Konsep Dasar Termokimia adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi panas dan energi kimia.Sedangkan energi kimia didefinisikan sebagai energi yang dikandung setiap unsur atau senyawa.Energi kimia yang terkandung dalam suatu zat adalah semacam energi potensial zat tersebut.Energi potensial kimia yang terkandung dalam suatu zat disebut panas dalam atau entalpi dan dinyatakan dengan simbol H. Selisih antara entalpi reaktan dan entalpi hasil pada suatu reaksi disebut perubahan entalpi reaksi.Perubahan entalpi reaksi diberi simbol ΔH.
Bagian dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan kalor atau panas suatu zat yang menyertai suatu reaksi atau proses kimia dan fisika disebut termokimia. Secara operasional termokimia berkaitan dengan pengukuran dan pernafsiran perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia, perubahan keadaan, dan pembentukan larutan.
Termokimia merupakan pengetahuan dasar yang perlu diberikan atau yang dapat diperoleh dari reaksi-reaksi kimia, tetapi juga perlu sebagai pengetahuan dasar untuk pengkajian teori ikatan kimia dan struktur kimia. Fokus bahasan dalam termokimia adalah tentang jumlah kalor yang dapat dihasilkan oleh sejumlah tertentu pereaksi serta cara pengukuran kalor reaksi. Termokimia merupakan penerapan hukum pertama termodinamika terhadap peristiwa kimia yang membahas tentang kalor yang menyertai reaksi kimia. (Brady,1995 ).
Termokimia merupakan salah satu kajian khusus dari Termodinamika, yaitu kajian mendalam mengenai hubungan antara kalor dengan bentuk energi lainnya.Dalam termodinamika, kita mempelajarikeadaan sistem, yaitu sifat makroskopis yang dimiliki materi, seperti energi, temperatur, tekanan, dan volume. Keempat sifat tersebut merupakan fungsi keadaan, yaitu sifat materi yang hanya bergantung pada keadaan sistem, tidak memperhitungkan bagaimana cara
mencapai keadaan tersebut. Artinya, pada saat keadaan sistem mengalami perubahan, besarnya perubahan hanya bergantung pada kondisi awal dan akhir sistem, tidak bergantung pada cara mencapai keadaan tersebut.
Hukum Termodinamika I disusun berdasarkan konsep hukum kekekalan energi yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan; energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Dalam kajian Hukum Termodinamika I, kita akan mempelajari hubungan antara kalor, usaha (kerja), dan perubahan energi dalam (ΔU).
Perubahan energi dalam (ΔU) dapat dinyatakan dalam persamaan ΔU = Uf – Ui, dimana Uf adalah energi dalam setelah mengalami suatu proses dan Ui adalah energi dalam sebelum mengalami suatu proses. Perubahan energi dalam (ΔU) merupakan fungsi keadaan. Energi dalam (U) akan bertambah jika sistem menerima kalor dari lingkungan dan menerima usaha (kerja) dari lingkungan. Sebaliknya, energi dalam (U) akan berkurang jika sistem melepaskan kalor ke lingkungan dan melakukan kerja (usaha) terhadap lingkungan. Dengan demikian, hubungan antara kalor, usaha (kerja), dan perubahan energi dalam (ΔU) dapat dinyatakan dalam persamaan sederhana berikut:
ΔU = Q + W
Perubahan energi dalam (ΔU) adalah penjumlahan dari perpindahan kalor (Q) yang terjadi antar sistem-lingkungan dan kerja (W) yang dilakukan oleh-diberikan kepada sistem.
Semua reaksi kimia dapat menyerap maupun melepaskan energi dalam bentuk panas (kalor). Kalor adalah perpindahan energi termal antara dua materi yang memiliki perbedaan temperatur. Kalor selalu mengalir dari benda panas menuju benda dingin. Termokimia adalah kajian tentang perpindahan kalor yang terjadi dalam reaksi kimia (kalor yang menyertai suatu reaksi kimia) (Karyadi,1998).
