Perubahan Energi Dalam Reaksi Kimia

Perubahan Energi Dalam Reaksi Kimia : Salah satu kegunaan pokok dalam kehidupan sehari-hari dari reaksi kimia adalah "produksi" dari energi-energi yang dibutuhkan 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 menyebabkan mobil berjalan. Bila kita mempunyai kompor gas berarti kita membakar gas metan yang menghasilkan panas untuk memasak. Dan melalui urutan reaksi yang disebut metabolisms, makanan yang dimakan akan menghasilkan energi yang kita perlukan untuk tubuh agar berfurigsi.

Pada hampir semua reaksi kimia, selalu ada energi yang diambil atau dikeluarkan. Mari kita periksa terjadinya hal ini dan bagaimana kita mengetahui adanya perubahan energi. Misalkan kita akan melakukan reaksi kimia dalam suatu tempat tertutup, sehingga takada panas yang dapat keluar atau masuk campur­an reaksi tersebut. Atau dengan lain perkataan, reaksi dilakukan sede­mikian rupa sehingga energi total tetap sama. Juga misalkan energi potensial dari basil reaksi lebih rendah dari energi potensial pereaksi, sehingga waktu reaksi terjadi ada penurunan energi potensial. Tetapi energi ini tak dapat hilang begitu saja, karena energi total (kinetik dan potensial) harus tetap konstan. Sebab itu, bila energi potensialnya turun, maka energi kinetiknya harus naik, berarti energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Penambahan jumlah energi kinetik akan menye­babkan harga rata-rata energi kinetik dari molekul-molekul naik, yang kitd lilial sebagai kenaikan temperatur dari campuran reaks]. Campuran reaksi menjadi panas.

Kebanyakan, reaksi kimia tidaklah tertutup dari dunia luar. Bila campuran reaksi manjadi panas seperti digambarkan di alas; panas dapat mengalir ke sekelilingnya. Setiap perubahan yang dapat melepas­kan energi ke sekelilingnya seperti ini disebut perubahan eksoterm. Perhatikan bahwa bila terjadi reaksi eksoterm, temperatur dari campur­an reaksi akan naik dan energi potensial dari z.at-zat kimia yang bersang­kutan akan turun.

Kadang-kadang perubahan kimia terjadi dimana ada kenaikan energi potensial dari zat-zat bersangkutan. Bila hal ini terjadi, maka energi kinetiknya akan turun sehingga temperaturnya juga turun. Bila sistem tidak tertutup di sekelilingnya, panas dapat mengalir ke campuran reaksi dan perubahannya disebut perubahan endoterm. Perhatikan bahwa bila terjadi suatu reaksi endotenn, temperatur dari campuran reaksi akan turun dan energi potensial dari zat-zat yang ikut dalam reaksi akan naik.

Analisis Perubahan Energi

SOAL: Bila bensin dicampur dengan udara dan percikan api dialirkan pada campuran ini, akan terjadi reaksi cepat yang dapat dinyatakan dengan reaksi:

2 C₈H₁₈  +  25 O₂  à  16 CO₂  +  18 H₂O

Campuran reaksi akan menjadi panas dan panas yang ditimbulkan dapat men­jadi tenaga untuk mobil. Apakah reaksi ini eksoterm atau encloterm? Campuran mana yang mempunyai energi potensial lebih besar, 2 C₈H₁₈  +  25 O₂  atau 16 CO₂  +  18 H₂O

PENYELESAIAN: Karena campuran reaksi menjadi panas, berarti reaksinya eksotemU. Dalam reaksi eksotermik, energi potensialnya turun, maka hasil reaksi (16 CO₂ + 18 H₂0) mempunyai energi potersial lebih rendah dari pada pereaksinya.

Pengukuran Energi Dalam Reaksi Kimia

Dalam membicarakan perubahan energi, kita hanya melihat satu cara perubahan energi sekelilingnya yaitu: panas. Beberapa reaksi dapat juga mengeluarkan cahaya dan pada pembahsan berikutnya akan dibicarakan ca­haya sebagai bentuk energi. Ada juga reaksi yang dapat memberikan energinya sebagai listrik seperti yang terjadi pada baterai yang kita gunakan waktu menyalakan mesin mobil. Reaksi-reaksi inipun akan dibicarakan dalam kuliah  ini. Segala macam bentuk energi ini dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk lain secara ekivalen. Hal ini memudah­kan dalam menyatakan jumlah energi karena kita tak perlu menggan­dakannya.

Satuan Intemasional standar untuk energi yaitu Joule (J), diturunkan dari energi kinetik. Satu joule = 1 kg m2/detik ^2. Setara dengan jumlah energi yang dipunyai suatu benda dengan massa 2 kg dan kecepatan 1 m/detik (Bila dalam satuan Inggris: benda dengan massa 4,4 lb dan kecepatan 197 ft/menit atau 2,2 mile/jam)0).

