Hukum Termodinamika I

Termodinamika kimia yaitu cabang ilmu kimia yang mempelajari korelasi kalor, kerja, dan bentuk lain dari energi yang berkaitan dengan reaksi kimia dan bergantung pada perubahan keadaan. Subjek kajian dari termodinamika kimia yaitu sistem, sedangkan bab di luar sistem disebut lingkungan.

Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan, sistem dibedakan menjadi tiga, yaitu:

1. Sistem terbuka, kalau terjadi pertukaran materi dan energi antara sistem dengan lingkungan. Misalnya, kopi panas dalam cangkir. Uap air akan terlepas keluar cangkir dan abu sanggup masuk ke dalam cangkir, ini berarti adanya pertukaran materi. Jika kita sentuh cangkir akan terasa panas, hal ini berarti terjadi pertukaran energi.

2. Sistem tertutup, kalau tidak terjadi pertukaran materi namun pertukaran energi masih sanggup terjadi antara sistem dan lingkungan. Misalnya, kopi panas dalam gelas tertutup. Uap air tidak sanggup keluar dari gelas dan abu tidak sanggup masuk ke dalam gelas alasannya terhalang oleh tutup gelas. Ini berarti tidak terjadi pertukaran materi, akan tetapi saat kita menyentuh gelas, kita masih mencicipi panas. Ini berarti masih terjadi pertukaran energi.

3. Sistem terisolasi, Jika tidak terjadi pertukaran materi maupun energi antara sistem dan lingkungan. Misalnya, kopi panas dalam termos. Uap air tidak sanggup keluar dari termos dan kita tidak mencicipi panas saat menyentuh termos, ini menunjukan bahwa tidak adanya pertukaran materi maupun energi.

Semua sistem memiliki energi. Tentu kau masih ingat apa yang dimaksud dengan energi?. Para Fisikawan mendefinisikan energi sebagai kemampuan untuk melaksanakan kerja atau usaha. Kerja atau perjuangan (w) yaitu apa yang terjadi bila suatu gaya memindahkan suatu benda sejauh jarak tertentu. Satuannya yaitu Joule. (1 Joule = kerja yang dilakukan oleh tenaga sebesar satu newton sepanjang satu meter).

Baca Juga

Dalam kimia, kerja merupakan bentuk lain dari energi yang sanggup dipertukarkan antara sistem dan lingkungan. Menurut perjanjian international, w bertanda negatif (-w), kalau sistem melaksanakan kerja pada lingkungan dan w bertanda faktual (+w), kalau sistem mendapatkan kerja dari lingkungan. Kerja sanggup dirumuskan sebagai berikut:

Selain kerja, kalor (q) merupakan bentuk lain dari energi. Kalor sanggup dipertukarkan antara sistem dan lingkungan alasannya adanya perbedaan temperatur atau suhu. Kalor mengalir dari panas ke dingin. Jika suatu zat menyerap kalor, maka temperatur zat tersebut akan naik. Sebaliknya, kalau suatu zat melepaskan kalor, maka temperatur zat tersebut akan turun. Misalnya, kita memasukkan roti ke dalam segelas susu hangat. Roti akan menyerap kalor sehingga roti akan mengalami kenaikan temperatur, sedangkan susu akan melepas kalor sehingga mengalami penurunan temperatur. Hal ini menjadikan temperatur antara susu dan roti menjadi relatif sama.

Seperti halnya kerja, kalor bertanda negatif (-q) kalau sistem melepas kalor ke lingkungan dan kalor bertanda faktual (+q) kalau sistem mendapatkan kalor dari lingkungan. Jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan oleh sistem sanggup ditentukan melalui percobaan, yaitu dengan mengukur perubahan temperatur yang terjadi dalam sistem memakai kalorimeter. Jika massa dan kapasitas kalor atau kalor jenis sistem diketahui, maka jumlah kalor sanggup ditentukan degan memakai rumus sebagai berikut:

Selain kerja dan kalor, bentuk lain dari energi yaitu radiasi, energi listrik, dan energi kimia. Secara umum, semua bentuk energi tersebut sanggup dibedakan menjadi energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep). Energi kinetik yaitu energi yang bekerjasama dengan gerakan partikel-partikel atau molekul-molekul dalam sistem contohnya radiasi. Energi potensial yaitu energi yang bekerjasama dengan gaya antarmolekul contohnya energi ikatan kimia. Jumlah energi kinetik dan energi potensial yaitu energi dalam (U atau E) atau internal energy.

Hubungan perubahan energi dalam, kalor, dan kerja dirumuskan dalam aturan kekekalan energi oleh James Prescott Joule (Hukum Termodinamika I).

“Satu bentuk energi sanggup diubah menjadi bentuk energi yang lain, tetapi energi tidak sanggup diciptakan atau dimusnahkan”

Energi dalam (U) bergantung pada keadaan sistem yang ditentukan oleh jumlah mol (n), temperatur (T), dan tekanan (P). Nilai energi dalam tidak sanggup ditentukan, akan tetapi perubahan energi dalam (∆U) sanggup ditentukan kalau sistem mengalami perubahan dengan rumus:

Jika sistem menyerap kalor atau mendapatkan kerja, maka energi dalamnya bertambah (∆U > 0). Sebaliknya, kalau sistem melepas kalor atau melaksanakan kerja, maka energi dalamnya akan berkurang (∆U < 0).

Proses dalam termodinamika sanggup dibedakan atas:

1. Pada reaksi kimia yang berlangsung pada sistem tertutup dan volume tetap (isokhorik) maka sistem tidak melaksanakan kerja (w = 0). Pada keadaan ini semua perubahan energi yang menyertai reaksi yaitu kalor reaksi (q_v = kalor reaksi pada volume tetap).

Kalor reaksi pada keadaan volume tetap yaitu ∆U (perubahan energi dalam).

2. Pada reaksi kimia yang berlangsung pada sistem terbuka dan tekanan tetap (isobarik) sehingga terdapat kalor (q_p = kalor pada tekanan tetap) dan kerja (w = P∆V). Pada keadaan inilah, besar perubahan energi dalam suatu sistem sama dengan jumlah kalor yang diterima sistem tersebut ditambahkan jumlah kerja yang diterima sistem, sehingga sesuai dengan aturan termodinamika I.