Aliran kalor yang terjadi dalam reaksi kimia dapat dijelaskan melalui konsep sistem-lingkungan. Sistem adalah bagian spesifik (khusus) yang sedang dipelajari oleh kimiawan.Reaksi kimia yang sedang diujicobakan (reagen-reagen yang sedang dicampurkan) dalam tabung reaksi
65
merupakan sistem.Sementara, lingkungan adalah area di luar sistem, area yang mengelilingi sistem.Dalam hal ini, tabung reaksi, tempat berlangsungnya reaksi kimia, merupakan lingkungan.
Ada tiga jenis sistem. Sistem terbuka, mengizinkan perpindahan massa dan energi dalam bentuk kalor dengan lingkungannya. Sistem tertutup, hanya mengizinkan perpindahan kalor denganlingkungannya, tetapi tidak untuk massa. Sedangkan sistem terisolasi tidak mengizinkan perpindahan massa maupun kalor dengan lingkungannya (underwood, 1998).
Pembakaran gas hidrogen dengan gas oksigen adalah salah satu contoh reaksi kimia dapat menghasilkan kalor dalam jumlah besar. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) + energi
Dalam reaksi ini, baik produk maupun reaktan merupakan sistem, sedangkan sekeliling reaksi kimia merupakan lingkungan. Oleh karena energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, hilangnya sejumlah energi pada sistem akan ditampung pada lingkungan. Dengan demikian, kalor yang dihasilkan dari reaksi pembakaran ini sesungguhnya merupakan hasil perpindahan kalor dari sistem menujulingkungan. Ini adalah contoh reaksi eksoterm, yaitu reaksi yang melepaskan kalor, reaksi yang memindahkan kalor ke lingkungan.
Penguraian (dekomposisi) senyawa raksa (II) oksida hanya dapat terjadi pada temperatur tinggi. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Energi + 2 Hgo (S) → 2 Hg(L) + O2(G)
Reaksi ini adalah salah satu contoh dari reaksi endoterm, yaitu reaksi yang menyerap (membutuhkan) kalor, reaksi yang memindahkan kalor dari lingkungan ke sistem.
Reaksi eksoterm merupakan reaksi yang memancarkan (melepaskan) kalor saat reaktan berubah menjadi produk.Reaktan memiliki tingkat energi yang lebih tinggi dibandingkan produk, sehingga energi dibebaskan pada perubahan reaktan menjadi produk.Sebaliknya, pada reaksi endoterm terjadi hal yang berlawanan.Pada reaksi endoterm, terjadi penyerapan kalor pada perubahan dari
reaktan menjadi produk.Dengan demikian, reaktan memiliki tingkat energi yang lebih rendah dibandingkan produk.
Satuan ΔH adalah joule per mol atau kilojoule per mol. Hubungan kalor reaksi (Q), jumlah mol zat yang bereaksi (n), dan entalpi reaksi (ΔH) dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:
ΔH = Q / n
Selain menggunakan metode kalorimeter, entalpi reaksi dapat pula ditentukan melalui beberapa metode lainnya.Salah satu metode yang sering digunakan para kimiawan untuk mempelajari entalpi suatu reaksi kimia adalah melalui kombinasi data-data ΔH°f.Keadaan standar (subskrip °) menunjukkan bahwa pengukuran entalpi dilakukan pada keadaan standar, yaitu pada tekanan 1 atm dan suhu 25°C. Sesuai kesepakatan, ΔH°f unsur bebas bernilai 0, sedangkan ΔH°f senyawa tidak sama dengan nol (ΔH°f unsur maupun senyawa dapat dilihat pada Tabel Termokimia). Kita dapat menghitung entalpi suatu reaksi kimia apabila ΔH°f unsur maupun senyawa yang terlibat dalam reaksi tersebut diberikan. Sebagai contoh, berikut ini diberikan suatu reaksi hipotetis:
a A + b B —————> c C + d D
Reaksi kimia pada dasarnya merupakan peristiwa pemutusan-penggabungan ikatan. Saat reaksi kimia berlangsung, reaktan akan mengalami pemutusan ikatan, menghasilkan atom-atom yang akan bergabung kembali membentuk produk dengan sejumlah ikatan baru. Dengan mengetahui nilai entalpi masing-masing ikatan, kita dapat menghitung entalpi suatu reaksi kimia.Oleh karena pemutusan ikatan kimia selalu membutuhkan sejumlah kalor dan sebaliknya pembentukan ikatan kimia baru selalu disertai dengan pelepasan kalor, maka selisihnya dapat berupa pelepasan (eksoterm) maupun penyerapan (endoterm) kalor.
