilakukan oleh Eko Purwantoro dengan judul “Penerapan Pembelajaran Berbasis Masalah Pokok Bahasan Persamaan Garis Lurus Untuk Meningkatkan Kreativitas Siswa Kelas II-C SMP Negeri 22 Semarang”. Hasil penelitiannya menunjukan bahwa rata-rata skor kreativitas siswa pada siklus satu adalah 2,67 dan pada siklus kedua adalah 2,76. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa penerapan model pembelajaran berdasarkan masalah mampu meningkatkan kreativitas siswa39
37
Mochamad Afcariono, Penerapan Pembelajaran Berbasis Masalah Untuk Meningkatkan Kemampuan Berpikir Siswa pada Mata Pelajaran Biologi, Jurnal Pendidikan Inovatif Vol. 3 2008, dapat diakses di http://jurnaljpi.files.wordpress.com/2009/09/vol-3-no-2-muchamad-afcariono.pdf
38
Heni Purwati, Keefektifan Pembelajaran Berdasarkan Masalah Terhadap Peningkatan Hasil Belajar Siswa dalam Menyelesaikan Soal Cerita pada Materi Pokok Aljabar dan Aritmatika Sosial pada siswa SMP Kleas VII Semarang, ( Semarang: FMIPA UNES. 2006), h. 8-11
39
Eko Purwantoro, Penerapan Model Pembelajaran Berbasis Masalah Pokok Bahasan Persamaan Garis Lurus untuk Meningkatkan Kreativitas Siswa II-C SMP Negeri 22 Semarang, (Semarang: FMIPA, 2005), h. 38
B. Kerangka Pikir
Belajar merupakan proses kompleks yang terjadi pada semua orang dan berlangsung seumur hidup. Salah satu pertanda bahwa seseorang telah belajar adalah adanya perubahan tingkah laku dalam dirinya. Perubahan tingkah laku yang diharapkan dari belajar itu disebut hasil belajar.
Salah satu komponen penting dalam proses belajar mengajar di kelas untuk mencapai tujuan pembelajaran ada pada cara guru menyampaikan materi. Karena itu guru dituntut kreatifitasnya untuk dapat menciptakan suasana pembelajaran di kelas yang menyenangkan, meningkatkan aktivitas siswa dan bermakna agar siswa dapat lebih termotivasi dalam memahami materinya dengan baik dan tujuan pembelajaran dapat tercapai.
Kimia merupakan mata pelajaran yang sarat akan konsep dan bersifat abstrak, berjenjang serta berkembang dari konsep yang sederhana menuju konsep yang lebih kompleks. Sehingga dikalangan sebagian siswa, kimia adalah mata pelajaran yang sulit dan menjadi momok bagi mereka.
Menyertakan sesuatu permasalahan kepada siswa dalam mengajarkan mata pelajaran kimia akan membuat pembelajaran menjadi lebih bermakna (meaning Learning) karena mengetahui pelajaran yang didapat dikelas bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari. Sehingga pembelajaran tersebut dapat membantu siswa dalam mencerna informasi-informasi yang abstrak yang disampaikan guru.
Belajar kimia bukan hanya dihadapkan pada teori dan konsep saja, melainkan harus melakukan sesuatu, mengetahui dan memecahkan masalah yang berkaitan dengan pembelajaran kimia. Hal ini dapat diperoleh melalui model pembelajaran Problem Based Learning (PBL). Problem Based Learning merupakan model pembelajaran yang membantu siswa untuk menemukan masalah dari suatu peristiwa nyata, mengumpulkan informasi untuk mengambil suatu keputusan pemecahan masalahnya. Problem Based Learning mampu meningkatkan berpikir kritis, menganalisis dan memecahkan masalah yang kompleks.
Dengan menggunakan model Problem Based Learning (PBL) ini dapat melatih kemampuan berpikir dan akan membuat siswa lebih aktif dalam proses pembelajaran sehingga memperoleh hasil belajar yang lebih baik. Selain itu dengan menggunakan model pembelajaran berdasarkan masalah tersebut melatih siswa bekerja sama dalam menyelesaikan masalah. Dengan demikian diharapkan terdapat pengaruh penerapan model Problem Based Learning terhadap hasil belajar kimia siswa.
Gambar 2.2 Bagan Kerangka Pikir PBL
inputs outputs
Belajar Hasil belajar meningkat
Orientasi siswa pada masalah Mengorganisasi siswa untuk belajar Membimbing penyelidikan Mengembangkan dan menyajikan hasil karya Menganalisa dan mengevaluasi proses pemecahan masalah Masalah
C. Pengajuan Hipotesis
Berdasarkan teori dan kerangka berfikir yang telah dikemukakan sebelumnya, maka hipotesis yang dapat dirumuskan adalah sebagai berikut:
Ho : Rata-rata hasil belajar kimia siswa yang diajarkan dengan Model Problem Based Learning sama dengan rata-rata hasil belajar kimia siswa yang diajarkan dengan metode konvensional
Ha : Rata-rata hasil belajar kimia siswa yang diajarkan dengan Model Problem Based Learning lebih baik dengan rata-rata hasil belajar
kimia siswa yang diajarkan dengan metode konvensional
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN