139 d.
Keset imbangan t erhent i e.
Terj adi perubahan kat alis 8.
Reaksi keset imbangan N
2g
+ 3H
2g
ļ
2NH
3g
Pada 27 ºC mempunyai harga Kp = 2, 5 x 10
-3
at m
-2
, maka harga Kc-nya adalah. . . . . . . . . .
a. 1, 26 mol
-2
L
2
b. 4, 10 mol
-2
L
2
c. 16, 81 mol
-2
L
2
d. 250 mol
-2
L
2
e. 400 mol
-2
L
2
SOAL : 1. Perhat ikan graf ik berikut ini :
Jelaskan graf ik hubungan perubahan laj u reaksi t erhadap wakt u pada reaksi keset imbangan, sepert i yang digambarkan
pada graf ik diat as 2.
Tet apan keset imbangan 2HI
ļ
H
2
+ I
2
adalah ¼ . Dari ½ mol HI pada volume 1 dm
3
, berapa mol H
2
yang dihasilkan ? 3.
Cont oh aplikasi reaksi keset imbangan dalam indust ri adalah pembuat an ammonia yang reaksinya sebagai berikut :
N
2
g + 3H
2
g
ļ
2NH
3
g H = -92 kJ
Menurut proses Haber-Bosch, pembuat an ammonia t ersebut harus dilakukan pada t ekanan dan suhu yang t inggi. Jelaskan
mengapa
v
1
v
2
v
1
= v
2
setimbang
Waktu t Kecepatan v
t
1
140
141
8 Termokimia
St andar Kompet ensi Kompet ensi Dasar
Menent ukan perubahan ent alpi berdasarkan konsep t ermokimia
Menj elaskan ent alpi dan perubahan ent alpi
Menent ukan perubahan ent alpi reaksi
Menent ukan kalor pembakaran berbagai bahan bakar
Tuj uan pembelaj aran 1. Siswa mampu mendef inisikan pengert ian ist ilah-ist ilah dalam
reaksi t ermokimia besert a cont ohnya 1.
2. Siswa mampu menj elaskan pengert ian ent alpi suat u zat dan perubahannnya.
3. Siswa mampu menent ukan H reaksi berdasarkan hukum
Hess, dat a perubahan ent alpi pembent ukan st andar, eksperimen dan dat a energi ikat an
8. 1 Definisi Termokimia dapat didef inisikan sebagai bagian ilmu kimia
yang mempelaj ari dinamika at au perubahan reaksi kimia dengan mengamat i panas t ermal nya saj a. Salah sat u t erapan ilmu ini dalam
kehidupan sehari-hari ialah reaksi ki mia dalam t ubuh kit a dimana produksi dari energi-energi yang dibut uhkan at au dikeluarkan unt uk
semua t ugas yang kit a lakukan. Pembakaran dari bahan bakar sepert i minyak dan bat u bara dipakai unt uk pembangkit list rik. Bensin yang
dibakar dalam mesin mobil akan menghasilkan kekuat an yang menyebabkan mobil berj alan. Bila kit a mempunyai kompor gas berart i
kit a membakar gas met an komponen ut ama dari gas alam yang menghasilkan panas unt uk memasak. Dan melalui urut an reaksi yang
142 disebut met abolisme, makanan yang dimakan akan menghasilkan
energi yang kit a perlukan unt uk t ubuh agar berf ungsi. Hampir semua reaksi kimia selalu ada energi yang diambil at au
dikeluarkan. Mari kit a periksa t erj adinya hal ini dan bagaimana kit a menget ahui adanya perubahan energi.
