APLIKASI HUKUM PERTAMA PADA REAKSI KIMIA (TERMOKIMIA)

APLIKASI HUKUM PERTAMA PADA REAKSI KIMIA (TERMOKIMIA)

Termokimia mempelajari efek panas yang terjadi baik dalam perubahan secara kimia (reaksi kimia) maupun secera fisika (proses penguapan, peleburan, dsb.). Efek panas dapat bersifat eksoterm, yaitu bila terjadi pelepasan kalor, dan endoterm, yaituu bila proses disertai dengan penyerapan kalor. Jum!ah kalor yang bersangkutan dalam suatu reaksi bergantung pada jenis dan jumlah zat-zat yang béreaksi, pada keadaan fisik zat-zat pereaksi dan hasil reaksi, pada temperatur dan pada tekanan (terutama pada reaksi gas). Oleh karena itu kalor reaksi dan suatu reaksi hendaknya dinyatakan bersama-sama dengan persamaan reaksinya, dimana kondisi-kondisi reaksi tertera dengan jelas.

1. Kalor reaksi pada Volume Tetap dan pada Tekanan Tetap
Dalam termokimia ada dua kondisi khusus yang penting, yaitu volume tetap dan tekanan tetap, oleh karena pada kedua kondisi ini kalor reaksi dapat dikaitkan dengan fungsi-fungsi termodinamika tertentu. Bila reaksi dikerjakan pada volume tetap (misalnya dalam kalorimeter bom), maka kalor reaksinya sama dengan perubahan energi dalam sistem, qp = ∆U, sedangkan pada tekanan tetap, kalor reaksi sama dengan perubahan entalpi, qv = ∆H. Hubungan antara kedua besaran ini dapat diturunkan sebagai berikut,
H= U+pV
dH =dU + d(pV) atau
∆H = ∆U + ∆(pV) …………………………………………………………………….. (22)
Bila semua zat-zat pereaksi dan hasil reaksi sebagai cairan atau padatan, maka harga ∆(pV) sangat kecil (kecuali bila tekanan sangat tinggi) dibandingkan terhadap ∆H atau ∆U sehingga dapat diabaikan, dalam hal ini ∆H ≈ ∆U. Dalam reaksi yang menyangkut gas, harga ∆(pV) bergantung pada perubahan jumlah mol gas yang terjadi dalam reaksi. Dengan pengandaian gas bersifat ideal, ∆(pV) = ∆n(RT), sehingga persamaan (22) menjadi;
∆H = ∆U + ∆n(RT) (T tetap) ……………………………………………………...(23)
dimana ∆n = jumlah mol gas hash reaksi — jumlah mol gas pereaksi. Persamaan ini berlaku apabila sistem hanya dapat melakukan kerja volume.

2. Penentuan Kalor Reaksi Secara Eksperimen (Kalorimetri)
Hanya reaksi-reaksi berkesudahan yang berlangsung dengan cepat dapat ditentukan kalor reaksinya secara eksperimen, seperti reaksi pembakaran, reaksi penetralan dan reaksi pelarutan. Penentuan ini biasanya menyangkut pengukuran perubahan suhu dari larutan atau dari air dalam kalorimeter.


3. Perhitungan Kalor Reaksi
Reaksi kimia kebanyakan dikerjakan pada tekanan tetap, sehingga pada perhitungan ini hanya diperhatikan entalpi reaksi, ∆H.
Perhitungan kalor reaksi ini dapat dilaksanakan dengan cara;
1) Perhitungan dengan menggunakan Hukum Hess.
2) Perhitungan dan data Entalpi Pembentukan Standar.
3) Perkiraan Entalpi Reaksi dan data Energi Ikatan.


4. Kebergantungan Entalpi Reaksi pada temperatur.
Pada umumnya entapi reaksi merupakan fungsi dari temperatur dan tekanan. Karena pengaruh tekanan cukup rumit, maka disini hanya akan diturunkan pengaruh temperatur pada ∆H.
Perhatikan reaksi,
v1 A1 + v2 A2 → v3 A3 + v4 A4 
Perubahan entalpi reaksi diberikan oleh,
∆H = Hhasil reaksi — Hpereaksi
∆H = ∑ vi Hi …………………………………………………………………………...(24)
Perubahan ∆H dengan temperatur diperoleh dengan cara mendeferensialkan persamaan (24) terhadap temperatur pada tekanan tetap,
[∂(∆H)/∂T ]p = ∆Cp…………………………………………………………………….(25)
Persamaan ini dikenal sebagai persamaan Kirchhoff. Persamaan (25) dapat diintegrasi apabila Cp, sebagai fungsi temperatur diketahui. Kalau Cp, dapat dianggap tetap antara T1 dan T2, misalnya kalau perbedaan antara kedua temperatur ini tidak besar, maka integrasi dan persamaan (25) menghasilkan,
∆H2 - ∆H1 = ∆H (T2 – T1) …………………………………………………………. (26)
Kalau Cp tidak dianggap tetap, maka

∆H2 - ∆H1 = ∆Cp dT ……………………………………………………………(27)

untuk dapat memudahkan perhitungan ∆H pada pelbagai temperatur, pada tekanan tetap, sebaiknya terlebih dahulu ditentukan ∆H = f(T). Hal ini dapat dilakukan dengan,

∆HT = ∫∆Cp dT + I ……………………………………………………………………..(28)
dengan I ialah tetapan integrasi.