Jika kalor yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan lebih tinggi dibandingkan kalor yang dilepaskan pada saat pembentukan ikatan, maka reaksi tersebut membutuhkan kalor (endoterm) Jika kalor yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan lebih rendah dibandingkan kalor yang dilepaskan pada saat
67
pembentukan ikatan, maka reaksi tersebut melepaskan kalor (eksoterm) (Mahan,1975).
2.2 Termodinamika I
Termodinamika kimia dapat didefenisikan sebagai cabang kimia yang menangani hubungan kalor, kerja dan bentuk lain energi, dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia dan dalam perubahan keadaan.Termokimia erat kaitannya dengan termodinamika, karena termokimia menangani pengukuran dan penafsiran perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia, perubahan keadaan dan pembentukan larutan.
Thermodinamika merupakan ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Seperti telah diketahui bahwa energi di dalam alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja, yaitu energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit, energi akibat gaya magnit, dan lain-lain. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa tehnologi. Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan atau dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan.
Prinsip ini disebut sebagai prinsip konservasiataukekekalanenergi Suatu sistem thermodinamika adalah suatu masa atau daerah yang dipilih untuk dijadikan obyek analisis.Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan.Batas antara sistem dengan lingkungannya disebut batas sistem (boundary), seperti terlihat pada Gambar 1.1.Dalam aplikasinya batas sistem nerupakan bagian dari sistem maupu lingkungannya, dan dapat tetap atau dapat berubah posisi atau bergerak (Ewing,1985).
3.1.1 Alat-alat
1. Tabung reaksi dan rak secukupnya 2. Termometer 1 buah
3. Sumbat karet berlubang 1 buah 3.1.2 Bahan bahan 1. Larutan HCl 1 M 2 ml 2. NH4Cl 2 gram 3. logam zn secukupnya. 3.2 Prosedur kerja 1. Reaksi penguraian
Dua tabung reaksi masing masing di isi dengan 2 ml air suling.Di ukur suhu dengan menggunkan thermometer dan di catat agar thermometer terus tercerlup.Diangkat thermometer pada tabung pertama masukkan 2 gram NH4Cl dicatat suhunya. Pada tabung kedua teteskan larutan H2SO4
pekat melalui dinding tabung sebanyak 1 ml. Dicatat suhunya. 2. Reaksi pada ruang tertutup dan terbuka.
Disediakan 2 buah tabung reaksi, sebuah tabung di lengkapi dengan penutuk karet berlubang untuk memasukkan themometer. Kemudian di isi kedua tabung tersebut di isi dengan HCl 1 M sebanyak 2 ml ke dalam masing – masing tabung lalu masukkan secuil logam Zn. Tabung yang satu di tutup rapat dan tabung yang satu lagi di biarkan terbuka selama 5 menit, lalu suhu di catat. Suhu di amati dan dicatat.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil
Tabel 4.1 hasil data pengamatan reaksi penguraian
No Tabung Perubahan suhu (ºC) Keterangan
Suhu awal Suhu akhir
1 Air suling+ 2gr NH4Cl 90C 220C Eksoterm
2 Air suling + 1ml H2SO4 600C 470C Endoterm
Tabel 4.1 hasil pengamatan reaksi pada tabung tertutup dan terbuka
No Tabung Suhu awalPerubahan suhuSuhu akhir Reaksi
1 HCl 2ml + zn ( Tabung terbuka) 9 0C 290C Eksoterm HCl 2ml+ zn ( Tabung tertutup) 290C 280C Endoterm 4.2 Pembahasan
Pada percobaanreaksi penguraian tabung pertama air suling ditambahkan dengan NH4Cl suhu awal yang didapatoC dab suhu akhir 20oC . Pada percobaan ini suhu mengalami peningkatan,berarti percobaan tersebut merupakan reaksi eksoterm ,yaitu reaksi yang membebaskan kalor.Kalor menyebabkan suhu mengalami kenaikan ,karena adanya kenaikan suhu inilah yang menyebabkan sistem melepaskan kalor kelingkungan. Sedangkan pada tabung kedua airsuling ditambahkan H2SO4 menghasilkan suhu awal 60oC dan suhu akhir 47oC .pada
percobaan ini terjadi penurunansuhu . Hal ini terjadi dikarenakan kalor mengalir dari kelingkungan kesistem terdapat entalpi yang naik yaitu entalpi produk yang lebih besar dari pada entalpi pereaksi.Oleh karena itu ,perubahan entalpi nya bertanda positif karena adanya penurunan suhu inilah yang menyebabkan sistem menyerap kalor darilingkungan yang menyebabkan sistem menyerap kalor dari lingkungan yang disebut dengan reaksi endoterm.