Gambar 8. 1 perist iwa t ermokimia
Misalkan kit a akan melakukan reaksi kimia dalam suat u t empat t ert ut up sehingga t ak ada panas yang dapat keluar at au masuk
kedalam campuran reaksi t ersebut . At au reaksi dilakukan sedemikian rupa sehingga energi t ot al t et ap sama. Juga misalkan energi pot ensial
dari hasil reaksi lebih rendah dari energi pot ensial pereaksi sehingga wakt u reaksi t erj adi ada penurunan energi pot ensial. Tet api energi ini
t ak dapat hilang begit u saj a karena energi t ot al kinet ik dan pot ensial harus t et ap konst an. Sebab it u, bila energi pot ensialnya
t urun, maka energi kinet iknya harus naik berart i energi pot ensial berubah menj adi energi kinet ik. Penambahan j umlah energi kinet ik
akan menyebabkan harga rat a-rat a energi kinet ik dari molekul- molekul naik, yang kit a lihat sebagai kenaikan t emperat ur dari
campuran reaksi. Campuran reaksi menj adi panas.
Kebanyakan reaksi kimia t idaklah t ert ut up dari dunia luar. Bila campuran reaksi menj adi panas sepert i digambarkan dibawah,
panas dapat mengalir ke sekelilingnya. Set iap perubahan yang dapat melepaskan energi ke sekelilingnya sepert i ini disebut perubahan
eksot erm. Perhat ikan bahwa bila t erj adi reaksi eksot erm, t emperat ur dari campuran reaksi akan naik dan energi pot ensial dari zat -zat kimia
yang bersangkut an akan t urun.
Kadang-kadang perubahan kimia t erj adi dimana ada kenaikan energi pot ensial dari zat -zat bersangkut an. Bila hal ini
t erj adi, maka energi kinet iknya akan t urun sehingga t emperat urnya j uga t urun. Bila sist em t idak t ert ut up di sekelilingnya, panas dapat
mengalir ke campuran reaksi dan perubahannya disebut perubahan endot erm. Perhat ikan bahwa bila t erj adi suat u reaksi endot erm,
t emperat ur dari campuran reaksi akan t urun dan energi pot ensial dari zat -zat yang ikut dalam reaksi akan naik.
143
Gambar 8. 2 Perist iwa kebakaran menghasilkan panas
8. 2 Pengukuran energi dalam reaksi kimia Sat uan int ernasional st andar unt uk energi yait u Joule J
dit urunkan dari energi kinet ik. Sat u j oule = 1 kgm
2
s
2
. Set ara dengan j umlah energi yang dipunyai suat u benda dengan massa 2 kg dan
kecepat an 1 m det ik bila dalam sat uan Inggris, benda dengan massa 4, 4 lb dan kecepat an 197 f t menit at au 2, 2 mile j am.
1 J = 1 kg m
2
s
2
Sat uan energi yang lebih kecil yang dipakai dalam f isika disebut erg yang harganya = 1x10
-7
J. Dalam mengacu pada energi yang t erlibat dalam reaksi ant ara pereaksi dengan ukuran molekul
biasanya digant ikan sat uan yang lebih besar yait u kiloj oule kJ. Sat u kiloj oule = 1000 j oule 1 kJ = 1000J.
