BAHAN AJAR

TERMOKIMIA

A. Pengertian TermokimiaTermokimia adalah cabang dari kimia fisika yang mempelajari tentang kalor dan energi berkaitan dengan reaksi kimia dan/atau perubahan fisik. Sebuah reaksi kimia dapat melepaskan atau menerima kalor. Begitu juga dengan perubahan fase, misalkan dalam proses mencair dan mendidih. Termokimia fokus pada perubahan energi, secara khusus pada perpindahan energi antara sistem dengan lingkungan. Jika dikombinasikan dengan entropi, termokimia juga digunakan untuk memprediksi apakah reaksi kimia akan berlangsung spontan atau tak spontan.

B. Sistem dan Lingkungansistem didefinisiskan sebagai bagian dari semesta yang merupakan fokus kajian dan lingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem yang bukan kajian.Dalam reaksi kimia, pereaksi disebut sebagai sistem dan selain pereaksi disebut lingkungan, seperti pelarut, hasil reaksi, tabung reaksi, udara di sekitarnya, dan segala sesuatu selain pereaksi.Contoh: Ke dalam gelas kimia yang berisi air, dilarutkan 10 g gula pasir. Jika gula pasir ditetapkan sebagai sistem, manakah yang termasuk lingkungan?Jawab: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

C. Reaksi Eksoterm dan EndotermReaksi endoterm adalah reaksi yang disertai dengan perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem (kalor diserap oleh sistem dari lingkungannya); ditandai dengan adanya penurunan suhu lingkungan di sekitar sistem.Reaksi eksoterm adalah reaksi yang disertai dengan perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan (kalor dibebaskan oleh sistem ke lingkungannya); ditandai dengan adanya kenaikan suhu lingkungan di sekitar sistem.Reaksi eksoterm pada umumnya berlangsung spontan, sedangkan reaksi endoterm tidak. Pada reaksi endoterm : H    = Hp – Hr > 0 ( bertanda positif ). Pada reaksi eksoterm : H     = Hp – Hr < 0 ( bertanda negatif )Contoh :1. C(s) + O2(g)  CO2(g) DH = -393.5 kJ

(Reaksi Eksoterm / Reaksi Endoterm)2. CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) DH = +178.5 kJ

(Reaksi Eksoterm / Reaksi Endoterm)3. Reaksi korosi seperti oksidasi logam

(Reaksi Eksoterm / Reaksi Endoterm)

4. Reaksi Pembakaran(Reaksi Eksoterm / Reaksi Endoterm)

5. Reaksi Fotosintesis(Reaksi Eksoterm / Reaksi Endoterm)

D. Penentuan Entalpi Reaksi1. Kalorimeter

Adalah cara penentuan kalor reaksi dengan menggunakan kalorimeter. Perubahan entalpi adalah perubahan kalor yang diukur pada tekanan konstan. Untuk menentukan perubahan entalpi dilakukan dengan cara yang sama dengan penentuan perubahan kalor yang dilakukan pada tekanan konstan. Perubahan kalor pada suatu reaksi dapat diukur melalui pengukuran perubahan suhu yang terjadi pada reaksi tersebut. Pengukuran perubahan kalor dapat dilakukan dengan alat yang disebut kalorimeter. Kalorimeter adalah suatu sistem terisolasi (tidak ada perpindahan materi maupun energi dengan lingkungan di luar kalorimeter). Rumus yang digunakan adalah :

q = m x c x ΔT

qkalorimeter = C x ΔT

dengan :

q = jumlah kalor ( J )

m = massa zat ( g )

ΔT = perubahan suhu ( oC atau K )

c = kalor jenis ( J / g.oC ) atau ( J / g. K )

C = kapasitas kalor ( J / oC ) atau ( J / K )

Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka kalor reaksi = kalor yang diserap / dibebaskan oleh larutan dan kalorimeter, tetapi tandanya berbeda.

qreaksi = – (qlarutan + qkalorimeter )

2. Hukum HessHukum Hess adalah hukum yang menyatakan bahwa perubahan entalpi suatu reaksi

akan sama walaupun reaksi tersebut terdiri dari satu langkah atau banyak langkah. Perubahan entalpi tidak dipengaruhi oleh jalannya reaksi, melainkan hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir. Hukum Hess merupakan suatu hubungan kimia fisika yang diusulkan pada tahun 1840 oleh Germain Hess, kimiawan asal Rusia kelahiran Swiss.

Hukum Hess mempunyai pemahaman yang sama dengan hukum kekekalan energi, yang juga dipelajari di hukum pertama termodinamika. Hukum Hess dapat digunakan

untuk mencari keseluruhan energi yang dibutuhkan untuk melangsungkan reaksi kimia. Perhatikan diagram berikut:

Diagram di atas menjelaskan bahwa untuk mereaksikan A menjadi D, dapat menempuh jalur B maupun C, dengan perubahan entalpi yang sama (ΔH1 + ΔH2 = ΔH3 + ΔH4).Jika perubahan kimia terjadi oleh beberapa jalur yang berbeda, perubahan entalpi keseluruhan tetaplah sama. Hukum Hess menyatakan bahwa entalpi merupakan fungsi keadaan.

Contoh :

Perhatikan diagram berikut:

ΔH = … ?