Sementara pada percobaan reaksi pada ruangan tertutup dan terbuka.Tabung pertama diisi dengan HCL ditambah lempengan logam zn ,kemudian dibiarkan terbuka dan dimasukan ke termometer.Suhu awal yang didapat yaitu 28oC dan suhu akhirnya 29oC.percobaan ini merupakan reaksi eksoterm karena mengalami kenaikan suhu yang menyebabkan sistem melepas kalor kelingkungan.Kenaikan yang menyebabkan terjadi dikarenakan udara bebas keluar lingkungan . Sedangkan pada percobaan kedua diisi dengan HCL dan logam Zn kemudian tabung ditutupkan dengan amilum foil dan menghasilkan suhu awal 29oC pada termometer dimasukan dan suhu akhir yaitu 28oC sehingga merupakan reaksi endoterm yang terjadi dengan penurunan suhu yang tidak drastis ,karena larutan memiliki lingkungan yang bebas masuk kesistem.
Pada percobaan juga dapat gelembung gelembung gas .Gelembung gas terjadi karena logam Zn mengalami reaksi redoks spontan sehingga terdapant gelembung lebih banyak dibandingkan dengan ruangan terbuka ,karena pada tabung tertutup ditutup dengan amilinium foil yang menyebabkan terjadinya penukaran kalor dari sistem kelingkungan.Selain itu larutan Zn merupakan zat yang kelarutan nya sangat kecil sehingga zat itu akan menguap keluar dari campuran reaksi dan menghasilkan gelembung gas pada larutan yang tertutup sehingga menghasilkan gelembung gelembung gas yang lebih banyak.
Pada percobaan air suling ditambahkan 1 gram NH4CL Reaksi nya:
H2SO4 + H2O → NH3OH + HCL Percobaan pada air suling ditambahkan H2SO4
71
H2SO4 + H2O → HSO4 + H3O Pada percobaan 2 ml HCL ditambahkan secuil logam Zn Reaksinya :
Berdasarkan hasil dan pembahasan di atas maka dapat di simpulkan sebagai berikut :
1. Pada reaksi aquadest di tambahkan NH4Cl terjadinya perubahan eksoterm atau perubahan panas dari sistem ke lingkungan.
2. Pada reaksi air suling di tambahkan H2SO4 terjadinya paerubahan endoterm atau perubahan panas dari lingkungan ke system.
3. Pada reaksi HCl di tambahkan zn pada tabung terbuka dan tertutup hasilnya sama suhuawal yang di peroleh 290C,Dan suhu akhir 28oC. 4. Pada percobaan pada ruang tertutup dan terbuka menghasilkan gelembung
gelembung gas. 5.2 Saran
Pada percobaan ini seharusnya bahan bahan yang digunakan lebih banyak atau lebih bervariasi agar dapat diketahui apakah reaksi eksoterm atau reaksi endoterm dari bahan tersebut.