Semua bent uk energi dapat diubah keseluruhannya ke panas dan bila seorang ahli kimia mengukur energi, biasanya dalam bent uk
kalor. Cara yang biasa digunakan unt uk menyat akan panas disebut kalori singkat an kal. Def inisinya berasal dari pengaruh panas pada
suhu benda. Mula-mula kalori didef i nisikan sebagai j umlah panas yang diperlukan unt uk menaikkan t emperat ur 1 gram air dengan suhu asal
15
C sebesar 1 C. Kilokalori kkal sepert i j uga kiloj oule merupakan
sat uan yang lebih sesuai unt uk menyat akan perubahan energi dalam reaksi kimia. Sat uan kilokalori j uga digunakan unt uk menyat akan
energi yang t erdapat dalam makanan. Dengan dit erimanya SI, sekarang j uga j oule at au kiloj oule
lebih disukai dan kalori didef inisi ulang dalam sat uan SI. Sekarang kalori dan kilokalori didef inisikan secara eksak sebagai berikut :
1 kal = 4, 184 J 1 kkal = 4, 184 kJ
144
8. 3 Panas reaksi dan termokimia
Gambar 8. 3 Hubungan sist em dengan lingkungan
Pelaj aran mengenai panas reaksi dinamakan t ermokimia yang merupakan bagian dari cabang il mu penget ahuan yang lebih besar
yait u t ermodinamika. Sebelum pembicaraan mengenai prisip t ermokimia ini kit a lanj ut kan, akan dibuat dulu def inisi dari beberapa
ist ilah. Salah sat u dari ist ilah yang akan dipakai adalah sist im. Sist im adalah sebagian dari alam semest a yang sedang kit a pelaj ari. Mungkin
saj a misalnya suat u reaksi kimia yang t erj adi dalam suat u gelas kimia. Di luar sist im adalah lingkungan. Dalam menerangkan suat u sist im,
kit a harus memperinci sif at -sif at nya secara t epat . Diberikan suhunya, t ekanan, j umlah mol dari t iap zat dan berupa cairan, padat at au gas.
Set elah semua variabel ini dit ent ukan berart i semua sif at -sif at sist im sudah past i, berart i kit a t elah menggambarkan keadaan dari sist im.
Bila perubahan t erj adi pada sebuah sist im maka dikat akan bahwa sist im bergerak dari keadaan sat u ke keadaan yang lain. Bila
sist im diisolasi dari lingkungan sehingga t ak ada panas yang dapat mengalir maka perubahan yang t erj adi di dalam sist im adalah
per ubahan adi abat i k. Selama ada perubahan adiabat ik, maka suhu dari sist im akan menggeser, bila reaksinya eksot ermik akan naik
sedangkan bila reaksinya endot ermik akan t urun. Bila sist im t ak diisolasi dari lingkungannya, maka panas akan mengalir ant ara
keduanya, maka bila t erj adi reaksi, suhu dari sist im dapat dibuat t et ap. Perubahan yang t erj adi pada t emperat ur t et ap dinamakan
per ubahan i sot er mi k. Telah dikat akan, bila t erj adi reaksi eksot ermik at au endot ermik maka pada zat -zat kimia yang t erlibat akan t erj adi
perubahan energi pot ensial. Panas reaksi yang kit a ukur akan sama dengan perubahan energi pot ensial ini. Mulai sekarang kit a akan
menggunakan perubahan ini dalam beberapa kuant it as sehingga perlu
145 dit egakkan beberapa perat uran unt uk menyat akan perubahan secara
umum. Simbol
∆
huruf Yunani unt uk delt a umumnya dipakai unt uk menyat akan perubahan kuant it as. Misalnya perubahan suhu dapat
dit ulis dengan
∆
T, dimana T menunj ukkan t emperat ur. Dalam prakt ek biasanya dalam menunj ukkan perubahan adalah dengan cara
mengurangi t emperat ur akhir dengan t emperat ur mula-mula.
∆
T = T
akhir
– T
mul a-mul a
Demikian j uga, perubahan energi pot ensial Ep
∆
E. P = EP
akhir
– EP
awal
Dari def inisi ini didapat suat u kesepakat an dalam t anda alj abar unt uk perubahan eksot erm dan endot erm. Dalam perubahan
eksot ermik, energi pot ensial dari hasil reaksi lebih rendah dari energi pot ensial pereaksi berart i EP
akhir
lebih rendah dari EP
mul a-mul a
. Sehingga harga
∆
EP mempunyai harga negat if . Kebalikannya dengan reaksi endot erm, dimana harga
∆
EP adalah posit if . 8. 3. 1 Reaksi eksoterm dan endoterm
Gambar 8. 4 Perist iwa endot erm kanan dan eksot erm kiri
a. Reaksi Eksoterm
Pada reaksi eksot erm t erj adi perpindahan kalor dari sist em ke lingkungan at au pada reaksi t ersebut dikeluarkan panas.