3. Entalpi Pembentukan StandartPada reaksi pada tekanan konstan, entalpi dapat diketahui dengan menggunakan

kalorimeter. Nilai H pada proses tidak dapat diketahui dengan pengukuran langsung pada sebuah kalorimeter karena proses terlalu lambat pada tekanan normal. Jadi H dalam proses ini dapat dihitung dari jumlah pembakaran. Simbol derajat pada fungsi termodinamik (Ho) mengindikasikan bahwa proses yang sama telah dilakukan pada keadaan standar. Sebagai fungsi termodinamik, seringkali tergantung pada konsentrasi atau tekanan zat yang bersangkutan.

Nilai entalpi standar diukur pada temperatur 298,15 K dan tekanan 100 kPa. Meskipun demikian, reaksi tidak berlangsung secara normal pada kondisi standar ini dan maka dari itu penting untuk mengetahui hubungan untuk melihat pengaruh temperatur dan tekanan pada kalor reaksi.

∆Hf° adalah besarnya perubahan entalpi (kalor) yang dibebaskan atau diserap pada pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsurnya. Sebagai contoh, entalpi

ΔH

pembentukan metanol cair atau CH3OH(l) adalah -238,6 kJ/mol. Artinya, untuk membentuk satu mol metanol cair dari karbon, gas hidrogen, dan gas oksigen, dibebaskan kalor scbesar -238,6 kJ.

ΔHreaksi = ∑ ΔHf (produk) - ∑ ΔHf (reaktan)

Contoh :Tentukan ΔHreaksi C2H4 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2O Jawab:………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

4. Energi Ikat Rata-rataEnergi ikatan rata-rata merupakan besaran yang cukup berarti untuk meramalkan

besarnya energi dari suatu reaksi yang sukar ditentukan melalui pengukuran langsung

dengan kalorimeter, meskipun terdapat penyimpangan-penyimpangan.

Tabel Energi Ikatan Rata-rata Beberapa Ikatan (kJ/mol)Ikatan Energi Ikatan Rata-rata (kJ/mol)C-H +413C-C +348C-O +358H-H +432H-O +463H-F +565

Cl-Cl +242F-F +154I-I +151

C=C +614C=O +799

Selain dapat digunakan sebagai informasi kestabilan suatu molekul, harga energi

ikatan rata-rata atau energi disosiasi ikatan dapat digunakan untuk memperkirakan

harga perubahan entalpi suatu reaksi. Perubahan entalpi merupakan selisih dari energi

yang digunakan untuk memutuskan ikatan dengan energi yang terjadi dari

penggabungan ikatan.

ΔH = ΣEnergi ikatan pereaksi – ΣEnergi ikatan hasil reaksi

Contoh :

Hitunglah entalpi pembakaran C2H2 !

Jawab :

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

E. Aplikasi Reaksi Eksoterm dan Endoterm dalam Lingkup SETSKembang api adalah suatu hiburan menarik yang mudah sekali ditemukan pada acara

tertentu, terutama saat tahun baru. Pada kembang api, terjadi suatu peristiwa kimia yakni

pembakaran yang merupakan contoh dari reaksi ………… (eksoterm / endoterm). Namun

sebenarnya ada suatu rahasia kembang api, yaitu di balik keindahan warna-warni api yang

ditimbulkan. Mengapa kembang api bisa berwarna-warni?

Bahan kimialah yang menyebabkan warna-warna pada kembang api. Untuk

menghasilkan loncatan api dan letupan suara, sebuah oksidator direaksikan dengan logam

seperti magnesium (Mg) atau aluminium (Al) yang dicampur dengan belerang (S). Reaksi

yang ditimbulkan menyebabkan suatu kilatan cahaya akibat terbakarnya magnesium

dengan sangat cepat.

Ada banyak sekali unsur yang terlibat dalam kembang api, terutama digunakan untuk

menimbulkan efek warna. Unsur kimia yang digunakan pada kembang api yaitu

Aluminium (Al), Antimon / Stibium (Sb), Barium (Ba), Kalsium (Ca), Karbon (C),

Klorin (Cl2), Tembaga (Cu), Besi (Fe), Litium (Li), Magnesium (Mg), Oksigen (O2),

Fosfor (P), Kalium (K), Natrium (Na), Belerang (S), Stronsium (Sr), Titanium (Ti), Seng

(Zn).

Contoh :

AC (Air Condisioner)

Penyejuk udara, pendingin ruangan, pengkondisi udara, penyaman udara, erkon, atau

AC (bahasa inggris): air conditioner) adalah sistem atau mesin yang dirancang untuk

menstabilkan suhu udara dan kelembapan suatu area (yang digunakan untuk pendinginan

maupun pemanasan tergantung pada sifat udara pada waktu tertentu).

Umumnya menggunakan siklus refrigerasi tapi kadang-kadang menggunakan

penguapan, biasanya untuk kenyamanan pendingin di gedung-gedung dan kendaraan

bermotor.

Kembang Api

SAINS

Reaksi Eksoterm

Membahas dampak positif dan negatif bagi masyarakat

Membahas dampak positif dan negatif bagi lingkungan

F. PORTOFOLIO1. Rancanglah percobaan menggunakan kalorimeter dari larutan HCl dan NaOH2. Tulislah tujuan percobaan, variabel-variabel yang terkait, hipotesis, dan hasil

pengamatan3. Hitungah entalpi reaksi yang terjadi4. Tulislah kesimpulan

ENDOTERM