HUKUM KEKEKALAN ENERGI

AZAS KEKEKALAN ENERGI A. Energi dan Entalpi 1). Hukum Kekekalan Energi “ Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari 1 bentuk energi ke bentuk energi yang lain. “ Energi alam semesta adalah tetap, sehingga energi yang terlibat dalam suatu proses kimia dan fisika hanya merupakan perpindahan atau perubahan bentuk energi. Contoh perubahan energi : a. Energi radiasi diubah menjadi energi panas. b. Energi potensial diubah menjadi energi listrik. c. Energi kimia menjadi energi listrik. 2). Sistem dan Lingkungan Sistem adalah bagian dari alam semesta yang menjadi pusat perhatian langsung dalam suatu percobaan tertentu. Lingkungan adalah bagian lain dari alam semesta yang terdapat di luar sistem. Secara umum terdapat 3 jenis sistem : a. Sistem terbuka. Suatu sistem dimana dapat terjadi perpindahan materi dan energi dengan lingkungannya. Contoh : kopi panas dalam gelas terbuka, akan melepaskan panas dan uap air ke lingkungannya. b. Sistem tertutup. Suatu sistem dimana hanya dapat terjadi perpindahan energi ke lingkungannya tetapi tidak dapat terjadi perpindahan materi. Contoh : kopi panas dalam gelas tertutup, dapat melepaskan panas / kalor ke lingkungannya tetapi tidak ada uap air yang hilang. c. Sistem terisolasi. Suatu sistem dimana tidak dapat terjadi perpindahan materi maupun energi ke lingkungannya. Contoh : kopi panas dalam suatu termos. 3). Energi dan Entalpi Sesuai dengan Hukum Termodinamika I, yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi energi hanya dapat diubah dari 1 bentuk energi ke bentuk energi yang lain, maka jumlah energi yang diperoleh oleh sistem akan = jumlah energi yang dilepaskan oleh lingkungan. Sebaliknya, jumlah energi yang dilepaskan oleh sistem akan = jumlah energi yang diperoleh oleh lingkungan. Energi adalah kapasitas untuk melakukan kerja ( w ) atau menghasilkan panas / kalor ( q ). Energi yang dimiliki oleh sistem dapat berupa energi kinetik ( berkaitan dengan gerak molekul sistem ) maupun energi potensial. Energi dalam ( E ) adalah jumlah energi yang dimiliki oleh suatu zat atau sistem. Perpindahan energi antara sistem dan lingkungan terjadi dalam bentuk kerja ( w ) atau dalam bentuk kalor ( q ). Tanda untuk kerja ( w ) dan kalor ( q ) : v Sistem menerima kerja, w bertanda ( + ). v Sistem menerima kalor, q bertanda ( + ). v Sistem melakukan kerja, w bertanda ( – ). v Sistem membebaskan kalor, q bertanda ( – ). Energi dalam ( E ) termasuk fungsi keadaan yaitu besaran yang harganya hanya bergantung pada keadaan sistem, tidak pada asal-usulnya. Keadaan suatu sistem ditentukan oleh jumlah mol ( n ), suhu ( T ) dan tekanannya ( P ). Energi dalam juga termasuk sifat ekstensif yaitu sifat yang bergantung pada jumlah zat. Misalnya : jika E dari 1 mol air = y kJ maka E dalam 2 mol air ( T,P ) = 2y kJ. Nilai energi dalam dari suatu zat tidak dapat diukur, tetapi yang diperlukan dalam termokimia hanyalah perubahan energi dalam ( DE ). DE = E2 – E1 E1 = energi dalam pada keadaan awal E2 = energi dalam pada keadaan akhir Untuk reaksi kimia : DE = Ep – Er Ep = energi dalam produk Er = energi dalam reaktan 4). Kerja ( w ) Kerja yang dilakukan oleh sistem : w = - F. s ( kerja = gaya x jarak ) F = P. A maka : w = - ( P. A ) . h w = - P. ( A . h ) w = - P. DV Satuan kerja = L. atm 1 L. atm = 101,32 J Contoh : Hitunglah besarnya kerja ( J ) yang dilakukan oleh suatu sistem yang mengalami ekspansi melawan P = 2 atm dengan perubahan V = 10 L ! Jawaban : w = - P. DV = – 2 atm x 10 liter = – 20 L.atm = – 2.026,4 J 5). Kalor ( q ) Kalor adalah energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya, karena adanya perbedaan suhu yaitu dari suhu lebih tinggi ke suhu lebih rendah. Perpindahan kalor akan berlangsung sampai suhu antara sistem dan lingkungannya sama. Meskipun kita mengatakan bahwa sistem “ menerima “ atau “ membebaskan “ kalor, tetapi sistem tidak mempunyai energi dalam bentuk “ kalor “. Energi yang dimiliki sistem adalah energi dalam ( E ), yaitu energi kinetik dan potensial. Perpindahan kalor terjadi ketika molekul dari benda yang lebih panas bertumbukan dengan molekul dari benda yang lebih dingin. Satuan kalor = kalori ( kal ) atau joule ( J ). 1 kal = 4, 184 J Mengukur jumlah kalor : q = m x c x DT atau q = C x DT ; q = m x L dengan : q = jumlah kalor ( J ) m = massa zat ( g ) DT = perubahan suhu ( oC atau K ) c = kalor jenis ( J / g.oC ) atau ( J / g. K ) C = kapasitas kalor ( J / oC ) atau ( J / K ) L = kalor laten ( J / g ) = kalor peleburan / pelelehan dan kalor penguapan. Contoh : Berapa joule diperlukan untuk memanaskan 100 gram air dari 25 oC menjadi 100 oC? ( kalor jenis air = 4,18 J / g.K ) Jawaban : q = m x c x DT = 100 x 4,18 x ( 100 – 25 ) = 31.350 J = 31, 35 kJ. Hubungan antara E, q dan w : DE = q + w w = P. DV Jika reaksi berlangsung pada sistem terbuka dengan tekanan ( P ) tetap maka : DE = qp + w Contoh : Suatu reaksi eksoterm mempunyai harga DE = – 100 kJ. Jika reaksi berlangsung pada P tetap dan V sistem bertambah, maka sebagian DE tersebut digunakan untuk melakukan kerja. Jika jumlah kerja yang dilakukan sistem = – 5 kJ, maka : qp = DE – w = -100 kJ – ( -5 kJ ) = – 95 kJ Jika reaksi berlangsung pada sistem tertutup dengan volume tetap ( DV = 0 ) artinya = sistem tidak melakukan kerja ( w = 0 ). DE = qv + w DE = qv + 0 DE = qv Hal ini berarti bahwa semua perubahan energi dalam ( DE ) yang berlangsung pada sistem tertutup akan muncul sebagai kalor. Contoh : Suatu reaksi yang berlangsung pada V tetap disertai penyerapan kalor = 200 kJ. Tentukan nilai DE, q dan w reaksi itu! Jawaban : Sistem menyerap kalor, artinya q = + 200 kJ. Reaksi berlangsung pada V tetap, w = 0 kJ. DE = qv + w = + 200 kJ + 0 kJ = + 200 kJ