Pada reaksi eksot erm harga
∆
H = negat if - Cont oh :
Cs + O
2
g
Æ
CO
2
g + 393. 5 kJ ;
∆
H = -393. 5 kJ b. Reaksi endoterm
Pada reaksi t erj adi perpindahan kalor dari lingkungan ke sist em at au pada reaksi t ersebut dibut uhkan panas.
Pada reaksi endot erm harga
∆
H = posit if +
146
Nama lain dari ent akpi adalah
panas.
Cont oh : CaCO
3s
Æ
CaO
s
+ CO
2g
- 178. 5 kJ ;
∆
H = +178. 5 kJ
Gambar 8. 5 Proses eksot erm dan proses endot erm
8. 4 Entalpi H dan perubahan entalpi
∆
H
Gambar 8. 6 Kal orimet er Bomb
Reaksi yang t erj adi dalam ” kalorimet er bomb” berada pada volume yang t et ap karena bej ana bomb t ak dapat membesar at au
mengecil. Berart i bila gas t erbent uk pada reaksi di sini, t ekanan akan membesar maka t ekanan pada sist im dapat berubah. Karena pada
keadaan volume yang t et ap maka panas reaksi yang diukur dengan kalorimet er bomb disebut panas reaksi pada volume t et ap.
Kalorimet er cangkir kopi berhubungan dengan udara dan bila ada
147
H = at om hidrogen H = ent alpi
reaksi yang menghasilkan gas, gasnya dapat menguap ke udara dan t ekanan pada sist im dapat t et ap konst an. Maka perubahan energi
diukur dengan kalorimet er cangkir kopi adalah panas reaksi pada t ekanan t et ap.
Pengukuran panas reaksi pada reaksi pada volume t et ap dan t ekanan t et ap t ak banyak berbeda t api t idak sama. Karena
kebanyakan reaksi yang ada kepent ingannya bagi kit a dilakukan dalam wadah t erbuka j adi berhubungan dengan t ekanan udara yang t et ap
dari at mosf ir, maka akan dibicarakan hanya panas reaksi pada t ekanan t et ap.
Panas reaksi pada t ekanan t et ap disebut perubahan ent alpi dan reaksi dan diberikan dengan simbol
∆
H. Def inisinya :
∆
H = H
akhir
– H
mul a-mul a
Walaupun ini merupakan def inisi yang biasa dari
∆
H, keadaan ent alpi H, mula-mula dan akhir yang sebenarnya berhubungan dengan j umlah
energi yang ada pada keadaan ini t ak dapat diukur. Ini disebabkan karena j umlah energi dari sist em t ermasuk j umlah dari semua energi
kinet ik dan energi pot ensialnya. Jumlah energi t ot al ini t idak dapat diket ahui karena kit a t idak menget ahui secara past i berapa kecepat an
pergerakan molekul-molekul dari sist im dan j uga berapa gaya t arik menarik dan t olak menolak ant ara molekul dalam sist im t ersebut .
Bagaimanapun def inisi yang diberikan oleh persamaan yang diat as sangat pent ing karena t elah menegakkan t anda alj abar
∆
H unt uk perubahan eksot erm dan endot ermik. Perubahan eksot ermik H
akhir
lebih kecil dari H
mul a-mul a
. Sehingga harga
∆
H adalah negat if . Dengan analisis yang sama kit a mendapat kan harga
∆
H unt uk perubahan endot ermik harganya posit if .
8. 5 Istilah yang digunakan pada perubahan entalpi :
Gambar 8. 7 Perubahan Ent alphi
1. Ent alpi Pembent akan St andar
∆
H
f
:
∆
H unt uk membent uk 1 mol persenyawaan langsung dari unsur- unsurnya yang diukur pada 298 K dan t ekanan 1 at m.
Cont oh : H
2g
+ 1 2 O
2g
o
H
2
O
l
;
∆
H
f
= -285. 85 kJ