1 J = 1 kg m2/s2

Satuan energi yang lebih kecil yang dipakai dalam fisika disebut erg yang harganya = 1 x 10^-7 J. Dalam mengacu pada energi yang terlibat dalam reaksi antara pereaksi dengan ukuran molekul biasanya diganti­kan satuan yang lebih besar yaitu kilojoule (Kj ). Satu kilojoule = 1000 joule (1 Kj = 1000 J).

Semua bentuk energi dapat diubah keseluruhannya ke panas dan bila seorang ahli kimia mengukur energi, biasanya dalam bentuk kalor. Cara yang biasa digunakan untuk menyatakan panas disebut kalori (singkatan kal). Definisinya berasal dari pengaruh panas pada suhu benda. Mula­mula kalori didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan un­tuk menaikkan temperatur 1 gram air dengan suhu asal 15 °C sebesar 1 °C.

Kilokalori (kkal) seperti juga kilojoule merupakan satuan yang lebih sesuai untuk menyatakan perubahan energi dalam reaksi kimia. Satuan kilokalori juga digunakan untuk menyatakan energi yang terda­pat dalam makanan. Kalori (dengan huruf besar K) sama dengan kilokalori. Maka bila kita membaca suatu hidangan kentang rebus me­ngandung 230 Kal, berarti bahwa bila kita memakan seluruh kentang ini akan dikeluarkan energi sebesar 230 kilokalori_.

Tadinya dan sampai akhir-akhir ini semua buku ilmu pengetahuan menggunakan satuan kalori atau kilokalori untuk menyatakan perubah­an energi. Dengan diterimanya SI, sekarang joule (atau kilojoule) lebih disukai dan kalori didefinisi ulang dalam satuan SI. Sekarang kalori dan kilokalori disefinisikan secara eksak oleh

1 kal = 4,184 J , 1 kkal = 4,184 kJ

Dalam modul ini akan digunakan joule dan kilojoule secara tersendiri. Tetapi ada banyak data-data penting dalam pustaka-pustaka lama. Un­tuk menggunakan secara efektif dalam ilmu pengetahuan yang modern memerlukan terjemahan dan perbandingan ke joule dan kilojoule, se­hingga faktor konversi ini harus dihafal.

Kapasitas panas dan panas spesifik

Sifat-sifat air yang memberikan definisi asal dari kalori adalah banyak­nya perubahan temperatur yang dialami air waktu mengambil atau me­lepaskan sejumlah panas. Istilah umum untuk sifat ini disebut kapasitas panas yang didefinisikan sebagai: Jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah temperatur suatu bends sebesar 1 °C.

Kapasitas panas bersifat ekstensif yang berarti bahwa jumlahnya tergantung dari besar sampel. Misalnya untuk menaikkan suhu 1 g air sebesar 1 °C diperlukan 4,18 J (1 kal), tapi untuk menaikkan suhu 100 g air sebesar 1 °C diperlukan energi 100 kali lebih banyak yaitu 418 J. Sehingga 1 g sampel, mempunyai kapasitas panas sebesar 4,18 J/°C, sedangkan 100 g sampel 418 J/°C

Sifat intensif yang berhubungan dengan kapasitas panas adalah kalor Jenis (panas spesifik) yang didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 g zat sebesar 1°C. Untuk air  panas spesifiknya adalah 4,18 J/g°C. Kebanyakan zat mempunyai panas spesifik yang lebih kecil dari air. Misalnya besi, panas spesifiknya hanya 0,452 J/g°C. Berarti lebih sedikit panas diperlukan untuk memanaskan besi 1 g sebesar 1 °C dari pada air atau juga dapat diartikan bahwa jumlah panas yang akan menaikkan suhu 1 g besi lebih besar dari pada menaikkan suhu 1 g air.

Besamya panas spesifik untuk air disebabkan karena adanya sedikit pengaruh dari laut terhadap cuaca. Pada musim dingin air taut lebih lambat menjadi dingin dari pada daratan, sehingga udara yang bergerak dari taut ke darat lebih panas dari pada udara dari darat ke taut. Demi­kian juga dalam musim panas, air laut lebih lambat menjadi panas dari pada daratan.

Contoh-contoh berikut menggambarkan bagaimana kita dapat meng­hitung dan menggunakan kapasitas panas dan panas spesifik.

SOAL: Berapa kapasitas panas yang dinyatakan dalam kj/°C dari 2,00 kg batang tembaga bila diketahui panas spesifik (kalor jenis) dari tembaga 0,387 J/g°C

ANALISIS: Satuan di atas memberikan cara memecahkan soal tersebut. Ka­pasitas panas mempunyai satuan energi/suhu, sedangkan panas spesifik (kalor jenis) mempunyai satuan (energi)/(massa x suhu). Dengan mengalikan kalor jenis dengan massa dari batang-batang tembaga kita akan mendapat kapasitas panas dengan satuan J/°C, lalu diubah menjadi kj/°C

Kalor jenis x massa  = kapasitas panas

0,387 J/g°C x 2000 g

= 774 j/°C