Konsep Termokimia - Hukum Kekekalan Energi, Persamaan Termokimia, dan Perubahan Entalpi

Termokimia adalah salah satu materi Kimia yang sangat penting karena membantu menentukan apakah suatu reaksi kimia bisa terjadi dan apakah reaksi tersebut akan melepas atau menyerap energi. Tapi, apa sih sebenarnya termokimia itu dan bagaimana contoh soalnya? Yuk, baca pembahasan selengkapnya di bawah ini! Baca hingga selesai, ya!

Baca juga: Kelarutan dan Hasil Kali Kelarutan - Materi Kimia Kelas 11

Apa itu Termokimia?

Termokimia adalah ilmu yang mempelajari energi panas yang berhubungan dengan reaksi kimia dan/atau perubahan fase seperti peleburan dan pendidihan. Suatu reaksi kimia dapat melepaskan ataupun menyerap energi. Begitu pula dengan perubahan fase juga dapat menyebabkan hal yang sama. 

Termokimia fokus pada pertukaran energi antara satu sistem dan lingkungannya dalam bentuk panas. Termokimia berguna dalam memprediksi jumlah reaktan dan kuantitas produk sepanjang berlangsungnya suatu reaksi tertentu.

Jika termokimia dikombinasikan dengan penentuan entropi, ini juga digunakan untuk memprediksi apakah suatu reaksi kimia bersifat spontan atau non spontan dan apakah menguntungkan atau tidak menguntungkan.

Termokimia merupakan salah satu bagian dari bidang termodinamika kimia yang lebih luas yang mempelajari pertukaran segala bentuk energi antara sistem dan lingkungan, tidak hanya terkait dengan panas tapi juga berbagai bentuk kerja dan pertukaran materi.

Apa itu Hukum Kekekalan Energi?

Hukum kekekalan energi merupakan salah satu hukum dalam fisika yang menyatakan bahwa energi itu kekal atau abadi, sehingga tidak dapat berubah. Artinya, nilai energi akan tetap sama sebelum, saat, atau sesudah terjadi sesuatu. Energi yang dimaksud dalam hukum ini bentuknya beragam. Di antaranya adalah energi kinetik, energi mekanik, energi potensial, dan lain-lain.

Ditemukan oleh seorang ahli fisika dari Inggris bernama James Prescott Joule, hukum kekekalan energi melibatkan suatu energi yang terjadi di dalam proses kimia dan fisika, sehingga mengalami perpindahan atau perubahan bentuk. Salah satu contohnya adalah energi radiasi yang bisa diubah menjadi energi panas. Ada pula energi kimia yang bisa diubah menjadi energi listrik dan energi potensial yang juga dapat diubah menjadi energi listrik.

Beberapa sifat energi adalah:

1. Kekal abadi, tapi tidak bisa diciptakan ataupun dihilangkan
2. Dapat bertransformasi menjadi bentuk yang lain
3. Dapat dipindahkan, misalnya energi panas yang dipindahkan dari satu material ke material yang lain. 

Hukum kekekalan energi tentu memiliki rumus, sama dengan hukum lainnya pada ilmu fisika. Rumus hukum kekekalan energi adalah:

$E_{m1} = E_{m2}$

$E_{k1} + E_{p1} = E_{k2} + E_{p2}$

Keterangan:

1. $E_{m1}$ : energi mekanik awal
2. $E_{m2}$ : energi mekanik akhir
3. $E_{k1}$ : energi kinetik awal
4. $E_{k2}$ : energi kinetik akhir
5. $E_{p1}$ : energi potensial awal
6. $E_{p2}$ : energi potensial akhir.

Persamaan Termokimia

Persamaan termokimia merupakan persamaan reaksi kimia yang diikuti dengan nilai perubahan entalpi. Penulisan persamaan termokimia harus disertai dengan jumlah dari mol zat yang beraksi karena harus disesuaikan dengan stoikiometri reaksi, yaitu jumlah mol zat yang sesuai dengan koefisien reaksinya. 

Rumus Perubahan Entalpi

Jenis rumus perubahan entalpi reaksi terdiri dari 5 jenis, yaitu:

1. Rumus Entalpi Pembentukan Standar

Entalpi pembentukan standar adalah kalor yang diserap atau dilepas pada pembentukan satu mol zat dari unsur-unsurnya, yang diukur pada suhu 25 derajat Celcius dan [ada tekanan 1 atmosfer. 

Contoh:$C(S) + O_2(g) → CO_2(g) ∆Hfo = -393,5 kJ.$

1. Rumus Entalpi Penguraian Standar

Rumus perubahan entalpi penguraian standar merupakan kalor yang diserap atau dilepas pada peruraian satu mol zat menjadi unsur-unsurnya. 

Contoh: $H_2O(l) → H_2(g) + 1/2 O_2(g) ∆Hdo = +285,8 kJ.$

1. Rumus Entalpi Pembakaran Standar

Entalpi pembakaran standar merupakan kalor yang dilepas pada pembakaran 1 mol zat (reaksi dengan oksigen) yang diukur di suhu 25 derajat Celcius dengan tekanan 1 atmosfer. 

Contoh: $CH_4(g) + 2 O_2(g) → CO_2(g) + 2 H_2O(g) ∆Hco = -802 kJ.$

1. Rumus Entalpi Netralisasi

Entalpi netralisasi merupakan kalor yang dilepas pada pembentukan 1 mol air dan reaksi asam basa di suhu 25 derajat Celcius dengan tekanan 1 atmosfer. 

1. Rumus Entalpi Pelarutan

Entalpi pelarutan merupakan kalor yang dilepas atau diserap pada pelarutan satu mol zat. 

Contoh: $NaCl(s) → Na^+(aq) + Cl^-(aq) ΔHs0 = 4 kJ.$

Contoh Soal Termokimia

Lalu seperti apa soal termokimia yang muncul di kelas 11? Berikut ini adalah beberapa contoh soal termokimia dan pembahasannya:

1. Jika telapak tangan kita terkena tumpahan bensin, maka akan terasa dingin. Setelah beberapa lama, maka bensin yang basah akan menjadi kering. Manakah dari pernyataan di bawah ini yang tepat dari kondisi tersebut?

a. Bensin berperan sebagai sumber kalor.

b. Kalor berpindah dari kulit telapak tangan ke bensin.

c. Bensin melepas kalor dan menguap.

d. Bensin adalah sistem yang menyerap kalor dari lingkungan.

e. Kulit telapak tangan menyerap kalor dari bensin.

Jawaban yang benar adalah (d). Bensin terasa dingin karena menyerap kalor dari telapak tangan kita. Kalor yang diterima bensin digunakan agar bisa menguap, karena itu akan menjadi kering setelah beberapa waktu. 

2. Berikutnya merupakan contoh soal termokimia hukum Hess, soalnya adalah:

Tentukan entalpi dari pembakaran arang menjadi sebuah gas karbon dioksida dan uap air. 

Jawaban:

Reaksi pembakaran arang rumusnya adalah $C(s) + O_2(g) → CO(g)$. Perubahan yang terjadi pada entalpi tidak seluruhnya bisa diuji coba. Pada pembakaran karbon menjadi CO murni termasuk yang sulit diuji karena CO sifat alaminya mudah terbakar. 

Artinya, jika karbon direaksikan dengan oksigen yang berlebihan, maka CO akan terbakar dan berubah jadi $CO_2$. Jika jumlah oksigen terbatas, maka akan terbentuk campuran CO dan $CO_2$. Manakah dari pilihan di bawah ini yang termasuk entalpi penguraian pada termokimia?

a. $C_6H_{12}O_6 (s) + 6O_2 (g) → 6CO_2 (g) + 6H_2O (l) ⧋Ho = -2.820 kj$

b. $Ca (s) + C (s) + O_2 (g) → CaCo_3 (s) ⧋Ho = -1.207 kj$

c. $CaO (s) + CO_2 (g) → CaCo_3 (s) ⧋Ho = +1.207 kj$

d. $2 CO_2 (g) + 3H_2O (l) → C_2H_5O H (l) + 3O_2 ⧋Ho = +1.380 kj$

e. $Mg (OH)_2 (s) → Mg (s) + O_2 (g) + H_2 (g) ⧋Ho = +925 kj.$

Jawaban yang benar adalah (e).

Penjelasan:

$⧋Ho d$ = perubahan entalpi reaksi penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya dalam bentuk paling stabil pada keadaan standar.   

Karena pada jawaban yang diketahui adalah perubahan entalpi standar, maka untuk mengetahui jawaban yang tepat, Pada setiap jawaban, ditambahkan /mol 

Baca juga: Larutan Penyangga: Pengertian, Prinsip, Jenis, Rumus, Peranan, dan Contoh Soalnya

_________________________

Itulah penjelasan terkait termokimia serta contoh soalnya. Ingin mendapatkan pembahasan lainnya tentang kimia atau mata pelajaran lainnya? Dapatkan konten belajar berupa video pembahasan, rangkuman, hingga latihan soal di Pijar Belajar! Pijar Belajar merupakan platform belajar online yang bisa kamu sesuaikan dengan materi yang saat ini kamu pelajari di sekolah. 

Yuk, unduh Pijar Belajar di sini sekarang!